经典光催化课件：第六章纳米薄膜制备
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纳米膜的制备方法PPT演示文稿
10
• 真空蒸发沉积的过程：
• 1. 蒸发源物质由凝聚相转变为气相； • 2.在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输
运；
• 3. 蒸发粒子到到基片后凝结、成核、
长大、成膜
11
• 采用真空沉积镀膜技术，在玻璃
表面形成纳米级微孔结构的二氧化钛 光催化薄膜，在阳光的作用下，产生 电子空穴对，以其特有的强氧化能力， 将玻璃表面的几乎所有的有机物完全 氧化并降解为相应的无害无机物，在 雨水冲刷下便可自洁，从而对环境不 会产生二次污染，同时使玻璃表面具 有超亲水性，从而使玻璃表面具有自 洁、防雾和不易被再被污染的功能。
纳米薄膜材料的制备
• 1.模板法 • 2.分子束外延法 • 3.真空蒸发法 • 4.化学气相沉积法 • 5.其他方法
1
1.模板法合成纳米薄膜 • 纳米颗粒的形成一般可分为两个阶
段：
• 第一是晶核的生成。 • 第二是晶核的长大。
2
• 要制备粒径均匀，结构相同的
纳米颗粒，相当于让烧杯中天文数 字的原子同时形成大小一样的晶核， 并且同时长大到相同的尺寸。因此 为了得到尺寸可控，无团聚的纳米 颗粒，必须找到有效的“窍门”， 来干预化学反应的过程。
3
4
5
2.分子束外延法
• 分子束外延（MBE）技术主要是一种
可以在原子尺度上精确控制外延厚度、 掺杂和界面平整度的超薄层薄膜制备 技术。
• 所谓“外延”就是在一定的单晶体材
料衬底上，沿着衬底的某个指数晶面 向外延伸生长一层单晶薄膜。
6
• 分子束外延是在超高真空条件下，
精确控制原材料的分子束强度，把 分子束射入被加热的底片上而进行 外延生长的。由于其蒸发源、监控 系统和分析系统的高性能和真空环 境的改善，能够得到极高质量的薄 膜单晶体。
• 真空蒸发沉积的过程：
• 1. 蒸发源物质由凝聚相转变为气相； • 2.在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输
运；
• 3. 蒸发粒子到到基片后凝结、成核、
长大、成膜
11
• 采用真空沉积镀膜技术，在玻璃
表面形成纳米级微孔结构的二氧化钛 光催化薄膜，在阳光的作用下，产生 电子空穴对，以其特有的强氧化能力， 将玻璃表面的几乎所有的有机物完全 氧化并降解为相应的无害无机物，在 雨水冲刷下便可自洁，从而对环境不 会产生二次污染，同时使玻璃表面具 有超亲水性，从而使玻璃表面具有自 洁、防雾和不易被再被污染的功能。
纳米薄膜材料的制备
• 1.模板法 • 2.分子束外延法 • 3.真空蒸发法 • 4.化学气相沉积法 • 5.其他方法
1
1.模板法合成纳米薄膜 • 纳米颗粒的形成一般可分为两个阶
段：
• 第一是晶核的生成。 • 第二是晶核的长大。
2
• 要制备粒径均匀，结构相同的
纳米颗粒，相当于让烧杯中天文数 字的原子同时形成大小一样的晶核， 并且同时长大到相同的尺寸。因此 为了得到尺寸可控，无团聚的纳米 颗粒，必须找到有效的“窍门”， 来干预化学反应的过程。
3
4
5
2.分子束外延法
• 分子束外延（MBE）技术主要是一种
可以在原子尺度上精确控制外延厚度、 掺杂和界面平整度的超薄层薄膜制备 技术。
• 所谓“外延”就是在一定的单晶体材
料衬底上，沿着衬底的某个指数晶面 向外延伸生长一层单晶薄膜。
6
• 分子束外延是在超高真空条件下，
精确控制原材料的分子束强度，把 分子束射入被加热的底片上而进行 外延生长的。由于其蒸发源、监控 系统和分析系统的高性能和真空环 境的改善，能够得到极高质量的薄 膜单晶体。
第六章 讲义薄膜的应用(2)
2. 有超强高温稳定性；因为该类材料的化学键结合 强，适合研 制高温发光器件；
