常压干燥法制备过程中衬底类型对二氧化硅气凝胶薄膜形貌的影响

采用常压干燥法,在Ti、SiO₂、GaN、Al和Si 5种衬底上制备二氧化硅气凝胶薄膜,研究衬底类型对二氧化硅气凝胶薄膜形貌的影响。通过XPS法检测二氧化硅气凝胶薄膜与衬底之间的界面结合。采用椭偏仪结合反射光谱拟合的方法对二氧化硅气凝胶薄膜的折射率进行测量。通过原子力显微镜和场发射扫描电镜对二氧化硅气凝胶薄膜的表面及截面形貌进行观测。结果表明,二氧化硅气凝胶薄膜的形成会导致Al衬底表面Al-O中心峰产生0.07 eV的偏离,以及Ti衬底表面Ti 2p_3/2中心峰0.43 eV的偏离。这表明Al衬底和Ti衬底与二氧化硅气凝胶薄膜之间形成了某种化学键。同时,折射指数测量显示,Ti衬底表面形成的二氧化硅气凝胶薄膜折射指数最低(1.17),平均孔隙率(63.8%)比硅衬底表面形成的二氧化硅气凝胶薄膜孔隙率(57.2%)要高。衬底类型对二氧化硅气凝胶薄膜形貌的影响与不同衬底的亲水性有关。由于Ti衬底亲水性最佳,更多的颗粒在Ti衬底表面形核和长大,导致其上制备的二氧化硅气凝胶薄膜具有更大的表面粗糙度,以及更大的颗粒和孔径。