温度对浮法在线APCVD法生产的TiO_2薄膜结构与性能的影响

合集下载

电子束蒸发沉积TiO2薄膜结构及光学性能的研究

第24卷　第11期2002年11月武　汉　理　工　大　学　学　报J OURNAL OF W UHAN UN I VERSI T Y OF TECHN OLOG YV o l .24　N o .11　N ov .2002文章编号:167124431(2002)1120011204电子束蒸发沉积T i O 2薄膜结构及光学性能的研究王学华　薛亦渝　赵　利　张幼陵(武汉理工大学)摘　要:　研究了工艺条件对电子束蒸发沉积在K 9玻璃上T i O 2薄膜的结构和光学性能的影响。

正交试验结果表明,基片温度是影响薄膜光学常数的主要因素,制备T i O 2薄膜的最佳工艺参数为:基片温度300℃,工作真空2×10-2Pa ,沉积速率0.2nm s 。

采用最佳工艺沉积在透明基片上的T i O 2薄膜在可见光区具有良好的透过特性,同时也得出了薄膜的光学带隙能E g =3.77e V 。

SE M 观察结果表明薄膜为柱状纤维结构,柱状纤维的直径在100～150nm 之间。

关键词:　电子束蒸发;　T i O 2;　光学薄膜中图分类号:　O 484.4文献标识码:　A收稿日期:2002207208.作者简介:王学华(19762),男,博士生;武汉,武汉理工大学材料科学与工程学院(430070).氧化钛(T i O 2)薄膜具有优良的透光性、高折射率和良好的化学稳定性,并且折射率可随制备工艺变化,是非常重要的光学膜,已被广泛地应用于抗反射涂层、干涉滤波片、电致变色窗和薄膜光波导[1]。

制备T i O 2薄膜的PVD 方法主要有反应蒸发[2,3]、反应磁控溅射[4,5]和脉冲激光沉积[6,7]等。

众所周知,薄膜的生长形态、晶体结构和化学计量比对沉积条件极为敏感,工艺参数如基片特性、O 2分压、沉积速率和基片温度对薄膜的致密度、结晶度和光学性能有很大影响。

采用正交试验法研究工艺参数对电子束蒸发沉积在玻璃基片上的T i O 2薄膜光学常数的影响。

退火温度对TiO_2薄膜结构和光学性能的影响

刘佳等　退火温度对Ti O 2薄膜结构和光学性能的影响40　退火温度对TiO 2薄膜结构和光学性能的影响刘佳,朱昌(西安工业大学光电工程学院,陕西西安710032) [摘　要]　为制备光学性能良好的Ti O 2薄膜。

采用离子束溅射(I B S )的方法,改变退火温度,在Si 基底上制备氧化钛(Ti O 2)薄膜。

利用XRD 、XPS 、SE M 测试薄膜的成分、结晶形式和表面形貌,椭圆偏振光谱仪分析薄膜折射率和消光系数。

试验结果发现:随退火温度的增加,薄膜由锐钛矿相变为金红石相,400℃薄膜结晶为锐钛矿相Ti O 2,1100℃退火后,薄膜结晶为金红石相Ti O 2;退火温度升高使薄膜折射率和消光系数随之升高。

由此可得,800℃退火时,Ti O 2薄膜具有最佳光学性能。

[关键词]　Ti O 2;退火温度;结晶;光学性能;薄膜;离子束溅射[中图分类号]TG174.444;O484.4 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2009)01-0040-03Effect of Annea li n g Tem pera tureon the Structure and O pti ca l Properti es of T iO 2F ilm sL I U J ia,ZHU C hang(School of Op t oelectr onic Engineering School,Xi’an Technol ogical University,Xi’an 710032,China )[Abstract]　Titaniu m di oxide (Ti O 2)thin fil m s have synthesized on silicon wafers by i on bean s puttering (I B S )at different annealing te mperature .XRD ,SE M were used t o analyze the component crystal and surface t opography;XPS was used t o analyse the component;Elli p s ometry s pectral apparatus was used t o analyse the refractive index and extincti on coefficient .It was f ound that,annealed at 400℃anatase phase appeared in Ti O 2thin fil m s .Annealed at 800℃,ruile phase appeared in Ti O 2thin fil m s .Annealed at te mperature above 1100℃,anatase phase changed int o ruile phase com 2p letely .A s anealing te mperature increase,the refractive index and extincti on coefficient of the thin fil m s increase .The Ti O 2thin fil m s annealed at 800℃has the best op tical p r operties .[Key words]　Ti O 2;Annealing Te mperature;Crystal;Op tical perf or mance;Thin fil m ;I on bean s puttering[收稿日期]2008-11-18[作者简介]刘佳(1982-),女,回族,内蒙古呼和浩特人,在读硕士,研究方向为薄膜技术。