3. InN和AlN等还能与GaN等合金化，形成多元半导 体材料； 例如：形成AlGaN、InGaN等，可以 改变合金的比例来调制多元半导体材料的带隙， 从而得到不同的发光波长。其中， AlGaN、GaN、 InGaN 相互间还能形成量子阱和超晶格结构，结 合掺杂工艺，可以制备特种光电子器件。
第六章 薄膜的应用（2）
精品jin
ห้องสมุดไป่ตู้
第六章 薄膜材料及其应用（2）
主要内容
三、纳米薄膜 四、三族元素氮化物薄膜 五、磁性氮化铁薄膜 六、巨磁和庞磁薄膜
三、纳米薄膜
纳米薄膜材料是晶粒尺寸在几纳米到几十纳米量级的多晶 体。它的性质与处于晶态和非晶态的同种材料有很大差异。 它处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。从通常的关于微 观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典 型的宏观系统，是一种典型的介观系统。它有以下特点：
其它的Ⅲ-N族化合物半导体薄膜材料的制备已经成为 当前半导体新材料的研究热点，它是除Si、GaAs以外， 另一类重要的电子材料。至今，制备高质量的大尺寸 GaN薄膜依然非常困难。
微观粒子具有贯穿势垒能力的效应称为隧道效应。近年来， 人们发现一些宏观量，如微粒的磁化强度、量子相干器件中 的磁通量等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观体系的势垒 而产生变化，故称之为宏观的量子隧道效应。它与量子尺寸 效应一起，确定了微电子器件进一步微型化的极限。
纳米材料可分为三种类型：
1. 某些维度减小到纳米尺度和某些尺度以纳米尺度颗粒、细 线、薄膜出现的材料；这类材料的应用如催化剂、人工周 期调制的光子晶体、量子阱、量子点等。
四、三族元素氮化物薄膜
4.2 纳米薄膜材料的制备技术
——基片的选择
选择合适的基片与采取隔离层(buffer layer)技术是获得高 品质薄膜的关键。对外延薄膜要求： ①所用基片尽可能是单晶的 ②其晶格常数与所沉积的薄膜要匹配 ③为了避免从高温到低温变化时应力作用使薄膜产生裂纹，基 片与沉积的薄膜材料热膨胀系数要接近 ④介电常数、介质损耗、电阻率、微波损耗等电磁参数要符合 应用要求 ⑤要有足够的机械强度和化学稳定性 ⑥要能够生长出足够尺寸的单晶体
（（55））可可任任意意改改变变外外延延层层的的组组分分，，能能在在复复杂杂结结构构材材料料中中 得得出出清清晰晰的的组组分分和和浓浓度度分分布布。。
The fabrication of GaAS/AlAs superlattice by MBE
Laser Molecular Beam Epitaxy——L-MBE Schematic diagram of LMBE
LLBB技技术术
（（LLaannggmmuuiirr--BBllooddggeetttt））
Prof. Langmuir
Prof. Blodgett
LLBB 膜膜的的发发展展历历史史
¾¾单单分分子子膜膜的的研研究究开开始始于于1188世世纪纪，，BB..FFrraannkklliinn将将一一匙匙油油滴滴在在半半英英 亩亩的的池池塘塘水水面面上上铺铺展展开开。。
5.LB薄膜技术
（（11））分分子子组组装装技技术术 在在平平衡衡条条件件下下，，通通过过化化学学键键或或非非化化学学键键相相互互作作用用，，将将具具有有一一定定 功功能能的的分分子子（（包包括括生生物物分分子子））在在分分子子尺尺度度范范围围内内，，通通过过物物理理或或 化化学学的的方方法法聚聚集集成成稳稳定定的的有有序序体体系系。。包包括括：：LLBB技技术术及及自自组组装装 SSAA((sseellff--aasssseemmbbllyy))技技术术。。
光电纳米薄膜的制备课件
4
1.基片架和加热器
5
2. 蒸发料释出的气体
3. 蒸发源 4. 挡板 5. 真空泵 6. 解吸的气体 7.
