對(duì)向靶磁控濺射法制備TiO2納米薄膜及其性能研究.pdf

1、TiO2材料由于具備高催化活性、無(wú)毒性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于資源與環(huán)境領(lǐng)域,TiO2薄膜因比粉體易于從反應(yīng)體系中分離與回收利用而備受關(guān)注。本文將一種新型物理沉積技術(shù),即對(duì)向靶磁控濺射法應(yīng)用于TiO2薄膜制備過(guò)程,可有效避免濺射粒子對(duì)沉積薄膜的轟擊作用,提高靶材的利用率,所制備薄膜與基底結(jié)合牢固。
　　以?xún)蓚€(gè)對(duì)向平行放置的鈦靶為濺射靶材,分別選取Ar與O2為工作氣體和反應(yīng)氣體,采用直流反應(yīng)濺射法在FTO導(dǎo)電玻璃基底上制備了

2、TiO2納米薄膜。通過(guò)FE-SEM和AFM對(duì)不同濺射時(shí)間段的TiO2納米薄膜進(jìn)行表面形貌分析,結(jié)果顯示TiO2納米薄膜在基底上呈先層狀后島狀(Stranski-Krastanow)的生長(zhǎng)模式。
　　通過(guò)臺(tái)階儀、XRD、FE-SEM、HR-TEM、AFM和UV-Vis等表征手段,詳細(xì)分析了對(duì)向靶磁控濺射過(guò)程各個(gè)條件參數(shù)對(duì)所制備 TiO2納米薄膜晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌與光學(xué)性質(zhì)的影響。濺射功率主要影響 TiO2納米薄膜的沉積速率,薄膜厚度

3、與濺射功率呈線(xiàn)性增加的關(guān)系;當(dāng)濺射功率大于280 W時(shí)薄膜開(kāi)始由非晶狀態(tài)轉(zhuǎn)化為銳鈦礦結(jié)構(gòu),但結(jié)晶度較低。退火處理可使 TiO2納米薄膜獲得足夠自由能,促進(jìn)TiO2顆粒的表面遷移與相互團(tuán)聚,并提高薄膜的結(jié)晶度。Ar/O2流量比是影響靶面上濺射過(guò)程與氧化過(guò)程速率的決定性因素,當(dāng)Ar/O2流量比低于1:1時(shí)濺射過(guò)程進(jìn)入靶面氧化模式,薄膜沉積速率和結(jié)晶度均有所降低;當(dāng)Ar/O2流量高于1:1時(shí),隨著濺射室內(nèi)氧氣流量的增加,薄膜由純銳鈦礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

4、為銳鈦礦-金紅石混晶結(jié)構(gòu)。高濺射氣壓會(huì)抑制金紅石的生長(zhǎng),當(dāng)濺射氣壓小于2.5 Pa時(shí),沉積在基底上的TiO2納米薄膜結(jié)晶度隨濺射氣壓的升高而提高;若濺射氣壓繼續(xù)增大則會(huì)導(dǎo)致沉積薄膜的結(jié)晶度下降。
　　以異丙醇(iso-propanol,簡(jiǎn)稱(chēng)IPA)氣體為目標(biāo)降解物檢測(cè)所制備薄膜的光催化活性;以 TiO2納米薄膜電極的瞬態(tài)光電流檢測(cè)薄膜的光電性能,研究確定具備最優(yōu)光催化活性和光電性能的TiO2納米薄膜制備條件為:濺射功率350 W,