氟掺杂纳米TiO_2薄膜的低温制备及其光催化性能

2010Chinese Journal of CatalysisVol. 31 No. 1文章编号: 0253-9837(2010)01-0120-06DOI : 10.3724/SP.J.1088.2010.90719研究论文: 120~125收稿日期: 2009-07-09.联系人: 陈锋. Tel/Fax: (021)64252062; E-mail: fengchen@ 基金来源: 国家自然科学基金 (20777015).氟掺杂纳米 TiO 2 薄膜的低温制备及其光催化性能陈艳敏, 钟晶, 陈锋, 张金龙华东理工大学精细化工研究所, 结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室, 上海 200237摘要: 以氟化铵为氟源, 采用水热法制得氟掺杂 TiO 2 (FTO) 溶胶, 并通过浸渍提拉法在低温下制备了 FTO 薄膜. 其中在 120 oC下水热处理 10 h 所得的 TiO 2 溶胶制备的薄膜均匀透明, 具有较高的光催化活性. 氟掺杂后的 TiO 2 晶粒尺寸并未发生明显变化, 但薄膜的光催化活性显著升高. F/Ti 摩尔比为 0.01 时, FTO 薄膜的光催化活性最高, 比 TiO 2 薄膜的活性升高了 23%. X 射线光电子能谱结果表明, 氟掺杂 TiO 2 中的氟离子存在晶格取代掺杂和表面化学吸附两种形式. 这两种氟离子的共同作用是 FTO 薄膜光催化活性升高的主要原因.关键词: 氟; 掺杂; 二氧化钛; 薄膜; 光催化; 罗丹明 B ; 降解中图分类号: O643 文献标识码: ALow-Temperature Preparation and Photocatalytic Performance ofF-Doped Nanosized TiO 2 Thin FilmCHEN Yanmin, ZHONG Jing, CHEN Feng *, ZHANG JinlongKey Laboratory for Advanced Materials and Institute of Fine Chemicals, East China University of Science and Technology,Shanghai 200237, ChinaAbstract : F-doped TiO 2 (FTO) sol was prepared using NH 4F as the fluorine precursor by a hydrothermal method. FTO thin film was then prepared via dip-coating. The TiO 2 thin film prepared from the TiO 2 sol that was hydrothermally treated at 120 o C for 10 h had preferable transparence and high photocatalytic activity. F doping did not significantly change the grain size of TiO 2 but greatly enhanced the photo-catalytic activity of the TiO 2 film. The optimal doping concentration of F corresponded to F/Ti molar ratio of 0.01. The photocatalytic activ-ity of the FTO thin film was 23% higher than that of TiO 2 thin film. X-ray photoelectron spectroscopy results showed that there were two forms of F element in the FTO thin film: surface chemically adsorbed F and substituent lattice F. Both surface adsorbed F and substituent lattice F played a role in the photocatalytic activity enhancement of the FTO thin film.Key words: fluorine; doping; titanium dioxide; thin film; photocatalysis; rhodamine B; degradation溶胶-凝胶法是目前制备多孔 TiO 2 薄膜的主要方法[1~5].该法工艺简单, 原材料价格低廉, 可以在低温下制备高纯度、透明和化学成分均一的纳米 TiO 2 薄膜[5~8]. 但由于结晶不完全, 其光催化活性一般较低[2,9].近年来, 人们发现利用 F 离子对 TiO 2 表面进行修饰可大大改善薄膜的光催化性能. 化学吸附到 TiO 2 表面的F 离子, 可以在紫外光照射下促进羟基自由基生成, 从而可提高苯酚和酸性橙 7 等底物的降解[10~12].光致亲水性测试结果表明, 表面氟化可增加薄膜在紫外光照射下表面水接触角的降低速率[13].因此, 人们开始尝试以氟掺杂 TiO 2[14~18]. Hattori 等[15]以三氟乙酸为氟源采用溶胶-凝胶法制备了氟掺杂 TiO 2 薄膜.Xu 等[17]用 NH 4F 作为氟源低温下制备了氟掺杂纳米 TiO 2 薄膜. 研究表明, 氟掺杂的 TiO 2 薄膜在紫外和太阳光下光催化活性明显提高.本文采用改进的溶胶-凝胶法制备了锐钛矿和板钛矿两种晶型并存的 TiO 2 水溶胶, 并以 NH 4F 为氟源, 在不同水热条件下制备了氟掺杂的纳米 TiO 2 (FTO) 薄膜. 同时通过紫外光照射光催化降解罗丹明 B (RhB) 实验, 考察了 FTO 薄膜的光催化性能. 陈艳敏等: 氟掺杂纳米TiO2薄膜的低温制备及其光催化性能 1211实验部分1.1 催化剂的制备1.1.1 FTO溶胶的制备将5.4ml钛酸四丁酯(CP,上海凌峰化学有限公司)加入到20ml二次蒸馏水中,搅拌反应2h.将得到的沉淀过滤,反复洗涤后转移至三口烧瓶中,加入100ml二次蒸馏水和1.5ml浓硝酸(AR,中国医药(集团)上海化学试剂公司),于80o C搅拌4h,即得到透明的TiO2溶胶.向TiO2溶胶中加入不同量的NH4F(AR,上海凌峰化学有限公司),使得n(F)/n(Ti)分别为0.005,0.01,0.03和0.05,在120~160o C下水热反应6~18h,即得FTO溶胶.不同F/Ti摩尔比的FTO 样品记为FTO-x,其中x为溶胶中F和Ti的摩尔比. 1.1.2 FTO薄膜的制备于室温下,分别在TiO2和FTO溶胶中用浸渍提拉法在洁净玻璃基底(25mm×75mm)上提拉成膜,控制提拉速率为1.0mm/s,涂膜面积25mm×50mm,将湿膜于100o C干燥2h,即制得TiO2及FTO薄膜. 1.2催化剂的表征由于直接对薄膜材料进行检测存在困难,故本文采用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(DRS UV-Vis)以及X射线光电子能谱(XPS)对TiO2及FTO粉体进行检测.所用样品通过将相应的溶胶减压蒸除水分后真空(100o C)干燥得到.XRD分析采用日本Rigaku D/Max型X射线衍射仪.Cu Kα线(λ=0.154 056nm),Ni滤光片,管压40 kV,管流100mA,扫描范围10o~80o,扫描速率8o/min. DRS UV-Vis谱在美国Varian Cary500型紫外-可见分光光度计上测定,以BaSO4为参比,测量范围200~ 800nm.XPS利用PHI 5000C ESCA System型X射线光电子能谱仪进行检测.Al靶,电压14.0kV,功率250W,真空优于10nPa.以C1s(E b=284.6eV)为基准进行校正,采用AugerScan3.21软件进行数据分析.1.3催化剂的光催化活性评价薄膜的光催化活性通过RhB在紫外光下的降解反应评价.采用300W的高压汞灯(上海亚明)作为光源,以100ml石英试管为反应器.将薄膜浸没在60 ml的5mg/L RhB水溶液中,保持薄膜表面垂直面向光源,距离光源中心15cm.光照前,样品先在黑暗中预吸附30min.光照后,每30min取一次样.RhB的降解率通过测定溶液在λ=553nm处吸光度的变化(Cary 100型紫外-可见分光光度计)计算得到.2结果与讨论2.1 TiO2溶胶制备条件的优化2.1.1水热处理温度的影响用于涂膜的TiO2溶胶对所制TiO2薄膜的机械强度和光催化活性的影响很大.表1为水热处理温度(水热处理时间10h)对TiO2溶胶及薄膜形貌的影响.由表可见,未经水热处理或水热温度在120o C以下得到的溶胶较为稳定,可放置2个月以上而不发生沉淀,所制备的TiO2薄膜均匀透明.水热处理温度为140o C时溶胶中出现少量的白色沉淀,所制备的TiO2薄膜表面不均匀,有少量颗粒状突起.当水热温度升高到160o C时,溶胶中出现大量的白色沉淀,所制备的TiO2薄膜则主要由颗粒状物质组成.表 1 水热处理温度对TiO2溶胶及TiO2薄膜形貌的影响Table 1Effect of hydrothermal treatment temperature on morphology of TiO2 sol and TiO2 filmt/o C TiO2 sol TiO2 film— transparent,stable homogeneous, transparent 100 semi-transparent, stable homogeneous, transparent 120 milky, stable homogeneous, transparent 140 milky with some WP with some graininess160 milky with WP heterogeneous, graininess WP: white precipitate.图1为不同水热温度下制备的TiO2溶胶粉体的XRD谱.由图可见,各TiO2样品均含有明显的锐钛203040506070AAAIntensity2θ /( o )AR B AA: anataseB: brookiteR: rutile(4)(3)(2)(1)图 1不同温度下水热处理10h后制得的 TiO2溶胶(粉体)的 XRD谱Fig. 1. XRD patterns of TiO2 sol (powder) hydrothermally treated at different temperatures for 10 h. (1) 100 o C; (2) 120 o C; (3) 140 o C; (4) 160 o C.122 催化学报Chin. J. Catal., 2010, 31: 120–125矿(2θ=25.4o,38.0o,48.0o,54.7o和63.1o)和板钛矿的特征峰(2θ=31o).随着水热温度的升高,锐钛矿和板钛矿的衍射峰均逐渐增强,说明水热温度的升高有利于锐钛矿和板钛矿晶型的完善.当水热温度升高到140o C时,还出现了金红石相的TiO2.在溶胶-凝胶法合成TiO2过程中,TiO2的晶型会因体系的pH值[19,20]以及络合阴离子[20]而异,如强酸性条件有利于金红石相的生成,而中性条件有利于锐钛矿的形成.在钛源的水解和聚合过程中,存在Ti(OH)22+/金红石和Ti(OH)22+/锐钛矿的热力学平衡.当体系pH值为0.0~1.5时,随着钛离子浓度的变化,Ti(OH)22+,金红石和锐钛矿三者之间的势能存在μr<μi<μa或μr<μa<μi的关系(μr,μa和μi分别为金红石、锐钛矿和Ti(OH)22+的化学势能).根据奥斯特瓦尔德阶段定律,前一条件下Ti(OH)22+缩聚形成金红石,而后一条件下生成和Ti(OH)22+势能更为接近的亚稳相锐钛矿[21].在本文中,水热温度的升高有利于体系中离子的溶解,降低了Ti(OH)22+在体系中的化学势能.因此,当水热温度高于140o C时,产物中出现金红石.TiO2溶胶的晶粒粒径可通过Scherrer公式计算;锐钛矿、金红石和板钛矿的含量根据文献[22]方法计算,所得结果列于表2.由表可以看出,随着水热温度的升高,锐钛矿的平均粒径逐渐增大.但总的来说,此法制备的TiO2的粒径(<9.0nm)较小.表 2不同温度下水热处理10h制得的 TiO2的晶型及晶粒大小Table 2Crystal phases and average crystallite size of TiO2 heated at different hydrothermal temperatures for 10 hComposition (%)t/o CAnatase Brookite RutileD/nm 100 62.8 37.2 — 5.5 120 58.9 41.1 — 6.2 140 53.5 31.4 15.1 7.8 160 56.7 30.4 12.9 8.9 D: average grain size of anatase.2.1.2水热处理时间的影响由于140o C以上水热条件制得的膜外观形貌变差,因此在120o C对溶胶进行水热处理.图2为120o C下水热处理不同时间制得的TiO2溶胶的XRD谱.由图可知,TiO2样品均由锐钛矿和板钛矿组成.随着水热处理时间的延长,锐钛矿和板钛矿的峰逐渐增强,说明水热处理时间的增加有利于锐钛矿和板钛矿晶型的完善.水热处理6,10,14和18h所得TiO2溶胶的粒径分别为5.8,6.2,6.5和6.7nm.随着水热处理时间的延长,TiO2粒径逐渐增大.图3为溶胶水热处理时间对所制备TiO2薄膜光催化活性的影响.由图可以看出,随着溶胶水热处理时间的延长,TiO2膜对RhB降解的光催化活性先升高后降低.其中,在120o C水热处理10h时TiO2膜具有最高的活性.这是由于TiO2的结晶度逐渐增加,粒径逐渐增大.尽管晶型的完善提高了TiO2的光催化活性,但粒径增大导致TiO2的比表面积减小,表面活性中心减少,从而降低了TiO2的催化活性.可见,水热10h之后制备的TiO2具有合适的晶型和粒径,因而活性最高.c(RhB)/c(RhB)Irradiation time (min)图 3 TiO2膜在紫外光下催化降解RhBFig. 3. Photocatalytic degradation of rhodamine B (RhB) under UV with TiO2 film hydrothermally treated at 120 o C for different time. (1) 6 h; (2) 10 h; (3) 14 h; (4) 18 h.203040506070AAAAIntensity2θ/( o )(4)(3)ABA: anataseB: brookite(2)(1)图 2在120o C下水热处理不同时间制备的 TiO2溶胶(粉体)的 XRD谱Fig. 2. XRD patterns of TiO2 sol (powder) hydrothermally treated at 120 o C for different time. (1) 6 h; (2) 10 h; (3) 14 h; (4) 18 h. 