基片 8. 钟罩
加热方式
螺旋式
电阻加热法
锥形蓝式 舟式
电子轰击加热法
高频感应加热法
辐射加热法
悬浮加热法
2.1.3 Ag-BaO光电薄膜真空沉积制备法
2
34
5
1
11
10
9
1、导轨；2、Ba源；3、样品管 4、正电极；5、Ag源；6、导轨 7、机械泵；8、扩散泵；9、O2源 8 10、沉积薄膜；11、负电极
引言
物理气相沉积（PVD）
真空沉积 离子镀法 离子团束（ICB）
分子束外延（MBE）
化学气相沉积（PVD）
其他
脉冲激光气相沉 积（PLD）
溶胶-凝胶（SolGel）
电沉积
金属有机化学气相沉积 （MOCVD）
微波回旋电子共振化学气 相沉积（MV-ECR-CVD）
直流电弧等离子体喷射法
触媒化学气相沉积（CarCVD）
在层状-岛状中间生长模式中，在最开始一两个原子层厚度 的层状生长之后，生长模式转化为岛状模式。导致这种模式 转变的物理机制比较复杂，但根本的原因应该可以归结为薄 膜生长过程中各种能量的相互消长。
薄膜材料自身相互作用力的大小和薄膜材料原子与基底原子 的相互作用力的大小。
2.4影响薄膜生长和性能的一些因素
大。
原子团中原子间的键能
临界核所 需要原子
数量
原子团中原子与基底原子间的键能 环境条件，如温度、气相等
2.3.3薄膜的形成
一旦大于临界核心尺寸的小岛形成，它接受新的原子而逐渐 长大，而岛的数目则很快达到饱和。小岛像液珠一样互相合 并而扩大，而空出的衬底表面上又形成了新的岛。形成与合 并的过程不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片，一 些孤立的孔洞也逐渐被后沉积的原子所填充，最后形成薄膜。
纳米薄膜的制备方法 PPT
什麼是乳化聚合?
在乳化剂(表面活性剂)存在下，将单体分散于水中，此时 溶液呈乳液状，再加入水溶的引发剂进行聚合反应。
1. 合成聚苯乙烯核。
HMEM: 2-[p-(2-Hydorxy-2-methylpropiphenone)]ethyleneglycol
2. 於核外面覆蓋一層光起始劑-HMEM。 3. 用UV光照射溶液中的粒子，開始行光乳化聚合。
真空溅射室及氮气等离子体辉光放 电图
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
3 化学气相沉积法 （CVD) 利用含有方法。
特点： CVD技术可以通过精确控制反应温度 和反应时间来控制晶粒的大小，从而获得纳米 复合薄膜材料。
方法： ① 直流溅射：溅射沉积各类金 属 薄膜 ② 射频溅射：溅射沉积非金属材 料（导电性差） ③ 磁控溅射：提高沉积速率 ④ 反应溅射：在溅射过程中实 现物 质之间的化学反应制备所需 要 的物质薄膜。
本实验采用射频磁控溅射法在石 英衬 底上沉积ZnO（靶材）薄膜 。
磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改 变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利 用电子的能量。
HO Si OH
Cl
OH
X
X
adsorption
XX
H
HO Si O O Si OH
OH H
H
OH H
O
O
substrate
-H2O
polymerization
O Si Si
O
O
s u b s tra te
翟怡、张金利等，化学进展，2004，16（4）：477－484
电子在加速的过程中受到磁场洛仑兹力的作用，被束 缚在靠近靶面的等离子体区域内。
(2021)纳米薄膜材料的制备完美版PPT
8
优缺点：
分子束外延法的优点是：生长温度底，能把诸如扩
散这类不希望出现的热激活过程减少到最低；生长速率慢
，外延层厚度可以精确控制，生长表面或界面可以达到原
子级光滑度，因而可以制备极薄的薄膜；超高真空下生长
，与溅射方法相比更容易进行单晶薄膜生长，并为在确定
条件下进行表面研究和外延生长机理的研究创造了条件；
用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。
大，有利于在气敏、湿敏及催化方面的应用，可能会使气 纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大的关注。
化学气相沉积是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法，该方法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元素或化合
技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化
学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气
相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相
