掺铜TiO2薄膜的制备及结构与光学性能的研究

采用双靶直流磁控共溅射法制备了掺铜TiO2薄膜,通过控制Cu靶的溅射功率改变Cu的掺杂量,研究了掺铜对TiO2薄膜的结构、光吸收及光催化性能的影响.结果表明:掺Cu能够改善薄膜的表面形貌与结晶质量,提高薄膜的光吸收性能.随着掺铜量的增加,TiO2薄膜的锐钛矿(101)衍射峰越来越强,且吸收边逐渐红移.Cu靶的溅射功率大于3 W,薄膜中就会出现CuO晶相.掺Cu后,TiO2薄膜的光催化性能明显增强.随着Cu的溅射功率的增大,TiO2薄膜的光催化性能先增强,后减弱.Cu的溅射功率为5 W的样品光催化性能最好.     

退火时间对TiO2薄膜光学性能的影响

研究退火时间对薄膜相结构、形貌及光学性能的影响。采用射频磁控溅射法在单晶硅片和石英玻璃片上负载TiO2薄膜,通过X-射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和紫外可见光谱(UV-Vis)对其进行表征。结果表明,在相同的退火温度下,与退火0.5 h相比,退火1 h的薄膜中锐钛矿相TiO2减少,金红石相TiO2增多,对可见光透射率有所减小,1 000℃以上退火时,透射率减小更明显。与退火1 h相比,退火0.5 h薄膜晶粒较小,明显呈纳米团簇状,薄膜表面粗糙度增大。     

半导体技术

O47,O48,TB432005050348电弧离子镀纳米TiO2光催化薄膜/叶长江,袁永,黎碧莲(暨南大学物理系光电和纳米材料实验室)//真空.―2005,42(1).―22～24.采用电弧离子镀法在普通玻璃表面制备透明的TiO2薄膜,AFM、XRD分析TiO2薄膜表面形貌和结构,结果表明经过500℃退火后TiO2薄膜主要为锐钛矿结构.对纳米TiO2薄膜进行了亲水性研究和光催化降解有机物甲基橙和罗丹明B的研究,发现在紫外光照射下纳米TiO2薄膜表现出强光催化活性和超亲水性.图6表1参6O471.1,TN3042005050349低维半导体材料应变分布/周旺民,王崇愚(浙江工业大学机电学院)//物…     

锐钛矿型TiO_2薄膜的低温制备及其光催化性能研究

采用改进的sol-gel法及浸渍–提拉工艺在低温条件下制备了纳米TiO2薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)及紫外–可见光光谱仪(UV-Vis)对所制TiO2薄膜的物相结构、表面形貌以及光吸收特性进行了表征,并利用紫外光照降解亚甲基蓝溶液的方法考察了TiO2薄膜的光催化活性。结果表明:低温制备的纳米TiO2薄膜为锐钛矿结构,表面均匀致密,且对紫外光表现出较强的吸收特性。在紫外光照射48 h后,该TiO2薄膜对亚甲基蓝溶液的降解率为67.4%。     

CdS/TiO_2球棒结构异质结的合成及其光电化学性能研究

利用循环伏安电沉积法将CdS纳米颗粒沉积在TiO2纳米棒阵列上制备了CdS/TiO2复合薄膜,采用XRD、SEM和UV-Vis分光光度计对样品的晶体结构、微观形貌和光学性质进行了表征,并研究了紫外光预处理TiO2对复合薄膜的结构和光电化学性能的影响。结果表明,制备的TiO2薄膜为沿c轴择优取向的金红石单晶,CdS成功电沉积到TiO2纳米棒的顶部形成了CdS/TiO2球棒结构异质结,所制复合薄膜的光吸收边均扩展到了可见光区域。特别是对TiO2纳米棒阵列进行紫外线照射预处理后,复合薄膜中CdS的含量显著提高,其表现出更好的光电化学性能。     