陈艳敏等: 氟掺杂纳米 TiO 2 薄膜的低温制备及其光催化性能 1232.2 FTO 薄膜的特性2.2.1 氟掺杂对 TiO 2 晶型及光学特性的影响用于制备 FTO 膜的溶胶均在 120oC 水热处理 10 h. 图 4 为 TiO 2 以及 FTO 的 XRD 和 DRS UV-Vis 谱. 由图 4(a) 可见, 氟掺杂后催化剂仍为锐钛矿和板钛矿混晶, 各衍射峰的强度变化不大. 计算得出 TiO 2, FTO-0.01, FTO-0.03 和 FTO-0.05 催化剂的粒径分别为 6.2, 6.1, 6.0 和 5.9 nm. 可见, 氟的掺杂稍稍抑制了 TiO 2 粒径的长大.由图 4(b) 所示的 UV-Vis 谱可见, FTO 膜和纯 TiO 2 膜具有几乎相同的光学吸收, 表明氟的掺杂并没有明显改变 TiO 2 的光学吸收边缘, 与 Yamaki 等[23]的报道一致. 这是由于 TiO 2 中氟掺杂形成的杂质能级由 F 2p 组成, 位于 TiO 2 的价带下方, 和 TiO 2 的禁带没有任何直接的重叠, 因而未增加 TiO 2 在可见光区的吸收.10203040506070(a)Wavelength (nm)A b s o r b a n c eA: anatase B: brookite BAAAAA(1)(2)(3)(4)I n t e n s i t y2θ /( o )3004005006007000.00.51.01.5(3)(2)(1)(b)图 4 TiO 2 和 FTO 的 XRD 谱及紫外-可见漫反射光谱Fig. 4. XRD patterns (a) and DRS UV-Vis spectra (b) of differentsamples. (1) TiO 2; (2) FTO-0.01; (3) FTO-0.03; (4) FTO-0.05. The number after FTO means the n (F)/n (Ti) value in the TiO 2 sol.2.2.2 FTO 中 F 的状态图 5 是 TiO 2 和 FTO-0.01 样品的 XPS 全谱和精细谱. 由图 5(a) 可以看出, 除 Ti, O 和 C 三种元素之外,FTO-0.01 中还存在少量的 F 和 N 元素. C 元素来自 XPS 测试时含碳物质的污染或由于含碳前驱体的不完全去除. 根据 XPS 结果计算得到的 FTO-0.01 中 F 和 Ti 的摩尔比为 0.040, 明显大于理论计量比. 这是由于 F 除了以掺杂形式进入 TiO 2 晶格之外, 还能以物理或化学吸附形式分布在 TiO 2表面. 由图 5(b) 可以看出, F 1s 的精细谱由两部分组成, 一部分位于 684.4 eV 处, 由化学吸附在 TiO 2 微粒表面的 F 离子所产生[10,14,24], 另一部分在 688.6 eV 处, 可认为是氟取代 TiO 2 晶格氧原子所产生[9,10,24]. 这表明氟掺杂到 TiO 2 的晶格. 可见, FTO 中的氟存在掺杂和表面吸附两种形式[10,24,25].由图 5(c) 所示的 Ti 2p的 XPS 精细谱可以看出, 纯 TiO 2 的 Ti 2p 3/2 和 Ti 2p 1/2 的结合能分别为456.0 和 461.8 eV, 而 FTO-0.01 中则分别为 458.4 和 464.2 eV, 略大于文献 [26] 报道的表面氟化的 TiO 2 的结合能(分别为 458.1 和 463.9 eV). 由于 F 原子电负性比 O 原子的大, Ti 与 F 成键后, 成键轨道中电子更多地从 Ti 原子转移至 F 原子, 使得 Ti 原子的电子云密度减小, 相应的结合能升高. 在氟掺杂的 TiO 2 中, 除了表面氟化的过程中 F 离子取代表面羟基形成 Ti–F 键外, 还有 F 原子取代部分晶格 O 原子形成的 Ti–F 键. 因此, FTO-0.01 的 Ti 2p 结合能大于表面氟化的 TiO 2 的, 这也进一步证实了氟掺杂到了 TiO 2 的晶格中. 由图 5(d) 所示的 TiO 2 和 FTO-0.01 的 O 1s 的 XPS 谱可见, 各样品均包含两个峰: 在 TiO 2 膜中在 530.1 和 532.4 eV 处; 在 FTO-0.01 膜中分别在 529.9 和 532.6 eV 处. 其中 530 eV 左右的峰归属于 TiO 2 晶格氧, 即 Ti–O 键中 O 1s 的峰, 而 532 eV 左右处较宽的峰可归属为羟基氧[27,28].TiO 2 和FTO-0.01 中两种形式的氧的百分含量列于表 3. 由表可见, 在 TiO 2中, 晶格氧与表面羟基氧的原子数比为 53.5:46.5, 而在 FTO-0.01 中为74.8:25.2. 还可以看出, 氟掺杂后晶格氧的 XPS 信号强度变化不大, 但表面羟基氧的却急剧减弱. 这表明氟的掺杂降低了 TiO 2 晶体的表面羟基数量. 这是由于氟掺杂过程中, TiO 2 表面发生了显著的 Ti–OH 与 F 离子作用生成 Ti–F 的反应, 即 F 离子的表面化学吸附, 从而大大降低了 TiO 2 的表面羟基含量. 由于受到 F 离子负电场的影响, FTO-0.01 的 O 1s 结合能有所下降. 由于掺杂的氟离子主要分布在表面, 因此表面羟基的 O 1s结合能的变化尤其显著, 为 0.8 eV.124 催化学报 Chin . J . Catal ., 2010, 31: 120–1252.2.3 FTO 薄膜的光催化活性图 6 为氟掺杂量对 TiO 2 薄膜光催化活性的影响. 由图可见, 无催化剂存在时, RhB 均相溶液的光化学氧化过程较慢, 反应 150 min 时的降解率仅为 16.5%. 适量的氟掺杂可以有效地提高 TiO 2 薄膜的光催化活性. FTO-0.01 膜的光催化活性最高, 在 150 min 内 RhB 的降解率达到 90.2%, 比 TiO 2 薄膜的提高了 23%. 但继续增加氟的掺杂量, FTO 薄膜的活性反而下降, FTO-0.05 薄膜的活性降至与 TiO 2薄膜的相近. 综上可见, 在 FTO 薄膜中 F 离子存在化学吸附 (即表面氟化) 和掺杂两种形式, 后者即置换了晶格氧原子的 F 离子. 表面氟化能够促进自由的羟基自由基 (·OH free )的生成, 从而提高了 TiO 2 薄膜的光催化活性[10~12,29,30]. 而掺杂的 F 离子取代晶格氧原子与相邻的两个 Ti 离子配位, 在取代位产生了一个多余的电子, 能够形成能级缺陷. 这一能级缺陷的位置要低于 TiO 2 导带, 能够通过捕获光生载流子影响 FTO 薄膜中光生载流子的迁移和复合过程. 这两种作用结合在一起导致在低的氟掺杂浓度下, 可以显著改善 TiO 2 薄膜的光催化活性. 但当氟的掺杂量过高 (F/Ti 摩尔比大于 0.01) 时, 表面羟基大量地被 F 取代, 形成的 Ti–F 会导致粒子表面的 Zeta 电位呈负电性[10].负的表面电势在一定程度上可以阻止光生电子有效地向表面迁移, 从而增加了电子和空穴在薄膜内部缺陷位复合的几率, 导致薄膜的光催化活性下降.1000800600400200(1)I n t e n s i t yF 1s O 1s Ti 3pC 1sBinding energy (eV)(1)(2)(a)692690688686684682680688.6684.4Binding energy (eV)(2)(b)470468466464462460458456454(2)Ti 2p 3/2Ti 2p 1/2Ti 2p 3/2Ti 2p 1/2(2)(1)Binding energy (eV)I n t e n s i t y(c)536534532*********Binding energy (eV)532.6529.9532.4530.1(d)图 5 TiO 2 和 FTO-0.01 的 XPS 全谱以及 F 1s , Ti 2p 和 O 1s 精细谱Fig. 5. XPS survey spectra (a) and the F 1s (b), Ti 2p (c), and O 1s (d) fine spectra of TiO 2 and FTO-0.01 samples. (1) TiO 2; (2) FTO-0.01.表 3 氟掺杂前后 O 1s 峰分析Table 3 Analysis of O 1s peak of TiO 2 and F-doped TiO 2 samplesBinding energy (eV)Relative peak areaRelative atomic content SampleLattice oxygenHydroxyl oxygenLattice oxygenHydroxyl oxygenLattice oxygenHydroxyl oxygenTiO 2 530.1 532.4 133729 116366 0.535 0.465FTO-0.01 529.9 532.6 125272 421050.748 0.252 陈艳敏等: 氟掺杂纳米 TiO 2 薄膜的低温制备及其光催化性能 1253 结论将 NH 4F 和 TiO 2 溶胶进行水热处理可以制得 FTO 溶胶. 氟离子以表面化学吸附和晶格掺杂两种形式存在. 氟掺杂并未明显改变 TiO 2 纳米粒子的晶型、粒径和光吸收性能, 但以晶格形式掺杂的氟离子形成的能级缺陷通过对光生载流子的捕获影响 FTO 薄膜中光生载流子的动力学, 而表面化学吸附氟离子增加了羟基自由基的生成. 氟掺杂可以进一步提高薄膜的光催化活性: 当 F 和 Ti 摩尔比为 0.01 时, FTO 薄膜光催化活性最高, 比 TiO 2薄膜提高了 23%. 参考文献1 张长远, 何斌, 张金龙. 感光科学与光化学 (Zhang Ch Y, He B, Zhang J L. Photogr Sci Photochem ), 2004, 22: 662 Ge L, Xu M X, Sun M, Fang H B. Mater Res Bull , 2006, 41: 15963 Yuan Zh F, Zhang J L, Li B, Li J Q. Thin Solid Film s, 2007, 515: 70914 Lu C H, Hu C Y, Wu C H. J Hazard Mater , 2008, 159: 6365 张金龙, 陈锋, 何斌. 光催化. 上海: 华东理工大学出版社 (Zhang J L, Chen F, He B. Photocatalysis. Shanghai: East China Univ Sci Technol Press), 2004. 1666 鲍兴旺, 张金龙, 梁学海, 黄家祯, 张利中. 物理化学学报(Bao X W, Zhang J L, Liang X H, Huang J Zh, Zhang L Zh.Acta Phys-Chim Sin ), 2005, 21: 697 燕姗姗, 吴连弟, 陈锋, 张金龙. 物理化学学报 (Yan Sh Sh, Wu L D, Chen F, Zhang J L. Acta Phys-Chim Sin ), 2007, 23: 4148 张永彬, 赵景畅, 莫威, 吴兴惠. 功能材料 (Zhang Y B, Zhao J Ch, Mo W, Wu X H. J Funct Mater ), 2001, 32: 310 9 黄冬根, 廖世军, 党志. 化学学报 (Huang D G, Liao Sh J, Dang Zh. Acta Chim Sin ), 2006, 64: 180510 Park H, Choi W. J Phys Chem B , 2004, 108: 408611 Minero C, Mariella G, Maurino V, Pelizzetti E. Langmuir ,2000, 16: 263212 Minero C, Mariella G, Maurino V, Vione D, Pelizzetti E.Langmuir , 2000, 16: 896413 Chen Y M, Chen F, Zhang J L. Appl Surf Sci , 2009, 255:629014 Yu J C, Yu J, Ho W, Jiang Z, Zhang L. Chem Mater , 2002,14: 380815 Hattori A, Tada H. J Sol-Gel Sci Technol , 2001, 22: 4716 Li D, Haneda H, Labhsetwar N K, Hishita S, Ohashi N.Chem Phys Lett , 2005, 401: 57917 Xu J J, Ao Y H, Fu D G, Yuan C W. Appl Surf Sci , 2008,254: 303318 Zhou J K, Lü L, Yu J Q, Li H L, Guo P Z, Sun H, Zhao X S.J Phys Chem C , 2008, 112: 531619 Weng C C, Hsu K F, Wei K H. Chem Mater , 2004, 16:408020 Cheng H, Ma J, Zhao Z, Qi L. Chem Mater , 1995, 7: 663 21 Yamabi S, Imai H. Chem Mater , 2002, 14: 60922 Zhang H Z, Banfield J F. J Phys Chem B , 2000, 104: 3481 23 Yamaki T, Umebayashi T, Sumita T, Yamamoto S,Maekawa M, Kawasuso A, Itoh H. Nucl Instr Meth Phys Res B , 2003, 206: 25424 Pan J H, Zhang X, Du A J, Sun D D, Leckie J O. J AmChem Soc , 2008, 130: 1125625 Tang J W, Quan H D, Ye J H. Chem Mater , 2007, 19: 116 26 Dong X, Tao J, Li Y Y, Zhu H. Appl Surf Sc i, 2009, 255:718327 Sanjinés R, Tang H, Berge H, Gozzo F, Margaritondo G,Levy F. J Appl Phys , 1994, 75: 2945 28 李宗威, 朱永法. 化学学报 (Li Z W, Zhu Y F. Acta Chim Sin ), 2003, 61: 148429 Kim H, Choi W. Appl Catal B , 2007, 69: 127 30 Park J S, Choi W. Langmuir , 2004, 20: 11523-30306090120150c (R h B )/c 0(R h B )Irradiation time (min)图 6 氟掺杂量对 TiO 2 膜光催化活性的影响Fig. 6. Effect of F doping amount on photocatalytic activity of FTOfilms.。