沉积等技术。
化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的
一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。
用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮
纳米薄膜材料的制备
概述：
纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大 的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日 趋成熟。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、自 动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发展 有重要作用。
2
按原理可分为：
化学方法
1.化学气相沉积(CVD)； 2.溶胶-凝胶(Sol-Gel)法；
生长的薄膜能保持原来靶材的化学计量比；可以把分析测
试设备，如反射式高能电子衍射仪、四极质谱仪等与生长
系统相结合以实现薄膜生长的原位监测。
优缺点：
分子束外延法的优点是：生长温度底，能把诸如扩
散这类不希望出现的热激活过程减少到最低；生长速率慢
，外延层厚度可以精确控制，生长表面或界面可以达到原
子级光滑度，因而可以制备极薄的薄膜；超高真空下生长
，与溅射方法相比更容易进行单晶薄膜生长，并为在确定
条件下进行表面研究和外延生长机理的研究创造了条件；
用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。
大，有利于在气敏、湿敏及催化方面的应用，可能会使气 纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大的关注。
化学气相沉积是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法，该方法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元素或化合
技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化
学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气
相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相
沉积等技术。
化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的
一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。
用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮
纳米薄膜材料的制备
概述：
纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大 的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日 趋成熟。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、自 动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发展 有重要作用。
2
按原理可分为：
化学方法
1.化学气相沉积(CVD)； 2.溶胶-凝胶(Sol-Gel)法；
生长的薄膜能保持原来靶材的化学计量比；可以把分析测
试设备，如反射式高能电子衍射仪、四极质谱仪等与生长
系统相结合以实现薄膜生长的原位监测。
纳米薄膜材料制备技术
纳米薄膜材料制备技术(2007-05-15 16:13:27)转载▼纳米薄膜分为两类：一类是由纳米粒子组成(或堆砌而成)的薄膜，另一类是在纳米粒子间有较多的孔隙或无序原子或另一种材料。
纳米粒子镶嵌在另一基体材料中的颗粒膜就属于第二类纳米薄膜。
纳米薄膜的制备方法按原理可分为物理方法和化学方法两大类，按物质形态主要有气相法和液相法两种。
1、物理方法:1）、真空蒸发(单源单层蒸发；单源多层蒸发；多源反应共蒸发)2）、磁控溅射3）、离子束溅射（单离子束(反应)溅射；双离子束(反应)溅射；多离子束反应共溅射）4）、分子束外延(MBE)2、化学方法：1）化学气相沉积(CYD)：金属有机物化学气相沉积；热解化学气相沉积；等离子体增强化学气相沉积；激光诱导化学气相沉积；微波等离子体化学气相沉积。
2）溶胶-凝胶法3）电镀法3．2．1物理气相沉积法物理气相沉积(PVD)方法作为一类常规的薄膜制备手段被广泛地应用于纳米薄膜的制备与研究工作中，PVD包括蒸镀、电子束蒸镀、溅射等。
