Al_2O_3薄膜的性能、制备与应用

概述了Al_2O_3薄膜的组织结构和性能特性;系统叙述了Al_2O_3薄膜的多种制备方法,包括真空蒸发法、直流反应磁控溅射法、射频磁控溅射法、射频反应磁控溅射法、中频反应磁控溅射法、脉冲反应磁控溅射法、离子束辅助沉积法、脉冲激光沉积法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶法,并综合比较了各种制备工艺的优缺点;最后阐述了Al_2O_3薄膜在机械涂层、光学领域、微电子领域的应用。     

核壳结构WO_3/V_2O_5纳米线复合薄膜的制备及其电致变色性能研究

采用溶剂热法在氟掺杂的锡氧化物导电玻璃衬底上成功合成制备了长度为400~2000 nm,从基底(80 nm)到尖端(30 nm)锥状塔式WO_3纳米线薄膜,进而通过电化学沉积法在WO_3纳米线表面均匀沉积V_2O_5纳米颗粒,从而得到核壳结构WO_3/V_2O_5纳米线复合薄膜。运用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对复合薄膜进行表征,并运用循环伏安法、计时电流法和紫外可见光谱分析研究了该复合薄膜的电化学性能和光学性能。结果表明,与单一的V_2O_5薄膜相比,该复合薄膜的电致变色性能获得了显著增强。具有更好的循环稳定性、更大的透射率调制幅度(776 nm为67%)和更高的着色效率(776nm为13.5 cm2/C)。该法制备WO_3/V_2O_5核壳纳米结构电致变色综合性能优良,有望在隐身材料和智能变色薄膜材料等领域得到广泛应用。     

柔性基体表面原子层沉积Al_2O_3薄膜研究进展

随着机械、光学、微电子和纳米科技等领域的发展,在柔性基体上如聚酯(PET)、聚乳酸酯(PLA)、聚酰亚胺(PI)等聚合物表面沉积Al_2O_3薄膜作为阻挡层、介电层、钝化层的研究也越来越多。无机Al_2O_3薄膜因其机械强度与硬度高、光学性能优良、透明性高与绝缘性好、耐磨、抗蚀及化学惰性等特点引起人们的极大兴趣。较传统薄膜制备技术,原子层沉积(ALD)技术制备的薄膜具有精确的厚度和成分可控性、高度均匀性和保形性,成为制备Al_2O_3薄膜的主要方式之一。本综述首先概述了原子层沉积原理,其次阐述了柔性沉积基体的特点,介绍了Al_2O_3薄膜的生长过程和影响因素,比较了在柔性基体上热原子层沉积和等离子体辅助原子层沉积Al_2O_3薄膜的优缺点,最后总结和展望了ALD制备Al_2O_3薄膜的研究趋势和应用前景。     

离子束辅助沉积制备多晶Al_2O_3薄膜

利用电子枪蒸镀 Al_2O_3,同时辅以 Ar 离子轰击的离子束辅助沉积方法(IBAD)制备 Al_2O_3薄膜,并与单纯电子枪蒸镀方法(PVD)制备的薄膜进行了结构和表面形貌的比较。IBAD 法可以得到结构均匀致密的γ-Al_2O_3晶态薄膜,而 PVD 方法仅能得到非晶态疏松的结构。分析结果表明,薄膜沉积过程中,提高离子轰击能量和增加基片加热温度在一定程度上具有相同的效果。     

双面结构电磁屏蔽材料的制备及抗氧化性能研究

采用磁控溅射法在纺织纤维基材的表面沉积了Cu薄膜以及Cu/Al_2O_3复合薄膜。对总溅射时间相等条件下所制备的单面Cu薄膜和双面Cu薄膜纤维屏蔽材料的屏蔽效能进行了测试与分析,并对双面Cu薄膜和Cu/Al_2O_3复合薄膜的纤维屏蔽材料的抗氧化性能进行了测试对比。结果表明:双面Cu薄膜屏蔽材料的屏蔽效能要明显优于单面Cu薄膜屏蔽材料的屏蔽效能;将双面Cu薄膜和Cu/Al_2O_3复合薄膜的纤维屏蔽材料放置在相同室温环境中60d,双面Cu薄膜纤维屏蔽材料发生了严重的氧化;而Cu/Al_2O_3复合薄膜纤维屏蔽材料仅有轻微氧化,整体性能良好。     