热处理对TiO2薄膜结构和表面形貌的影响

１实验过程
实验采用成都南光集团生产的ＺＳ０ — Ｇ型镀膜机。基片与蒸发源中心的距离为４ｍ，头与Ｚ７０１／５ｃ探蒸发源中心的距离为４ｍ，片与探头之间的水平距离为１ｍ，片温度２０。膜料采用ＴＯ８ｃ基５ｃ基０ｉ颗
矿（ｎｔｅ和板钛矿（ｒｋｅ，ａａｓ）ａｂｏｉ）一般Ｔｏｔｉ薄膜中只存在金红石相和锐钛矿两种晶体结构ＪＯ。不同相结
构的ＴＯ薄膜具有不同的光催化性能，ｉ有报导认为，具有适当相组成的ＴＯｉ薄膜具有最优的光催化性能。而且颗粒的尺寸越小，的纳米效应越显著，总是希望纳米颗粒尽量不长大或不明显长大。因此，材料人们
出，电子束蒸发，底温度为２０制备的薄膜用基０样品Ａｌ为非晶态；图１ｂ可看出，现锐钛矿由（）出。
咖
稍
批
０
相衍射峰，但衍射峰强度不高，明４０热处理说０的样品Ａ２已经由无定形向锐钛矿转变，只是部但分转变为锐钛矿晶体；由图１ｃ可看出，３的衍射（）Ａ峰比Ａ２的衍射峰尖锐，明６０℃热处理的样品说５
如何制备出具有合适相结构和相组成的ＴＯ薄膜，ｉ同时控制纳米ＴＯ晶粒的长大使ＴＯ薄膜获得良ｉｉ好
使用性能Ｊ已成为一个具有理论和实际应用意义的课题。笔者用电子束蒸发法制备了ＴＯ薄膜，，ｉ对其
进行热处理，究了不同热处理温度对ＴＯ薄膜结构和表面形貌的影响。研ｉ，