2分子束外延。
以蒸镀为基础发展起来的分子束外延技术和设备，经过十余年的开发，近年来已制备出各种Ⅲ—V族化合物的半导体器件。
外延是指在单晶基体上生长出位向相同的同类单晶体(同质外延)，或者生长出具有共格或半共格联系的异类单晶体(异质外延)。
目前分子束外延的膜厚控制水平已经达到单原子层，甚至知道某一单原子层是否已经排满，而另一层是否已经开始生长。
3．溅射制膜溅射制膜是指在真空室中，利用荷能粒子轰击靶材表面，使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。
溅射镀膜有两种。
一种是在真空室中，利用离子束轰击靶表面，使溅射击的粒子在基片表面成膜，这称为离子束溅射。
离子束要由特制的离子源产生，离子源结构较为复杂，价格较贵，只是在用于分析技术和制取特殊的薄膜时才采用离子束溅射。
另一种是在真空室中，利用低压气体放电现象，使处于等离子状态下的离子轰击靶表面，并使溅射出的粒子堆积在基片上溅射制膜溅射制膜是指在真空室中，利用荷能粒子轰击靶材表面，使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。
纳米薄膜的制备方法31页PPT
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
纳米薄膜的制备方法
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。——乔 特
纳米薄膜的制备方法
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。——乔 特
纳米薄膜的制备方法
五 纳米粒子的性质与应用
纳米粒子表面因其形态而不同，表面活性 和表面能也很高，能有效活化烧结。在烧 结陶瓷时，加入AlN纳米粉可提高烧结体密 度和导热率。 纳米粒子因表面活性中心多而催化效果好， 此外，纳米粒子还可作磁性材料，其性能 依赖于粒子尺寸及其表面。
六 纳米粉体材料表面研究进展
实际生产中，纳米材料表面修饰技术严重 地影响了纳米材料在高分子，如：塑料、 合成纤维方面的应用。由于纳米粉体颗粒 表面与高分子材料之间的相容性问题还没 解决，纳米颗粒没有达到纳米级分散等。
真空溅射原理及方法
方法： ① 直流溅射：溅射沉积各类金 属 薄膜 ② 射频溅射：溅射沉积非金属材 料（导电性差） ③ 磁控溅射：提高沉积速率 ④ 反应溅射：在溅射过程中实 现物 质之间的化学反应制备所需 要 的物质薄膜。 本实验采用射频磁控溅射法在石 英衬 底上沉积ZnO（靶材）薄膜 。
射频溅射沉积装置示意图
五 纳米碳管制备技术
1 2 3 4 石墨电弧放电法 化学气相沉积法（CVD）（催化裂解法） 激光蒸发（烧蚀）法 太阳能法
第三节 纳米材料表面修饰和改性
一 纳米粉体表面结构及状态 二 纳米粉体的表面及其形貌 三 纳米粉体材料的制造方法及其对表面状态 的影响 （1）机械粉碎法及其纳米粉的表面特点 （2）化学法及其纳米粉的表面特点
四 纳米颗粒表面修饰和改性方法
（1）高分子材料对表面进行包覆 如:纳米药物磁粒子载体 （2） 偶联剂与纳米粒子表面反应，强化纳 米粒子与高分子材料的相容性，如：有机 硅偶联剂 （3）无机材料对纳米粒子进行包覆，有效解 决纳米颗粒的单分散性，如：纳米二氧化 钛粉末中加入锆的盐溶液，可得到包覆一 层二氧化锆的纳米二氧化钛粒子
二 纳米薄膜的制备方法
纳米薄膜的制备方法
原子力显微镜（FM）：测量纳米薄膜的 表面形貌和厚度
拉曼光谱（Rmn）：分析纳米薄膜的化 学组成和结构
扫描电子显微镜（SEM）：观察纳米薄 膜的表面形貌和结构
X射线光电子能谱（XPS）：分析纳米薄 膜的化学组成和元素价态
透射电子显微镜（TEM）：观察纳米薄 膜的微观结构
电子探针（EPM）：分析纳米薄膜的元 素分布和化学组成
纳米薄膜在电子、光学、生物 医学等领域的应用将越来越广 泛
纳米薄膜的性能将不断提高如 提高薄膜的导电性、光学性能
等
纳米薄膜的制备技术将更加环 保如采用绿色化学方法制备薄
膜
应用领域：纳米 薄膜在电子、光 学、生物医学等 领域具有广泛的 应用前景
技术进步：随着 科技的发展纳米 薄膜的制备技术 将不断进步提高 产品质量和性能
纳米薄膜在电子、光学、生物医学 等领域具有广泛的应用前景
纳米薄膜在环境保护、能源储存、 生物医药等领域具有潜在的应用前 景
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
纳米薄膜在太阳能电池、LED照明、 生物传感器等领域具有重要的应用 价值
纳米薄膜在航空航天、国防军工等 领域具有重要的战略意义
纳米薄膜的制备方法将更加多 样化如化学气相沉积、溶液浸 渍等
X射线衍射：通过X射线衍射可以确定晶体的晶系、晶胞参数、 晶面间距等
电子衍射：通过电子衍射可以确定晶体的晶系、晶胞参数、晶 面间距等
透射电子显微镜：通过透射电子显微镜可以观察晶体的微观结 构