原子层沉积低温制备高取向锐钛矿TiO_2薄膜

利用原子层沉积(ALD)法分别在Si和石英衬底上制备了Ti O_2薄膜,并在N2氛围下对Ti O_2薄膜样品进行退火处理。采用X射线衍射、原子力显微镜和场发扫描电子显微镜对不同退火温度下样品晶体结构、表面形貌进行了分析。利用紫外-可见分光光度计对不同退火温度下的Ti O_2薄膜进行了光学性能测试,并分析了退火温度对其光学带隙的影响。发现利用ALD方法制备的沉积态Ti O_2薄膜为高度择优取向的锐钛矿结构;当退火温度升高到600℃时,Ti O_2薄膜晶体结构类型仍为锐钛矿型,晶粒略有变大;退火态Ti O_2薄膜粗糙度比沉积态Ti O_2薄膜的粗糙度大,而且粗糙度随退火温度升高而增大。根据薄膜的透射光谱拟合了光学带隙,退火后薄膜禁带宽度略有变宽,吸收边缘发生蓝移。     

电泳沉积法制备纳米Al/Bi2O3铝热剂薄膜的研究

采用电泳沉积法在铜基底上成功沉积了纳米Al/Bi_2O_3铝热剂薄膜。运用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和能谱仪(EDS)等对铝热剂薄膜的物相和形貌进行了测量与分析,并通过对比单位面积铜基底沉积前后的质量、差示扫描量热法(DSC)和激光点火试验分别探讨了沉积时间对铝热剂薄膜的质量、放热性能和燃烧性能的影响。结果表明:电泳沉积法制备的Al/Bi_2O_3铝热剂薄膜具有良好的薄膜形貌,且纳米颗粒分散均匀。沉积时间在10 min以内时,薄膜沉积速率稳定在0.785 mg/(cm~2·min)时,单位质量的薄膜放热量不变;沉积时间超过10 min后,薄膜沉积速率下降,改变了铝热剂的当量比,导致单位质量的薄膜放热量减少,薄膜燃烧的火焰强度下降;确定最佳的沉积时间为10 min。     

Cu薄膜上热氧化法制备CuAl_2O_4薄膜

采用离子束辅助沉积方法在95%(质量比)Al_2O_3基板上制备Cu薄膜,利用热氧化法使Cu薄膜氧化,并与Al_2O_3基板反应,制备出CuAl_2O_4薄膜。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线光电子能谱仪分别对CuAl_2O_4薄膜的结构、成分和微观形貌进行了表征。研究结果表明,大气环境下,热氧化温度低于1000℃时,薄膜主要成分为CuO,随着热氧化温度的提升,薄膜成分比例并无较大变化,但是薄膜晶粒在不断增大;热氧化温度为1000℃时,氧化后的Cu薄膜与Al_2O_3基板开始反应形成CuAl_2O_4晶体。当热氧化温度为1100℃时反应更加完全,形成纯度较高的CuAl_2O_4薄膜,且薄膜晶粒尺寸明显增大,薄膜表面Al元素含量增加。     

PS45/CuAl8伪合金复合涂层高温循环氧化行为

采用超音速活性电弧喷涂技术在Q235钢基体表面制备PS45/CuAl8伪合金复合涂层,将该涂层在600℃和800℃进行循环氧化,采用XRD、SEM和精密天不等手段对涂层的显微结构进行表征,研究了涂层的循环氧化性能。结果表明:PS45/CuAl8伪合金复合涂层主要由Al_2O_3、Cr_2O_3、α-Cu和γ-Ni固溶体组成,组织致密,颗粒成扁平状且扁平化程度高、分布均匀。经高温循环氧化后在涂层表面形成了一层致密的Al_2O_3+Cr_2O_3+Ni(Al,Cr)_2O_4薄膜,避免了Al_2O_3薄膜的剥落,从而降低了涂层氧化速率,提高了基体的抗高温循环氧化性能。     

电沉积制备CIS薄膜太阳能电池材料

电沉积法制备CIS薄膜因具有可实现大面积制备,成本低,制备效率高以及污染小等优点而得到了重点研究,是最有应用前途的薄膜太阳能电池材料之一.概述了电沉积制备CIS薄膜太阳能电池材料的原理、制备工艺,同时介绍了CuInSe2薄膜太阳能电池材料的发展概况.     