退火温度对TiO2及Nb掺杂TiO2薄膜的影响

退火温度对TiO2及Nb掺杂TiO2薄膜的影响刘涛;陈倩;赵小如【摘要】采用溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备了均匀透明的TiO2薄膜和掺Nb 的TiO2薄膜,利用XRD,UV-VIS等手段,研究了退火温度对薄膜的结构、紫外-可见光区透射率、光学禁带宽度等性质的影响,并分析了掺杂Nb对TiO2薄膜晶体结构和光学性能的影响.实验结果表明:退火温度越高,薄膜生长取向越好,晶粒尺寸越大,光透过率越低；掺杂Nb后,能明显改善其结晶与生长,并降低其晶粒尺寸,透射率光谱吸收边缘产生蓝移现象.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(030)004【总页数】4页(P31-34)【关键词】TiO2薄膜;溶胶凝胶;退火温度;光电性能;蓝移现象【作者】刘涛;陈倩;赵小如【作者单位】商洛学院物理与电子信息工程系,陕西商洛726000;西北工业大学理学院,陕西西安710072;商洛学院物理与电子信息工程系,陕西商洛726000;西北工业大学理学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】O484.4透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)薄膜主要包括 In，Sb，Zn和 Cd等的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽、可见光谱区光透过率高和电阻率低等共同光电特性，广泛应用于太阳能电池［1］、平板显示［2］、特殊功能涂层及其他光电器件领域［3-4］。

ITO(掺 Sn的In2O3)是典型的TCO材料，也是目前研究和应用最为广泛的TCO材料，在美日等国已经实现了产业化生产，目前的LCD平板显示基本上都是应用ITO材料。

但ITO材料最大的缺点就在于需要大量的In元素，而自然界中In的含量极低，价格昂贵，且有剧毒，这就迫使人们急切地寻找ITO材料的替代品。

掺铌氧化钛Nb-TiO2(简TNO)是一种新型的TCO材料［3］，由于材料性能稳定、价格低廉，是非常理想的TCO材料，极有可能成为传统ITO材料的替代品。

退火温度对Ag/TiO2薄膜光致变色特性的影响

退火温度对Ag/TiO2薄膜光致变色特性的影响作者：张璐来源：《科技视界》 2015年第23期张璐（西北工业大学明德学院公共教育系，陕西西安 710069）【摘要】采用化学方法在不同的退火温度下制备了Ag/TiO2纳米薄膜材料。

对300℃、400℃和500℃热处理条件下制备的Ag/TiO2纳米薄膜样品进行了形貌表征、XRD晶型分析和UV-Vis光吸收表征，发现Ag/TiO2纳米薄膜在650nm激光照射后发生了光致变色现象，本文对此光致变色过程中涉及的电子发射转移机制进行了阐述，并通过对样品差分吸收光谱的分析，发现对TiO2进行500℃热处理后的Ag/TiO2样品具有更高的光致变色效率，分析了锐钛矿晶型的TiO2在光致变色的过程中发挥的积极作用。

【关键词】光学；Ag/ TiO2薄膜；光致变色；退火温度０引言近年来有学者将半导体氧化物TiO2与Ag纳米材料复合，开发出了具有新颖的多颜色光致变色特性的纳米材料。

Ag/TiO2纳米复合薄膜对多种颜色响应的光致变色特性使得该材料在光信息存储、色度传感器、光开关、智能玻璃和显示器件等领域具有广阔的应用前景。

本文结合溶胶凝胶法和光催化方法制备了Ag/TiO2纳米复合薄膜，研究了退火处理温度对薄膜光致变色性能的影响，并探讨了Ag/TiO2纳米复合薄膜的光致变色机制。

1 实验1.1 TiO2纳米薄膜的制备以钛酸丁酯、乙醇、水、二乙醇胺为原料，按1：26.5：1：1的比例，制得浅黄色TiO2溶胶，再将TiO2溶胶陈化后使用。

用旋涂法（700rpm，10s）在玻璃基底上制得TiO2纳米薄膜，并对TiO2样品分别进行300℃，400℃和500℃的退火处理。

1.2 Ag纳米粒子的光催化沉积将1mol/L的AgNO3溶液均匀地涂覆在TiO2纳米薄膜上，用紫外灯照射20min，使Ag颗粒沉积在TiO2薄膜上，制得Ag/TiO2纳米薄膜。

2 结果和讨论2.1 Ag/TiO2纳米薄膜的XRD分析图1为经300℃、400℃和500℃退火处理2h后的Ag/TiO2纳米薄膜的X衍射分析图。

退火温度对纳米TiO_2薄膜结构和亲水性的影响

退火温度对纳米T iO 2薄膜结构和亲水性的影响刘彭义3　叶　勤　唐振方　孙汪典　叶　海　赵丽特　张丽丽(暨南大学物理系,广州　510632)I nfluence of Annealing Temperature on characteristicsand H ydrophilicity of N ano 2TiO 2Thin FilmsLiu Pengyi 3,Y e Qin ,T ang Zhenfang ,Sun Wangdian ,Y e Hai ,Zhao Lite and Zhang Lili(Dept.o f Physics ,Jinan Univer sity ,Guangzhou ,510632,China ) Abstract M icrostructures and hydrophilicity of titanium dioxide nanofilms ,deposited by RF magnetron sputtering and annealed at differ 2ent tem peratures ,were studied with scanning electron spectroscopy (SE M ),X 2ray diffraction (XRD )and water contact angle technique.The re 2sults show that as annealing tem perature increases ,the grain size grows but the porosity reduces.Annealed at 300℃,the am orphous T iO 2film has a rather poor hydrophilicity.In contrast ,annealed at a tem perature ranging from 400℃to 650℃,super hydrophilicity of the anatase 2phased T iO 2film can be observed.And on increasing the annealing tem perature to 800℃,the hydrophilicity of the rutile 2phased film deterio 2rates slightly. K eyw ords Magnetron sputtering ,T iO 2thin films ,Anneal ,Crystal phase trans fer ,Hydrophilicity 摘要　采用射频磁控溅射方法制备出纳米二氧化钛(T iO 2)薄膜,研究了不同退火温度对薄膜微观结构和超亲水性的影响。

TiO2薄膜发展现状及APCVD制备掺氮TiO2性能研究

开发、推广应用的步伐。英国Ｐｌｉｔｎ公司及美国ＰＧ公司ｉｎｏｋｇＰ
化在环保领域内和净化气相与水中有机污染物方面获得了广泛
的应用，已成为光催化另一个重要的应用领域。１９９７年Ｗａｇｎ
等［在Ｎｔｒ上撰文报道了ＴＯ薄膜的超亲水性，２］ａｅｕｉｚ这一发现引发了Ｔ０研究的又一热潮。近几年，ｉ２人们对Ｔ０功能薄膜ｉ２
氮的掺杂改善了薄膜表面的亲水性能。
关键词光催化性掺氮ＴＯ薄膜ＡＣＤｊ２ＰＶ
ＴｈｅＤｅｅｏｍｅｆＴｉｌｓａｈｅＰｒｐｒｉｓｏｄｐｄｖｌｐｎｔｏ０２ＦｉｍｎｄｔｏｅｔｅｆＮ－ｏｅ
用研究飞速发展的阶段。
产生氢气。之后的３多年来，Ｏ广大的科研工作者在物理、学化以及化工等领域进行了大量研究工作。前期工作大都只是涉及
新能源的开发（阳能电池）太和储能（水的光解）而近年来，，光催
日本是最早开发应用自清洁玻璃的国家之一。日本东京大学、东陶公司（ＴＯ）Ｔｙｔ司、ｓａＴＯ、ｏｏａ公Ｎｉｎ公司等都相继开发ｓ出了亲水性自清洁玻璃，将这种玻璃用于汽车防雾、并抗污、除菌等。除日本外，国、国的玻璃加工制造商也在加快研制、英美
Ｔｉｎｔｒｆｔｅｔｅｒｎｈｒｃｅａｔｒ，ａｄｇｎｒｌｅｈｒｐｒｔｎｍｅｈｄｆ０２ＴｈａｐｅｆＮ－０２ｉｅｍｓｏｈｈｏｙａｄｃａａｔｒｆｃｏｓｎｅｅａｉｓｔｅｐｅａａｉｔｏｓｏｚｏＴｉ．ｅｓｍｌｓｏｄｐ０２ｆｍｓｐｅａｅｙａｍｏｐｅｅｐｅｓｒｈｍｉａａｏｅｏｉｉｎａｅｔｓｅｎｎｌｚ，ｄｗｅｆｄｔａｏｅＴｉｉｒｐｒｄｂｔｓｈｒｒｓｕｅｃｅｃｌｐｒｄｐｓｔｏｒｅｔｄａｄａａｙｅａｉｈｔｄｌｖｄｎｎ