碳纳米管和金属纳米粒子复合结构的拉曼光谱特性

提出了一种基于碳纳米管和金属纳米粒子的表面增强拉曼基底,并进行了实验研究。采用化学方法制备了单壁和多壁碳纳米管薄膜;利用离子溅射方法在碳纳米管薄膜上形成Au纳米粒子,构成基于碳纳米管和金属纳米粒子复合结构的表面增强拉曼散射基底。对此样品进行了扫描电子显微镜(SEM),反射谱、拉曼谱等表征测试。研究表明,该基底由于碳纳米管极大的比表面积,可吸附更多的金属纳米粒子,增强拉曼散射信号强度。     

射频等离子体处理对TiO2薄膜光电转换和亲水性的影响

用反应射频溅射法在导电玻璃上制备TiO2薄膜,并用Ar射频等离子体对TiO2薄膜进行处理。利用XRD、XPS、UVVIS透射光谱和AFM等测试手段研究Ar射频等离子体处理对TiO2纳米薄膜的结构、成分和光电性能的影响,用液滴形貌分析法测量水滴在TiO2薄膜表面的接触角。经过Ar射频等离子处理后,用TiO2薄膜组装的光电池的光电流提高了约80%,TiO2薄膜的亲水角由66°左右迅速减小。     

MgO-Ba0.6Sr0.4TiO3复合粉体的制备

采用液相包覆法制备了MgO包覆的Ba0.6Sr0.4TiO3复合粉体。利用扫描电镜(SEM)和TEM观测了复合粉体前驱体的表面形貌,并用能谱仪(EDS)对前驱体表面进行了微区成分分析。在600℃煅烧合成了MgO包覆的Ba0.6Sr0.4TiO3(BSTO)复合粉体。液相包覆法制备的MgO-BSTO复合粉体包覆层较均匀,厚约为10~100 nm。实验开创了制备纳米MgO包覆BSTO颗粒制备复合粉体的一种全新工艺。     

Au纳米颗粒的形状和尺寸对表面等离子体的影响

通过调控Au纳米颗粒的形状和尺寸,研究了Au纳米颗粒的形状和尺寸与表面等离子体之间的关系。通过直流磁控溅射的方法在外延片上溅射Au薄膜,并采用快速热退火和常规热退火两种方式对其进行热退火,制备出Au纳米颗粒。使用不同热退火方式、不同热退火温度及不同Au薄膜厚度来改变Au纳米颗粒的形状和尺寸,并对Au纳米颗粒的表面形貌及它的消光谱进行了分析,对比了不同形貌的Au纳米颗粒对表面等离子体共振特性的影响。实验结果表明,使用普通热退火制备的Au纳米颗粒形状接近球体,而使用快速热退火得到的Au纳米颗粒的形状更接近棒体;随着热退火温度的升高,表面等离子体的共振波长发生红移;随着Au薄膜厚度的增加,表面等离子体的共振波长也发生红移。     

石英基多层纳米TiO2-FeOOH复合材料的制备和 显微结构的表征

以石英玻璃片为基底,利用自组装技术在TiCl4-HCl体系中生长纳米TiO2,与在Fe(NO3)3-HNO3体系中生长纳米FeOOH制备负载型多层不同层序FeOOH-TiO2纳米复合薄膜光催化材料.高分辨透射电镜(HRTEM)表征结果显示:复合膜由纳米锐钛矿和针铁矿构成.UV-Vis表征结果显示:TiO2与FeOOH间的复合使TiO2吸收带均发生一定程度的红移,其中FeOOH/TiO2/FeOOH/TiO2和FeOOH/TiO2/FeOOH复合薄膜的吸收带分别为490 nm和498 nm;在以罗丹明B溶液为模拟废水的光催化实验中发现:负载FeOOH/TiO2/FeOOH/TiO2和FeOOH/TiO2/FeOOH的两种复合薄膜材料的光催化效果最佳;并且FeOOH膜在复合膜最外层比TiO2膜在最外层时光解效率高.具有一定吸附能力的针铁矿薄膜与TiO2薄膜的复合优化了复合膜内部微孔结构,促进两者间形成了积极地吸附-光催化耦合增强效应.     