CoO和Cr_2O_3复合掺杂对金属陶瓷的致密化及抗高温氧化性的影响

采用粉末冶金技术制备添加CoO和Cr_2O_3复合掺杂剂的17Ni/(10NiO-NiFe_2O_4)金属陶瓷,使用XRD、SEM等检测分析了不同含量、不同比例的复合掺杂剂对金属陶瓷材料的物相组成、组织形貌、烧结致密化和抗高温氧化性的影响。结果表明:CoO和Cr_2O_3复合掺杂后固溶到陶瓷基体相NiFe_2O_4晶格中促进了烧结致密化;CoO和Cr_2O_3复合掺杂有利于生成致密氧化层,有效抑制了氧气向材料内部侵蚀和金属Ni向外迁徙,提高了试样的抗高温氧化性能;当CoO和Cr_2O_3复合掺杂量为1%(质量分数)(m(CoO):m(Cr_2O_3)=2:1)时,抗高温氧化性最好,单位面积氧化增重量比未掺杂的试样降低了56.28%。     

掺杂氧化铬颜料的红外反射特性研究

采用固相合成工艺,制备了铁掺杂、钛掺杂及铝/钛二元掺杂三类Cr_2O_3颜料,利用XRD、紫外/可见/近红外分光光度计、Color CIE色度分析软件等方法对颜料物相结构、可见/近红外反射率、颜色参数等进行了测试和表征,初步探讨了Cr_2O_3颜料结构与近红外反射率、颜色之间的相互关联.结果表明,所有样品均呈单相刚玉结构,但结晶强度和晶粒大小随掺杂元素有所差异;相比未掺杂Cr_2O_3颜料,掺铁样品的近红外反射率出现下降,而掺钛Cr_2O_3颜料的反射率则明显提高,其中铝/钛二元掺杂样品在Al(OH)_3含量3.4wt%、TiO_2含量1.07wt%时,实现700～2500nm波段平均反射率87%,2500nm处最大反射率99%.掺钛Cr_2O_3材料近红外波段反射率的显著增加,主要归因于掺钛Cr_2O_3晶粒尺寸的增大以及Cr~(3+)局域电子环境的改变.     

Bi2-xSbxTe3温差电材料薄膜的电化学制备、表征及性能研究

采用电化学控电位沉积的方法制备了Bi2-xSbxTe3温差电材料薄膜.通过ESEM、XPS、XRD、EDS等方法对电沉积薄膜的形貌、结构和组成进行了研究,并测试了在不同电位下制备的Bi2-xSbxTe3薄膜的温差电性能.研究结果表明,在含有Bi3+、HTeO+2和SbO+的溶液中,采用控电位沉积模式,可实现铋、锑、碲三元共沉积,生成锑掺杂的Bi2Te3化合物Bi2-xSbxTe3.通过调节沉积电位,可控制电沉积Bi2-xSbxTe3薄膜的掺杂浓度,从而影响材料的温差电性能.控制沉积电位为-0.5V条件下制备的温差电材料薄膜的塞贝克系数最大,为213μV·K-1,其组成为Bio.5Sb1.5Te3.随着沉积电位的负移,电沉积出的Bi2-xSbxTe3薄膜的结晶状态将逐渐由等轴晶转变为树枝晶.研究证明,电沉积方法可以制备出性能优异的薄膜温差电材料.     

温度与气压对脉冲PECVD沉积氧化铝薄膜的影响

在有机基体表面等离子体增强化学气相沉积(PECVD) Al_2O_3薄膜是提高其阻隔性能的有效方法,而高品质的Al_2O_3薄膜是提高阻隔性的关键因素之一。脉冲射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)可以实现比热化学气相沉积技术更宽的气体工作压力、更多的单体选择和更好的薄膜性能,适合于制备高质量的薄膜。本文报道采用脉冲RF-PECVD氧化铝薄膜,且对影响薄膜结构和性能的工艺参数进行研究。通过椭圆偏振仪测量Al_2O_3的生长速率和折射率;利用红外光谱、扫描电镜和原子力显微镜对沉积的Al_2O_3薄膜进行成分、结构、表面粗糙度和形貌分析、测量和表征;采用透湿仪测量在有机聚酯薄膜表面沉积Al_2O_3层的阻隔性能。结果表明:薄膜沉积过程中的工作气压和沉积温度对脉冲RF-PECVD薄膜性能影响较大,在一定的沉积温度范围内,沉积的Al_2O_3薄膜为无色、透明、表面结构平滑致密;在温度相同的条件下,工作气压越高,纳米膜生长速率越快;而在相同工作气压下,沉积温度越低,薄膜生长速率越快。     