TiO_2薄膜的光电催化性能及电化学阻抗谱研究_尹荔松

第 29卷 2007年 6月
第 1-
3期 5页
世界科技研究与发展
WO RLD SC I2TECH R&D
Vol. 29 No. 3 Jun. 2007 pp. 1 - 5
TiO2 薄膜的光电催化性能及电化学阻抗谱研究 3
尹荔松 1 向成承 1 闻立时 1, 2 周克省 1 潘吉浪 1
(1. 中南大学物理科学与技术学院 , 长沙 410083; 2. 中国科学院金属研究所 , 沈阳 110016)
本实验中暗态过程指无光照 ,无催化剂和外加偏压的过程 ;光氧化过程指不加入催化剂 ,用紫外灯直接照射偶氮酸性红溶液 ;光催化过程是将 112步骤中制备好的 TiO2 催化剂薄膜电极置于反应容器中 ,面朝光源 ,将紫外灯预热 30 m in (使光强稳定 ) , 然后测定不同反应时间后偶氮酸性红溶液 (λmax = 510 nm ) 的吸光度 ; 光电催化过程为紫外灯照射 TiO2 光催化薄膜 ,同时施加一定的阳极偏压 ,观察偶氮酸性红溶液的降解过程。
将新配置的浓度为 15 mg /L 的偶氮酸性红溶液 50 mL 放入自制的光催化反应容器中 ,打开磁力搅
第 2 页
图 1 反应器示意图 F ig. 1 Sketch map of reactor
www. g lobesci. com
2007年 6月
世界科技研究与发展
院士论坛
2 结果与讨论
3 基金项目 :中国博士后基金项目资助 (或者溶胶凝胶法来制备光电极 [ 2～10 ] ,对于用直流磁控溅射法制备 TiO2 电极的研究少见报道。而直流反应磁控溅射法具有较高的溅射速率 ,薄膜的成分易于控制 ,生产重复性好等独特优点 [ 11, 12 ] ,特别适于工业化生产。本文采用直流磁控溅射法制备 TiO2 薄膜电极 ,运用电化学阻抗谱 ( E IS)对其阻抗谱特征进行表征 ,同时以酸性红溶液为模型污染物 ,研究此薄膜电极对其的光电催化降解活性与阻抗谱之间的关系 ,为光催化技术的工业化应用提供相应的依据。

退火温度对TiO_2薄膜结构、组分和光学性能的影响

退火温度对TiO_2薄膜结构、组分和光学性能的影响
周明飞;孟凡明;孙兆奇;宋学萍
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2008(37)2
【摘要】利用射频磁控溅射,在硅和石英基底上制备了厚度为150 nm的TiO2薄膜。

利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外可见分光光度计(UV-vis)和光致发光谱(PL)等多种测试分析技术,研究退火温度对TiO2薄膜结构、组分及光学性能的影响。

研究结果表明,未退火薄膜为无定型结构;随着退火温度的升高薄膜的金红石相含量逐渐增加,并沿(110)晶面择优取向。

能隙也由退火前的3.03 eV逐渐增加到900℃退火后的3.18eV。

对于TiO2薄膜催化活性最优的退火温度应为800℃。

【总页数】6页(P411-416)
【关键词】射频磁控溅射;TiO2薄膜;退火;光学性能
【作者】周明飞;孟凡明;孙兆奇;宋学萍
【作者单位】安徽大学物理与材料科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】O484
【相关文献】
1.退火温度对Zn1-xCdxO薄膜的结构和光学性能的影响 [J], 隋瑛锐;于国娜;王子涵;朱文斗
2.退火温度对电子束蒸发沉积硅薄膜结构和光学性能的影响 [J], 刘保剑; 段微波; 李大琪; 余德明; 陈刚; 刘定权
3.真空退火温度对磁控溅射氧化钒薄膜结构和光学性能的影响 [J], 白睿;武英桐;李晓敏;宋鸿佳;黄美东
4.退火温度对磁控溅射TiO_2薄膜结构及性能的影响 [J], 陈芃;谭欣;于涛
5.退火温度对TiO_2薄膜结构和光学性能的影响 [J], 刘佳;朱昌
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

APCVD法沉积温度对TiO2薄膜结构的影响

维普资讯
・
８２・
材料导报 ຫໍສະໝຸດ ２００６年５月第２０卷专辑 Ⅵ
ＡＣＤ法沉积温度对ＴＯ薄膜结构的影响ＰＶｉ２
庞世红，王承遇，李西平，刘静维唐艳玲。，
（大连轻工业学院玻璃及无机新材料研究所，１大连１６３；２秦皇岛耀华玻璃股份有限公司，皇岛０６１；１０４秦６０３３秦皇岛冶金设计研究总院，秦皇岛０６１）６０３
Ｋｅｒｓｙｗｏｄ
ＡＰＣＶＤ，Ｔｉ，ｃｙｔｌｒｎｉ，ｆａｌｓＯｚｒｓａａｓｔｌｔｇａｓｔｏ
０前言刖置
太阳能转换材料、环境净化材料是当今材料研究的重点，而
既是太阳能转换材料，又是环境净化材料的纳米Ｔｉ，是当０２更
前材料研究中的热点Ｉｚ。纳米Ｔ０ｔ］，ｉ２有两种存在形式，一种为
纳米Ｔ０２ｉ粉体，另一种为纳米Ｔ０２膜。为了防止纳米粉体ｉ薄
的团聚，纳米Ｔｉ粉体通常分散在溶剂中保存，０２纳米Ｔｉ０２薄膜则不需要特殊的保存方法，可以很方便的使用。Ｔｉ薄膜的制备通常采用溶胶一胶或化学气相沉积０２凝（Ｖ方法。ＣＣＤ）ＶＤ方法是一种传统的制备Ｔｉ薄膜的方法。０２ＤｉｈｇｎＺｅ等用ＣＤ方法在多孔的固体表面制备了锐钛矿型ＶＴｉｚ并研究了锐钛矿Ｔｉ２的形成过程［。ＴｕｎＡｌｎ等研Ｏ，０３］ａｌａ

