能量过滤磁控溅射技术制备TiO_2薄膜光学性能的均一性研究

采用直流磁控溅射(DMS)和能量过滤磁控溅射(EFMS)技术在玻璃衬底上制备TiO_2薄膜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、椭圆偏振光谱仪等对薄膜的性能进行表征和分析。结果表明EFMS技术制备的TiO_2薄膜在较大面积上结晶性能以及光学性能的均一性均得到改善。     

磁控溅射和能量过滤磁控溅射TiO_2薄膜结构和光学性质的对比研究

磁控溅射是一种广泛应用的薄膜制备技术。能量过滤磁控溅射是对磁控溅射技术加以改进后的一种薄膜制备技术。通过改变能量过滤磁控溅射技术过滤电极网孔大小制备TiO_2薄膜,研究了网孔目数对薄膜物相结构、表面形貌以及光学性质的影响,并与磁控溅射技术制备的TiO_2薄膜进行了对比研究。结果表明:(1)能量过滤磁控溅射技术较磁控溅射技术所制备薄膜的结构均匀性更加优异,薄膜的透射率由86.5%增大到91.4%、波长500nm处折射率由1.61增加到1.68、波长300nm处消光系数由0.42降低到0.12;(2)能量过滤磁控溅射技术过滤电极网孔目数不同时薄膜的结晶性能、表面粗糙度以及光学性质均存在差异,且随网孔目数的增加呈周期性变化;(3)过滤电极网孔目数为8目时,薄膜的结晶性能较好、薄膜较为均匀、透射率较高,为91.4%。     

能量过滤磁控溅射技术室温制备ITO膜的光电特性及其应用

利用在直流反应磁控溅射(DMS)技术基础上改进的能量过滤磁控溅射(EFMS)技术制备了ITO薄膜,并将其应用于顶发射有机电致发光器件(TOLED)的阳极。利用X射线衍射、原子力显微镜、椭圆偏振光谱仪和四探针方块电阻测试仪分析了薄膜的结构、表面形貌、光学和电学特性,利用自搭建的电压-电流密度-发光效率测试系统测量了TOLED器件的发光效率。结果表明,与DMS技术相比,EFMS技术可有效抑制对有机功能层的溅射损伤,制备的ITO薄膜表面更平整,晶粒尺寸更细小,而且具有优良的光学和电学性能(400~800 nm波长范围的平均透射率为87.1%;方块电阻低至4.56×10-4Ω·cm)。以该薄膜为阳极的TOLED器件的发光效率显著提高,在3.26 m A/cm2的电流密度下发光效率达到0.09 lm/W。     

TiO2纳米晶薄膜的制备及其体外细胞毒性的实验研究

分别采用高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)技术和直流磁控溅射(DCMS)技术在单晶硅基片上制备出两种晶粒尺寸的TiO_2纳米晶薄膜;采用ISO10993-5:1999标准中的浸提液法对TiO_2薄膜的体外细胞毒性进行评价和研究。实验结果表明,在TiO_2纳米晶薄膜浸提液中细胞生长相对增殖率(RGR)为93%~96%,细胞毒性评级为1级,TiO_2纳米晶薄膜作为生物医学材料满足临床应用的要求;对两种晶粒尺寸的薄膜进行体外细胞毒性的评级,结果无差异。     

TiO2-NTAs/ZnO异质结的制备及紫外探测性能研究

利用电子束蒸发技术、阳极氧化法和磁控溅射技术在ITO玻璃衬底上制备了二氧化钛纳米管阵列/氧化锌(TiO_2-NTAs/ZnO)异质结,利用SEM、EDS Mapping、XRD、Raman、分光光度计和电化学工作站等对样品的微观形貌、元素成分、晶体结构、透过率和紫外探测性能进行表征。结果表明,TiO_2-NTAs的表面结构清晰、高度有序、孔径均一,为锐钛矿型,沿(101)晶面择优生长;ZnO薄膜呈现颗粒状附着在TiO_2-NTAs的表面,为六方纤锌矿型;在TiO_2-NTAs/ZnO异质结中,钛、锌和氧3种元素呈均匀分布。相比TiO_2-NTAs, TiO_2-NTAs/ZnO异质结在紫外-可见光区具有较高的吸收能力;能有效提高光暗电流比、缩短响应恢复时间,有助于紫外探测器的实际应用。     

