離子束摻雜二氧化鈦納米薄膜光學(xué)性能的影響.pdf

1、TiO2薄膜是一種性能優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，由于具有光催化活性高、化學(xué)性能穩(wěn)定、安全無毒以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，作為環(huán)保型光催化材料在環(huán)境工程、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)以及人們的日常生活等領(lǐng)域中都有著廣闊的應(yīng)用前景。但實(shí)現(xiàn)其可見光催化一直是研究的難點(diǎn)之一。本論文用射頻磁控濺射法在各種不同的制備條件下在醫(yī)用載玻片上成功地制備了TiO2薄膜，并提出了一種利用離子注入對TiO2薄膜進(jìn)行N摻雜的方法?？疾炝瞬煌难醴謮骸⒒瑴囟?、退火溫度、水熱處理溫度對Ti

2、O2薄膜性能的影響，對N摻雜后的TiO2薄膜光學(xué)性能進(jìn)行了研究。用X射線衍射(XRD)研究了TiO2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)，X射線光電子能譜(XPS)測試TiO2薄膜中元素的化學(xué)價(jià)態(tài)，用原子力顯微鏡(AFM)觀察了TiO2薄膜的表面形貌，用紫外-可見光吸收譜(UV-Vis)測試了TiO2薄膜的光學(xué)性能。 研究結(jié)果表明： 1．用射頻反應(yīng)磁控濺射法在醫(yī)用載玻片上成功地制備了TiO2薄膜，薄膜呈透明狀態(tài)，表面晶粒均勻、致密，在可見光范

3、圍內(nèi)，對光的平均透光率都在80％以上。各組TiO2薄膜在N摻雜后，薄膜的透明度下降，但其在紫外可見光區(qū)的吸收強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)，且吸收邊也會(huì)發(fā)生移動(dòng)。 2．基底溫度對TiO2薄膜晶粒尺寸有很大影響，隨著基底溫度的升高，晶粒尺寸逐漸減小。在室溫下制備出的TiO2薄膜為銳鈦礦相結(jié)構(gòu)；基底溫度升高到300℃時(shí)，制備出的TiO2薄膜仍為銳鈦礦相結(jié)構(gòu)。該組薄膜在N離子摻雜后，光學(xué)性能發(fā)生變化。隨著N離子注入量的增加，薄膜在紫外-可見光范圍的

4、光吸收加強(qiáng)，而且薄膜的吸收邊向長波方向移動(dòng)。 3．制備過程中的氧分壓對TiO2薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌和光吸收有很大的影響。隨著氧分壓的增加，薄膜中銳鈦礦型的晶體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)。該組薄膜在N摻雜后，隨著N離子注入量的增加，薄膜在紫外-可見光范圍的光吸收加強(qiáng)，而且吸收邊向長波方向移動(dòng)。 4．經(jīng)300℃～500℃退火1h處理后的TiO2薄膜其晶體結(jié)構(gòu)均為銳鈦礦型結(jié)構(gòu)，當(dāng)退火溫度在400℃時(shí)，TiO2薄膜有發(fā)生再結(jié)晶的趨勢；退