退火温度对TiO2薄膜结构与光学性能的影响

未退火Ｔｉ０２薄膜中Ｔｉ—Ｏ之间的价键结构为ＴｉＯ：，符合化学计量比ｌ高温退火薄膜的组成为ＴｉＯ；．偏离化学计量比，并表现出薄膜与衬底之间的扩散迁移现象．ＴｉＱ薄膜ｘＰｓ谱图中出现的Ｆｅ、ｃｒ元素，可能是所使用的Ｔｉ０２靶材中含有Ｆｅ、Ｃｒ杂质成分或不锈钢的部件被溅射到衬底上了．
ＸＰＳ全谱表明，样品表面含有Ｔｉ、Ｏ、Ｃ、Ｆｅ，ｃｒ等元素ｊ
由图２（ｂ）可见，Ｔｉ２ｐ３ｎ与Ｔｉ２ｐ。门的峰分别在４５８．２６、４６４．１ｅＶ，与标准的Ｔｉｑ单晶图谱一致，说明Ｔｉｑ薄
膜中Ｔｉ—Ｏ之间价键结构为Ｔｉｑ，但是Ｔｉ２ｐｍ谱峰
的半高宽为１．１２ｅＶ，高于标准的单晶ＴｉＱ的Ｔｉ２ｐ３，２
谱峰的半高宽（１．１ｅＶ）［１“，说明薄膜中存在非晶态
万方数据
１７７６助
双
Ｔｉ０２薄膜在可见光波段透射率明显下降，相应的薄膜
中的锐钛矿相ＴｉＱ完全转变为金红石相，更加充分有
力地证实了这一推断．
圈５不同退火温度薄膜的透射谱
Ｆｉｇ５ＴｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅｆｉＩｍｓ
应用软件Ｆ“ｍｗｉｚａｒｄ拟合透射谱，获得了薄膜
Ｔｉ０２，这与ｘＲＤ分析结果一致；由图２（ｃ）可见，０１３
的峰位主要在５２９．８１ｅｖ，来自于Ｔｉ０：键，此外，
５３Ｌ１２ｅｖ谱峰对应于羟基一ＯＨ，Ｔ１０＝薄膜表面羟基
一ＯＨ的存在与Ｔｉ０２薄膜的亲水性有关－Ｔｉ０２薄膜
ＸＰＳ谱图中出现的Ｃ元素来自于仪器或样品表面引
入的荇染有机物中的碳，由图２（ｄ）可见，ｃｌｓ的峰位主
镀膜前，使用ｓＫ２２１０ＬＨＣ型超声波清洗器将单晶硅片与石英玻璃片依次置于无水乙醇、丙酮和去离子水中进行超声处理，以充分除去衬底表面可能的污染物，然后烘干备用。２．２．２Ｔｉ０２薄膜的制备

厚度与工作温度对TiO2薄膜气敏性能的影响

以外，与材料表面对被检测气体的吸附也有很大关系Ｌ。在合成ＴＯ过程中，２］ｉ其表面易形成氧空位而呈７型半导，而会改变ＴＯ／从ｉ对被检测气体的吸附性能。Ｍ．ＨｅｄｒｏＡ．ｎｅｓｎ等人研究了氧在Ｔｉ（１）０２１０表
为ｌ的提拉速度制备Ｔｉ。薄膜，拉结束后，ｍｍ０提将ＴｉＯ薄膜置于１０的烘箱中干燥３ｎ０℃ ｍｉ。重复上述
步骤直到得到需要层数的Ｔｉ。薄膜，后将得到的Ｏ然Ｔｉｚ膜置于空气煅烧炉内以５ｒｉ０薄 ℃／ｎ的速度升温ａ到７０５ ℃保温６ｍｉ，０ｎ然后随炉冷却至室温，即可得到
助
锨
财
抖
２８０年第８３）０期（９卷
厚度与工作温度对Ｔｉ薄膜气敏性能的影响Ｏ２
王锡铭，张俊英，丛亮，天民王
（ｇＪ京航空航天大学理学院，北京１０８）００３
摘要：采用浸渍提拉法工艺在印制有金电极的Ａｌ。片上制备了Ｔｉ。薄膜，基０Ｏ并对不同厚度及工作温度下Ｔｉ薄膜的气敏性能作了研究。结果显示，０。当Ｔ０ｉ。气敏薄膜的工作温度一定时，在一个最佳厚存度，该厚度下Ｔｉ薄膜对Ｈ２具有最佳的气敏响在Ｏ应；ＴＯ当ｉ２薄膜的厚度一定时，ｉ薄膜存在一个最ＴＯ。佳工作温度，该温度下Ｔｉ在Ｏ。薄膜对Ｈ。的气敏响应

热处理温度对tio2薄膜光催化活性影响的研究

热处理温度对tio2薄膜光催化活性影响的研究近年来，随着环境污染日益严重，技术越来越关注环境保护。

光催化，作为一种节能减排技术，已被广泛应用到各个领域。

其中，TiO2薄膜光催化剂本质上是由TiO2经过不同处理形成一层涂层，它表现出良好的稳定性和光催化活性，可以把太阳光转化成以氧化氢作为底物的可用能。

但是，由于TiO2的结构和表面性质的复杂性，现有的TiO2薄膜光催化剂的性能有待改进。

热处理温度是影响TiO2表面结构和性质的关键因素，因此热处理温度对TiO2薄膜光催化活性的影响值得研究。

本文旨在探讨热处理温度对TiO2薄膜光催化活性的影响。

首先，对低热处理温度TiO2薄膜（热处理温度为90C）进行表征，探究其表面微观结构特征，并采用电化学调控技术测试其光催化性能。

然后，将热处理温度提高到120C，然后重复以上研究步骤，并对其光催化活性进行比较。

最后，利用活性位技术对热处理温度对TiO2薄膜光催化活性的影响机理进行探究。

实验结果表明，热处理温度对TiO2薄膜光催化性能具有显着影响。

当热处理温度从90C提高到120C时，TiO2薄膜的表面形貌由原来的平整形态变得更加均匀，表现出更大的表面坑洼，使表面更加活跃。

同时，随着温度的升高，TiO2薄膜的光催化活性也有所提高，表明TiO2表面可以更有效地吸收太阳光，从而更有效地吸收太阳光。

通过活性位研究发现，热处理温度的升高使TiO2薄膜的能带结构发生了一些变化，形成了一个向上的潜势阱而不是负型电极，这样可以有效地减少空穴吸着，从而提高光催化活性。

综上所述，热处理温度对TiO2薄膜光催化活性有显著影响，当温度升高时，表面形貌发生变化，会使TiO2薄膜的表面更具活性，并通过调整能带结构减少空穴吸着，从而增加光催化活性。

因此，对热处理温度对TiO2薄膜光催化活性的影响有必要进行深入研究，以提高TiO2薄膜光催化剂的性能。

本文首次报道了热处理温度对TiO2薄膜光催化活性的影响，提出了热处理温度可以通过调整TiO2表面结构提高TiO2薄膜光催化活性的机制，为TiO2薄膜光催化技术的发展提供了理论依据。

TiO2的结构缺陷及对性能的影响

TiO2中的氧空位分为三类（He原子模型）：束缚双电子型氧空位，有效电荷为0 束缚单电子型氧空位，有效电荷为＋1 无束缚电子型氧空位，有效电荷为+2
TiO2中的非化学计量缺陷-氧空位
缺陷浓度与气氛压力负相关
TiO2光催化应用的原理
导带
O2
e-
超氧负离子
O2氢氧自由基
Eg=3.2 eV
锐钛矿型TiO2能带模型
0.75 eV
Oxygen Vacancy States
0.43 eV 2.02 eV
3.2 eV
Valence Bond
含有氧空位的锐钛矿型TiO2的能带模型产生新的缺陷能级或者浅控制氧空位的产生和数量能施主能级调整TiO2的能带结构改变TiO2的带隙宽度
氧空位对TiO2光催化性能的影响
Cu2-xO Cr2+xO3
非化学计量化合物的特点： 1、产生及缺陷浓度与气氛性质、压力和温度有关 2、可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体 3、非化学计量化合物都是半导体
TiO2中的非化学计量缺陷-氧空位
产生原因： TiO2半导体在一定温度和气氛中焙烧后，由于高温环境中缺氧，晶格中的氧逸出到大气中，使晶体中出现氧空位。为保持电中性，部分Ti4＋得到一个电子降价成 Ti3＋，
如当晶体中存在0.5%的Ti4+被还原为 Ti3+，则其电阻率将下降105－107数量级
光催化效率
TiO2的应用
TiO2的光催化活性为解决日益严重的水环境 பைடு நூலகம்染提供了一条光催化氧化技术。作为光催化剂, TiO2具有稳定的光化学性质、无毒、价廉，能氧化降解大多数有机污染物和不产生二次污染等。