N掺杂TiO_2薄膜的光催化性能研究

开发具有可见光活性的光催化剂,在污染物处理和光能转换等方面,都有很大的应用价值。掺杂改性则是实现TiO_2可见光活性的重要手段之一。文献表明,在非金属元素掺杂中,N掺杂效果最为理想,已经成功地将光响应波长红移到可见光区,取得了很好的光催化活性。目前所制备的N掺杂TiO_2光催化剂主要有粉末和薄膜两种。粉末状催化剂较易制备,但存在难以回收的缺点;而采用简单方法制备高催化效率的薄膜仍存在一些困难。采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂改性的TiO_2薄膜以及SiO_2/TiO_2、FeCe/SiO_2/TiO_2等类型的复合薄膜,研究了镀膜的类型和层数、热处理温度和气氛,尿素、硫脲等不同氮源和掺杂量对薄膜光催化性能的影响;并且采用XRD、SEM、XPS、AES等分析了膜层的成分、相结构、表面形貌、膜厚、附着力,结合掺杂离子的类型、浓度、能级、电子构型、半径和化合价等因素,研究工艺条件对TiO_2的能带、异质结构的影响,研究了玻璃薄膜光催化活性变化的机理,特别是对TiO_2吸收边红移的作用机理。     

溅射功率对ZnO/TiO_2复合薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃基底制备了ZnO/TiO_2复合薄膜,利用SEM、XRD对薄膜的表面形貌和晶体结构进行了表征,分析了不同溅射功率对薄膜的亲水性和光催化性能的影响。结果表明,溅射功率为140W时,再经500℃退火2h处理后的薄膜具有锐钛矿和金红石混晶结构,并具备最佳的亲水性能;随着溅射功率的增加,ZnO/TiO_2复合薄膜的光催化性能升高。     

CuMnO2/TiO2复合光催化剂增效催化降解亚甲基蓝

首次利用旋涂法将CuMnO_2纳米晶负载于TiO_2纳米棒阵列薄膜上,制备出光催化性能增强的CuMnO_2/TiO_2复合光催化剂,并考察了样品对亚甲基蓝(MB)的光催化降解性能。研究结果表明,CuMnO_2纳米晶和TiO_2纳米棒之间形成p-n异质结结构,能够有效促进电子和空穴的分离,使得CuMnO_2/TiO_2复合光催化剂具有更高的光催化性能。采用浓度为0.25 g/L的CuMnO_2悬浮液制得的CuMnO_2/TiO_2复合材料的光催化降解效率最高,其光催化效率和表观速率分别为88%和0.298 6 h~(-1),较纯TiO_2提高约26%和80%。     

CeO2掺杂TiO2催化剂薄膜的制备与表征

以Ar为工作气体，O2为反应气体，利用射频磁控溅射技术成功地在载玻片上沉积了透明TiO2催化剂薄膜。同时利用共溅射技术制备了掺杂CeO2的TiO2催化剂薄膜。采用X射线衍射(XRD)、Raman光谱、UV-VIS-NIR分光光度计、原子力显微镜(AFM)对薄膜进行了结构和形貌表征。     

直流磁控溅射制备锐钛矿TiO_2薄膜生长速率的研究及其在多层膜制备中的应用

利用直流磁控溅射技术(DCMS)制备锐钛矿TiO_2薄膜,研究了工艺参数中的衬底温度、压强和溅射功率对TiO_2薄膜的沉积速率的影响,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)和椭圆偏振光测试仪表征了样品的表面形貌、结构和膜厚,实验结果表明:利用DMS制备薄膜为单一的的锐钛矿结构,表面组成颗粒均匀。随着沉积温度的增加,薄膜的沉积速率从100℃的2.16nm/min增加至400℃的4.03nm/min;压强增加,薄膜的沉积速率降低,0.75Pa、1.5Pa和3.0Pa条件下的沉积速率分别为4.48nm/min、3.18nm/min和2.42nm/min;溅射功率增加,沉积速率提高,100W、295W和443W对应的沉积速率分别为2.95nm/min、3.18nm/min和7.50nm/min。最后用TFC膜系设计软件在玻璃基底上设计了双层TiO_2薄膜,利用设计结果制备了薄膜,实验值和理论设计结果非常吻合。     