衬底负偏压及溅射功率对SiO_2/Cu薄膜形貌的影响

采用射频磁控溅射镀膜技术,分别以不同的衬底负偏压和射频溅射功率下在p型Si(100)基片上制备了SiO2/Cu薄膜。用原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行扫描分析,实验结果表明,衬底负偏压和射频溅射功率对SiO2/Cu薄膜的表面形貌都有显著的影响。衬底负偏压在0～15 V内,薄膜表面颗粒尺寸和均方根粗糙度都随着衬底负偏压的增大呈减小的趋势,而溅射功率在100～200 W内,薄膜表面颗粒尺寸和均方根粗糙度都随溅射功率的升高呈增大的趋势。成膜初期是层状生长模式,后期为岛状生长模式,整个成膜过程是典型的层岛生长模式。     

Au/SiO_2纳米复合膜的形貌及发光特性

采用磁控溅射和退火法在Si(111)衬底上制备Au/SiO2纳米复合薄膜,并在两种实验模式下进行退火处理。模式A:不同的退火温度,退火20min;模式B:退火温度1 000℃,不同的退火时间。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射方法(XRD)和光致发光(PL)等测试手段对退火后的Au/SiO2纳米复合薄膜的表面形貌、微观结构和发光特性进行了分析。SEM结果表明,在模式A情况下,随着温度的增加,Au纳米颗粒的大小先增加后减小,这与XRD测试结果相吻合。PL结果表明,在模式B情况下,随着退火时间的增加,发光峰强度先增加后减小。在325nm波长下激发,440nm的发光峰与Au颗粒的大小和数量有关,而523nm的发光峰与纳米复合膜的结构有关,这与SEM平面图相吻合。实验结果表明,Au/SiO2纳米复合薄膜的表面形貌、微观结构和发光特性与退火温度及退火时间有很强的依赖关系。     

Au/SiO_2纳米复合薄膜的结构表征及光致发光特性

采用磁控溅射和退火技术制备出Au/SiO2纳米复合薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对上述纳米复合薄膜进行了结构表征。实验结果表明,纳米复合薄膜的表面上均匀分布着直径在100～300nm的金纳米颗粒。金纳米颗粒的大小随着退火时间的增加而增大。用荧光光谱仪(PL)对薄膜的光致发光特性进行了研究。结果表明,在激发波长为325nm时,分别在525nm和560nm处出现两个发光峰;在激发波长为250nm时,在325nm处出现发光峰,这一发光峰可能与非晶SiO2的结构缺陷有关。     

Al_2O_3包覆纳米TiO_2的制备及其性能研究

采用并流中和法,以混晶纳米TiO2颗粒为载体,Al2(SO4)3为包覆剂,用NaOH调pH值,在纳米TiO2表面包覆致密的Al2O3膜。并用TEM、XRD、IR及X射线能谱对其进行了表征,测定了包覆改性前后纳米TiO2的ζ电位、黏度以及光催化性能。结果表明:该包覆方法可行,改性后的TiO2零电点pH值增大至8,亲油性能得到改善,紫外屏蔽能力提高和光催化活性降低。     

纳米TiO_2复合微粒的制备及应用

为了改善纳米半导体TiO2的分散性,制备了以微米级的PMMA塑料粒子为核心粒子的TiO2/PMMA复合微粒和以SiO2作为表面包覆的TiO2/SiO2复合粒子。通过对TiO2/PMMA进行紫外、SEM测试,发现由于TiO2粒子分散性的改善,复合微粒对紫外线的吸收能力为纳米TiO2与PMMA塑料粒子混合物的3～10倍。在对TiO2/SiO2进行TEM、XRD及比表面测试后,结果表明复合粒子是由4nm的SiO2膜和约12.6nm的TiO2核组成。     