焙烧温度对TiO2薄膜的光催化氧化性能的影响

焙烧温度对TiO2薄膜的光催化氧化性能的影响
焙烧温度对TiO2薄膜的光催化氧化性能的影响
采用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜(玻片为载体),比较在不同的焙烧温度下制备的TiO2薄膜对有机物的光催化氧化性能,用D/XAX-1200全自动X射线衍射仪检测在不同的焙烧温度下制备的TiO2薄膜的晶型结构,计算其锐钛型和晶红石晶型所占比例,从而确定通过控制焙烧温度来控制各种不同比例的晶型结构,提出温度对TiO2薄膜对有机物的光催化氧化性能的影响机制.
作者：刘仁龙张丙怀张云怀作者单位：刘仁龙(重庆大学,动力工程学院,重庆,400044)
张丙怀(重庆大学,材料科学与工程学院,重庆,400044)
张云怀(重庆大学,化学化工学院,重庆,400044)
刊名：重庆大学学报(自然科学版) ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF CHONGQING UNIVERSITY(NATURAL SCIECNE EDITION) 年，卷(期)：2002 25(7) 分类号：O644 关键词：焙烧温度 TiO2薄膜晶型光催化活性。

基片温度对直流反应磁控溅射法制备玻璃基TiO2薄膜结构与亲水性的影响

基片温度对直流反应磁控溅射法制备玻璃基TiO2薄膜结构与
亲水性的影响
基片温度对直流反应磁控溅射法制备玻璃基TiO2薄膜结构与亲水性的影响
在工作气压为2.0 Pa的氧气氛下, 通过改变基片温度(室温, 280 ℃, 420 ℃), 在预先镀10 nm左右SiO2的普通玻璃基片上用直流磁控溅射法制备了300 nm左右的TiO2薄膜试样.用X射线光电子能谱和X 射线衍射仪分别研究了试样的表面元素组成、离子状态和物相组成, 用接触角分析仪测试了试样在紫外光照射后的水润湿角.结果表明: 试样表面的钛离子都以+4价的形式存在, 氧化钛表面易吸附OH-和CO32-, 氧化钛中n (O)∶n (Ti) =1.90～1.97; 基片不加热时, 试样是非晶态, 升高基片温度, 薄膜结晶逐渐完善, 并以锐钛矿形式存在. 在相同时间的紫外线照射下, 非晶TiO2膜的.润湿角从34 °降低到22 °,而结晶完好的试样的润湿角从18 °～24 °降低到5 °.
作者：赵青南刘保顺赵修建 SLEIGHT A W 作者单位：赵青南(武汉理工大学,硅酸盐材料工程教育部重点实验室;武汉理工大学材料研究与测试中心,武汉,430070)
刘保顺,赵修建(武汉理工大学,硅酸盐材料工程教育部重点实验室) SLEIGHT A W(美国俄勒冈州立大学化学系新材料研究中心,Corvallis,OR 97331,USA)
刊名：硅酸盐学报 ISTIC EI PKU 英文刊名： JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY 年，卷(期)：2003 31(7) 分类号：O647 关键词：二氧化钛薄膜亲水性直流磁控溅射基片温度。

TiO2薄膜制备与性能

-目录中文摘要 (2)英文摘要 (3)1 绪论 (4)2 国外研究文献综述 (6)2.1 TiO2的结构 (6)2.2 TiO2薄膜亲水性原理 (6)2.3 相关参数对TiO2薄膜结构及其性能的影响 (7)2.3.1 晶粒尺寸 (7)2.3.2 结晶度和晶格缺陷 (7)2.3.3表面积和表面预处理 (7)2.3.4 表面羟基 (7)2.3.5 薄膜厚度 (8)3 实验部分 (9)3.1 实验系统介绍 (9)3.2 衬底的选择及清洗 (10)3.3 直流磁控溅射制备TiO2薄膜的实验步骤 (10)3.4 亲水性测试 (10)4 实验结果及参数讨论 (11)4.1 氧流量对TiO2薄膜的工作曲线的影响 (11)4.2 溅射功率的选择及其对薄膜的性能影响 (12)4.3 总气压对薄膜性能的影响 (14)4.4 氧氩比对薄膜亲水性的影响 (14)4.5 基片温度对薄膜性能的影响 (15)4.6 热处理对薄膜性能的影响 (17)结论 (19)辞 (20)参考文献 (21)直流磁控溅射法制备TiO2薄膜摘要：本文利用直流磁控溅射法在不同条件下制备玻璃基TiO2薄膜样品，并检测了薄膜的超亲水性。

研究了沉积条件例如溅射总气压，氧气和氩气的相对分压，溅射功率，基片温度和后续热处理对TiO2薄膜最佳性能的影响。

实验结果显示：在较低温度下沉积的TiO2薄膜是无定型且亲水性较差。

相反，在4000C到5000C围退火过后，薄膜表面呈现超亲水性能。

本文在实验中获得的最佳制备条件为：溅射功率为94 W，溅射气压在2.0Pa，氧氩比是2:30，基片温度为400 0C，最后在空气气氛中退火，温度为4500C。

关键词：直流磁控溅射；TiO2薄膜；超亲水性；退火温度Preparing TiO2 Films by DCReactive Magnetron SputteringAbstract: In this paper TiO2films are deposited on the glass substrates b y DC reactive magnetron sputtering at different conditions. Super hydrop-hilicity of TiO2 thin film has been examined.Theinfluences of the deposition such as the total sputtering gaspressure，their relative oxygen and argon partial pressure,sputtering power,substrate temper-atrue and post-annealing temperature on the optimum performance of the TiO2 thin film are studied. The results showed that the TiO2 thin film sputtered at low temperature is amporphous and has a rather poor hydrophilicity.In contrast,annealed at a temperature ran-ging from 400 0C to 500 0C,super hydrophilicity of the anataseph-ased TiO2film can be observed.The best conditions obtained are that sputtering power is 94 W,sputtering pressure is2.0 Pa,oxygenargon ratio is 2:30,substrate temperature is 4000C and annealing temperature in air atmosphere is 4500C. keywords:reactive magnetron sputtering;TiO2 thin film;super hydrophilici ty;annealing temperature1 绪论TiO2有独特的光学、电学及化学性质，已广泛用于电子、光学和医学等方面。

磁控溅射TiO2薄膜的相结构转变温度

磁控溅射TiO2薄膜的相结构转变温度摘要：本文研究了磁控溅射法制备的TiO2薄膜在不同温度下的相结构转变。

采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品进行表征。

结果显示，当制备温度在450℃以下时，TiO2薄膜主要为无定形相；当制备温度在500℃时，薄膜开始出现晶化现象，主要结构为金红石相；当制备温度为600℃时，薄膜基本为M相和金红石相混合结构；当制备温度超过650℃时，TiO2薄膜转化为完全的单一M相结构。

本文为了进一步探讨TiO2薄膜的制备工艺提供了实验依据。

关键词：磁控溅射，TiO2薄膜，相结构转变正文：引言TiO2薄膜由于其良好的物理、化学性质，在光电子学、催化剂等领域已广泛应用。

其中，TiO2薄膜的相结构对其性能影响较大，磁控溅射制备的TiO2薄膜其相结构通常随着制备温度的提高而转变。

因此，研究TiO2薄膜相结构的转变规律对TiO2薄膜的应用具有重要意义。

实验部分本实验采用磁控溅射技术在Si基底上制备TiO2薄膜。

制备前，在真空室中先对Si基底进行清洗和烘干处理。

制备过程中，制备气体为Ar和O2的混合气体，制备压力为5×10^-3 Pa。

制备温度分别为450℃、500℃、550℃、600℃和650℃。

用X 射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品进行表征。

结果与分析图1.不同制备温度下的TiO2薄膜XRD图谱图2.不同制备温度下的TiO2薄膜SEM图像图1为不同温度下TiO2薄膜的XRD谱图。

可以看到，当制备温度低于500℃时，TiO2薄膜主要为无定形相，没有明显的晶化峰；当制备温度提高到500℃时，TiO2薄膜开始出现晶化现象，主要结构为金红石相；当制备温度为600℃时，TiO2薄膜基本为M相和金红石相混合结构；当制备温度超过650℃时，TiO2薄膜转化为完全的单一M相结构。

图2为不同温度下TiO2薄膜SEM图像。

可以看到，当温度低于500℃时，薄膜表面较为光滑，没有明显的颗粒状结构；当温度为500℃时，薄膜表面开始出现晶粒，且晶粒大小较为均匀；当温度为600℃时，晶粒逐渐长大，出现颗粒状结构；当温度超过650℃时，样品表面颗粒明显，晶粒较大。