TiO_2/CdS异质结薄膜的制备及光生载流子传输机理研究

通过"刮刀法"和化学浴沉积法(CBD)相结合制备了TiO_2/CdS异质结薄膜。利用XRD、SEM、UV-Vis吸收光谱和Ⅰ-Ⅴ特征曲线等手段研究了沉积时间对异质结薄膜材料的形貌及性能的影响。结果表明当CdS的沉积时间为30min时,制备的TiO_2/CdS异质结薄膜具有最优的光电性能。利用EIS和TPV技术对光生载流子的传输过程进行了系统的研究,其结果表明其最优的光电性能主要归因于异质结构的构建可有效提高光生载流子分离的效率和传输的速度,并能显著提高光生载流子的寿命。     

碳量子点/TiO_2复合光催化剂的研究进展

总结了碳量子点/TiO_2复合光催化剂的制备方法,介绍了碳量子点提高TiO_2光催化效率的作用机理,归纳了碳量子点/TiO_2的优化途径,对其在光催化研究中存在的问题及未来的研究方向进行了探讨,为进一步制备高性能的碳量子点/TiO_2复合光催化剂提供参考。     

Ta掺杂提高TiO_2光催化效率及对微观结构的调制

采用Ta元素掺杂TiO_2光催化剂,研究掺杂引起的光催化效率变化、微观结构改变和催化剂改性的机制。采用溶胶凝胶法制备不同浓度的Ta元素掺杂纳米TiO_2光催化剂,并通过降解罗丹明B表征其光催化性能。通过X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱分析Ta掺杂纳米TiO_2催化剂晶相、微观结构、元素组成和化合价等。结果表明:Ta掺入纳米TiO_2催化剂后,Ta原子将取代Ti的位置,以Ta~(5+)形式存在于TiO_2晶格中,促进掺杂样品中形成氧空位,可以有效提高电子密度,并抑制光生载流子复合,从而提高催化效率。当掺杂比例n_(Ta)/n_(Ti)为3%时,光催化效率最高,光照2 h对罗丹明B降解率高达83.8%,是未掺杂样品的2倍以上。     

TiO2-Al含能复合薄膜激光烧蚀特性研究

利用真空磁控溅射技术制备了不同调制周期的TiO_2-Al复合薄膜和TiO_2-Al-Al_2O_3-Al复合飞片,通过SEM对各层薄膜的厚度、界面成分、薄膜均匀性和致密性进行相应表征;利用光子多普勒测速系统(PDV)测量飞片速度,得出飞片速度与激光脉冲能量的关系;运用原子发射光谱法研究了TiO_2-Al复合薄膜调制周期对激光诱导TiO_2-Al复合薄膜等离子体特性的影响。研究结果表明:复合薄膜不同材料膜层分界面清晰可见,具有明显的层状结构;飞片速度随激光能量的增加先上升后降低,调制周期小的飞片速度高于调制周期大的飞片;对应的等离子体电子温度规律类似;在一定能量范围内,反应性复合薄膜在激光辐照下对飞片的速度特性有较为显著的增强作用。该结果对提高激光驱动飞片能量耦合率有重要意义。     

掺杂型TiO_2光催化研究的最新进展

长期以来,二氧化钛(TiO_2)一直被认为是一种有前景处理污染物的半导体材料。但其在可见光下禁带宽度较大、催化效率较低等限制了其在可见光下的运用。目前该领域最具有价值的研究进展是在TiO_2结构中引入其他成分使该材料在可见光下具有光催化降解污染物的能力,其主要类型包括金属掺杂、非金属掺杂和共掺杂。笔者综述了这些制备方法提高TiO_2光催化效率的途径及机理的最新进展,旨在为今后进一步扩大高光催化效率TiO_2的开发以及实际应用提出新的方向。     

TiO_2/CdSe纳晶复合薄膜电极的制备及表征

研究了CdSc敏化TiO_2纳晶多孔薄膜电极的制备及其表征,采用化学沉积法在TiO_2纳晶薄膜电极表面制备了窄带隙纳米微粒CdSe,对丝网印刷制备的TiO_2纳晶薄膜电极进行敏化处理,制备了TiO_2/CdSe纳晶复合薄膜电板;同时利用XRD、SEM、TEM、XPS对TiO_2/CASe复合薄膜电极的晶型、粒径、元素组成和表面结合态进行了表征分析.     