用随机阻抗网络模拟纳米热致变色VO2薄膜的电阻温度特性

用反应离子束溅射法制备了低相变点(45℃)纳米二氧化钒(VO2)薄膜,并利用随机阻抗网络模型来模拟其电阻-温度特性.在模拟过程中,该薄膜被等效为一个由半导体相和金属相微粒随机分布组成的复合系统.氧化钒薄膜电阻温度特性的模拟结果与实验测量值在整个温度变化范围(10～75℃)十分吻合.这一结果表明,氧化钒薄膜在温度变化过程中发生相分离,且半导体相微粒和金属相微粒之间相互竞争导致了氧化钒薄膜电阻的突变.     

磁控溅射中工艺参数对ZnO:Al薄膜性能的影响

利用射频磁控溅射法采用氧化锌铝(98%ZnO+2%Al2O3)为靶材在普通载玻片上制备了ZAO(ZnO∶Al)薄膜,研究了溅射功率及溅射气压对薄膜晶体结构、电学和光学性能的影响。利用X射线衍射仪、场扫描电镜对薄膜的结构及表面形貌进行了分析,利用分光光度计和电阻测试仪分别测试了薄膜的光电学性能。结果表明:溅射功率为120W、衬底温度为300℃、工作气压为0.5Pa时制得的薄膜具有良好的光电学性能(可见光平均透过率为88.21%、电阻率为8.28×10-4Ω.cm)。     

膜厚对泡沫镍负载TiO2纳米薄膜附着度和光电响应的影响

采用溶胶-凝胶法与高温水热法相结合的复合方法制备了以泡沫镍为基底的不同膜层厚度的TiO2纳米薄膜光电极,并用场发射扫描电子显微镜（SEM）与电化学工作站对样品进行了表面形貌表征与光电性能测试。结果表明,膜层厚度为10层的TiO2纳米薄膜光电极的材料附着度最高,且具有最强的光电响应。研究结果为进一步优化泡沫镍负载TiO2纳米薄膜光电极的制备提供了有益参考。     

从水溶液中沉积光催化活性TiO2薄膜

将基质玻璃片浸渍在含配合物TiF2-6,F-离子捕获剂H3BO3,及加有结晶诱导剂TiO2纳米晶的过饱和水溶液中,在基质上沉积TiO2薄膜.在沉积温度35℃和TiF2-6水溶液的浓度为0.1mol*L-1及反应物TiF2-6和H3BO3的摩尔比为1∶2～4的条件下,能得到透明锐钛矿型TiO2的薄膜.膜的厚度随沉积时间的延长而增加,当沉积时间为9h时,膜厚约为260nm.用AFM观察TiO2薄膜的形貌,其表面都较均匀平滑.由FTIR光谱图看出,在35℃下沉积的TiO2膜已与玻璃片间形成了Ti-O-Si键.通过亚甲兰的光催化降解,评价经不同温度热处理后TiO2薄膜的光催化活性,结果表明,经300℃热处理的TiO2薄膜具有最高的光催化活性,其活性相当于35℃下沉积所得TiO2薄膜的5倍.     

TiO_2/SrTiO_3薄膜电极制备及其光电化学性能研究

采用商用P25TiO2为原料制备纳米多孔TiO2电极,用水热法在多孔TiO2表面包覆SrTiO3。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及紫外-可见光谱仪对TiO2/SrTiO3薄膜电极进行表征。探讨了水热反应温度对TiO2/SrTiO3薄膜电极组装染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电化学性能影响。结果表明:在纳米多孔TiO2电极表面生成了均匀的SrTiO3包覆层,且SrTiO3包覆的样品吸收边有红移;与TiO2薄膜电极相比,不同水热反应温度下制备的TiO2/SrTiO3薄膜电极组装DSSC的光电转换效率均有所提高,180℃时全光转换效率提高了24%。