Al2O3/TiO2复合光催化薄膜的制备、表征及性能研究

近年来,二氧化钛光催化技术正成为光化学、能源、环境以及材料等领域的研究热点。作为一种新型的环境净化材料,TiO_2光催化剂可广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌除臭、表面防污、自清洁等方面,目前,TiO_2光催化剂的固定化及其光催化活性的改善是 TiO_2光催化材料设计、开发和应用中急需解决的问题。本文利用阳极氧化和电沉积技术,在铝合金表面成功地制备出具有较好光催化活性的 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜。系统研究了复合薄膜的制备工艺;表征了复合薄膜的形貌、结构、成分以及光谱特性;详细分析了复合薄膜的光催化性能,并对这种特殊的复合薄膜形成机理进行了探讨。研究结果表明:电沉积液温度在薄膜制备过程中是最重要的影响因素,合理地控制沉积过程中的工艺参数可得到具有最佳表面质量和光催化性能的 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜,H_2SO_4-Al_2O_3/TiO_2复合薄膜经热处理,表面有锐钛矿结构 TiO_2生成,TiO_2的晶粒尺寸在纳米量级;TiO_2在加热过程中主要发生表面吸附水和吸附有机物的脱附、结晶水的失去及非晶相的晶化三种变化,且 TiO_2由无定形结构向锐钛矿晶体结构转变的温度为425℃左右;三种类型 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜的表面形貌存在较大差异,这主要归因于三种铝阳极氧化膜的膜厚及表面微孔结构的不同;三种类型的复合薄膜均具有紫外光光催化活性;通过 Fe 离子掺杂改性以及萘酚蓝黑染料敏化处理后,复合薄膜的光催化性能可得到明显地改善;由薄膜形成机理的分析可知,TiO_2主要通过交流电沉积过程中的阴极反应沉积于铝阳极氧化膜微孔处和表面上。     

纳米Al2O3电泳沉积成膜的影响因素研究

为研究电泳沉积薄膜沉积量分布特征及影响因素,对纳米Al_2O_3材料进行电泳沉积薄膜试验和仿真研究。试验过程中,对纳米Al_2O_3薄膜沉积的微观形貌、成分及沉积量与电压、沉积时间关系进行了研究;在仿真研究过程中,利用电场、流场、沉积场多场耦合技术研究分析了电场分布、流场特性、沉积时间等对电泳沉积纳米Al_2O_3薄膜的影响。结果表明:电场在阴极正、反两侧强弱分布使得正面沉积量明显大于反面,同时流场的涡流分布特征加速了粒子在阴极边缘沉积。仿真结果与试验结果吻合度较好,验证了仿真模型的有效性,为进一步研究电泳沉积流体流动特性和沉积过程提供了一种新的研究方法和手段。     

Cu2O薄膜的制备方法

氧化亚铜（Cu2O）薄膜在太阳能电池及其它光电器件上有重要应用,它具有无毒、制备成本低、材料广泛易得等优点。制备Cu2O薄膜的方法主要有热蒸发、溅射、化学气相沉积和电化学沉积等,本文对Cu2O薄膜的制备方法进行了综述与展望。     

二氧化铬磁记录粒子的新制备方法

本文介绍由三氧化二铬(Cr_2O_3)制备二氧化铬(CrO_2)的新氧化方法。该方法改进了CrO_2的磁性,特别是改进了矫顽力。Cr_2O_3和三氧化二铑(Rh_2O_3)还可以得到Cr_(1-x)Rh_xO_2针状粒子,矫顽力为500奥斯特左右。     

Cu/Al_2O_3复合薄膜的制备及其抗氧化性能

本文在纺织纤维基材表面采用二次溅射沉积法制备了Cu/Al_2O_3复合薄膜,利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDX)和矢量网络分析仪对室温环境下存放3600h的复合薄膜的表面形貌、元素含量以及屏蔽效能进行了测试,并与相同工艺条件下制备的纯Cu薄膜进行了对比分析。结果表明:与纯Cu薄膜结构的不稳定性相比,由于复合薄膜表层Al_2O_3薄膜的结构稳定性和致密性,Cu/Al_2O_3复合薄膜在保证高屏蔽性能的前提下,具有整体结构的稳定性,表现出了良好的抗氧化性能。     

TMA脉冲和吹扫时间对原子层沉积的氧化铝薄膜的影响

采用原子层沉积技术(ALD)进行Al_2O_3薄膜工艺研究,获得85℃低温Al_2O_3薄膜ALD的最佳工艺条件。使用椭偏仪测试厚度,使用扫描探针显微镜对薄膜表面形貌进行分析,使用紫外-分光光度计对薄膜的透过率进行分析,所用水汽透过率测试仪器是自行开发的基于钙电学法的测试仪器。分析了在85℃低温下的生长工艺条件对薄膜性能的影响,从前驱体脉冲时间,吹扫时间等工艺条件,对Al_2O_3薄膜的工艺条件进行优化。以三甲基铝(TMA)和H_2O为前驱体制备的Al_2O_3薄膜:沉积速率为0.1nm/cycle,表面粗糙度为0.46nm,对550nm波长光透过率为99.2%,薄膜厚度不均匀性为1.89%,200 nm的Al_2O_3薄膜的水汽透过率为1.55×10~(-4) g/m~2/day。