纳米TiO2光催化技术在生态道路中的应用研究进展

近年纳米TiO_2光催化技术在生态道路中的应用备受关注。因路面材质的不同,纳米TiO_2光催化路面材料的制备方法也有所差异,影响该材料尾气降解效率的主要因素包括纳米TiO_2的掺量、污染物浓度、光源与光照强度等。目前纳米TiO_2光催化技术在水泥混凝土路面、沥青路面和道路附属设施中已得到了应用,但还存在光催化效率不足、在沥青基的负载技术研究不足等诸多问题,有待进一步的深入研究开发。     

低温ALD沉积Al掺杂TiO_2薄膜性能的研究及在钙钛矿太阳电池上的应用

以四异丙醇钛、三甲基铝和去离子水分别为钛源、铝源和氧源,低温条件下用原子层沉积(ALD)技术在FTO导电玻璃上制备TiO_2薄膜和掺杂不同比例元素Al的TiO_2(ATO)薄膜,并将其作为光阳极用于平面钙钛矿太阳电池。测量TiO_2和不同Al比例掺杂的ATO薄膜X射线衍射,研究掺杂比对TiO_2晶格的影响。同时,以FTO导电玻璃为基底在TiO_2(或ATO)薄膜上沉积Al做电极制备FTO/TiO_2/Al和FTO/ATO/Al,测量它们的I-V曲线,研究Al掺杂对TiO_2薄膜导电性能的影响。最后,以TiO_2和掺杂比为1:120制备的ATO为光阳极,组装成钙钛矿太阳电池器件FTO/TiO_2(或FTO/ATO)/CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x/spiro-OMETAD/Au,测量电池J-V特性曲线。与TiO_2为光阳极器件相比,掺杂比为1:120的ATO基器件开路电压从0.89提高到1.01 V,填充因子从59%提高到64%,光电转换效率由9.26%提高到11.31%。发现少量Al掺杂不会改变TiO_2薄膜晶型结构,但是会改变TiO_2电阻。     

TiO2复合薄膜光生亲水及防结雾性能研究

利用中频交流磁控溅射技术制备了TiO2薄膜、Ag/TiO2复合薄膜和TiO2:MoO3复合薄膜,研究了TiO2薄膜的光生亲水性和防结雾特性,讨论Ag及MoO3对TiO2薄膜光生亲水性的影响.发现:制备的TiO2薄膜有良好的光生亲水性和防结雾效果,同时薄膜越厚其光生亲水性越明显.800 nm的TiO2薄膜在TUV辐照3 min后其接触角可下降至2°以下.Ag/TiO2复合薄膜是一种接触角在较大范围内可变的薄膜材料,紫外辐射可使其接触角在120°到0°间调节.而TiO2:MoO3复合薄膜的光生亲水性则远比TiO2薄膜差.     

TiO_2/SiO_2非晶复合薄膜的超亲水性能研究

自制靶材,采用射频磁控溅射法制备超亲水TiO_2/SiO_2非晶复合薄膜,用XRD、AFM、XPS、液滴形状分析仪等方法进行表征。研究了溅射气氛、射频功率以及溅射时间对薄膜亲水性能的影响,并探讨了TiO_2/SiO_2非晶复合薄膜的超亲水机理。结果表明,Ti、Si元素进入薄膜晶格,在TiO_2/SiO_2薄膜界面形成Si—O—Ti键,约为22.4%;Si—O—Ti键的形成增加薄膜表面酸性,提高薄膜表面羟基含量,使薄膜具有超亲水特性。