扫描电子显微镜：通过扫描电子显微镜可以观察晶体的表面形 貌和结构
拉曼光谱：通过拉曼光谱可以确定晶体的晶系、晶胞参数、晶 面间距等
原理：通过化学反应将金属离子或金属氧化物转化为纳米颗粒再通过溶剂蒸发或热处理 形成纳米薄膜
纳米薄膜的特性及应用PPT学习教案
图3 多晶硅隧道模型的等效电路 由于重掺杂多晶纳米薄膜具有较大 应变系 数和良 好的温 度特性 ，是制 作力学 量传感 器的理 想压阻 材料。
第3页/共10页
3.光电特性
PbSe纳米晶薄膜光电特性[4]
PbSe纳米薄膜的光电导性能采用光脉冲下薄膜的ｉ－t（电阻时 间）曲线表征，如图4所示．可以看出，薄膜在光脉冲信号下具有良 好的光电响应．ＰｂＳｅ纳米晶薄膜在空气中快速退火（３０ｓ） 即可获得光电导效应. 图4（ａ)为空气中薄膜对光脉冲表现慢光电 响应现象,光照取消后，光电流持续１０ｍｉｎ左右才能回到起始电 阻．而在低氧压中退火得到的薄膜（图4（ｂ））则表现出较好的光 电响应,响应时间短，响应度较大（光生电流／暗电流)．
➢ [3]揣荣岩，刘晓为等：不同沉淀温度多晶硅纳米薄膜的压阻特性. 传感技术学报.2006;19（5）
➢ [4]周凤玲等：ＰｂＳｅ纳米晶薄膜制备以及其光电特性研究.无 机材料学报.2009;24（4）
➢ [5]程晓丽等：ZnO纳米薄膜的制备及其气敏性质研究.无机化学 学报.2008;24（1）
➢ [5]张莉娜等：RuO2/TiO2 纳米薄膜的新构建及对CO2 的电催化 还原.化学学报.2010;68（6）
纳米纳米tio2tio2涂覆层促进了涂覆层促进了ruo2ruo2电沉积电沉积析氢电流反映出此体系比表面积为文献值的析氢电流反映出此体系比表面积为文献值的1515但这不足但这不足以解释实际观测到以解释实际观测到4倍大的co2co2还原电流还原电流17211721因此可以推测因此可以推测ruo2tio2ruo2tio2具有内在的高催化活性
型气敏元件在室温下对醇
类气体具有较好的灵敏性
和较快的响应．恢复特性，
图6. ZnO薄膜对CH3OH、C2H5OH、C3H7OH的响 应-特 性曲线
第3页/共10页
3.光电特性
PbSe纳米晶薄膜光电特性[4]
PbSe纳米薄膜的光电导性能采用光脉冲下薄膜的ｉ－t（电阻时 间）曲线表征，如图4所示．可以看出，薄膜在光脉冲信号下具有良 好的光电响应．ＰｂＳｅ纳米晶薄膜在空气中快速退火（３０ｓ） 即可获得光电导效应. 图4（ａ)为空气中薄膜对光脉冲表现慢光电 响应现象,光照取消后，光电流持续１０ｍｉｎ左右才能回到起始电 阻．而在低氧压中退火得到的薄膜（图4（ｂ））则表现出较好的光 电响应,响应时间短，响应度较大（光生电流／暗电流)．
➢ [3]揣荣岩，刘晓为等：不同沉淀温度多晶硅纳米薄膜的压阻特性. 传感技术学报.2006;19（5）
➢ [4]周凤玲等：ＰｂＳｅ纳米晶薄膜制备以及其光电特性研究.无 机材料学报.2009;24（4）
➢ [5]程晓丽等：ZnO纳米薄膜的制备及其气敏性质研究.无机化学 学报.2008;24（1）
➢ [5]张莉娜等：RuO2/TiO2 纳米薄膜的新构建及对CO2 的电催化 还原.化学学报.2010;68（6）
纳米纳米tio2tio2涂覆层促进了涂覆层促进了ruo2ruo2电沉积电沉积析氢电流反映出此体系比表面积为文献值的析氢电流反映出此体系比表面积为文献值的1515但这不足但这不足以解释实际观测到以解释实际观测到4倍大的co2co2还原电流还原电流17211721因此可以推测因此可以推测ruo2tio2ruo2tio2具有内在的高催化活性
型气敏元件在室温下对醇
类气体具有较好的灵敏性
和较快的响应．恢复特性，
图6. ZnO薄膜对CH3OH、C2H5OH、C3H7OH的响 应-特 性曲线
薄膜的制备及其光催化性能表征课件
有少许裂纹存在。
随回流时间的进一步增加，由RS–10制备的TiO2薄膜中锐钛矿相晶粒的粒径不断增
大，达50～70 nm，并且薄膜表面仍然保持均匀致密，但此时薄膜粗糙度有一定增
加。这说明回流时间对 RS 中锐钛矿晶粒的粒径影响很大，随回流时间延长，RS中
锐钛矿相结晶度不断提高，晶粒粒径不断增加，可见回流时间增加有助于 TiO2 晶
Ref:
[1] FUJISHIMA A, HONDA K. Nature, 1972, 238(5358): 37–38.
[2] ICHINOSE H, KAWAHARA A. J Ceram Soc Jpn, 1998, 106(3): 344–347.
[3] GE Lei, XU Mingxia, SUN Ming. Mater Lett, 2005, 60(2): 287–290.
3 种薄膜在350 nm左右均有强吸收现象， RS–2 薄膜透光性最好，这是因为RS–2溶 胶制备薄膜表面含有未分解完全的过氧钛 酸溶胶和少量锐钛矿晶粒， 对光的吸收较 弱，使得 RS–2 薄膜透光率高。
随回流时间的增加， RS–6和 RS–10 薄膜 的透光率下降，这是因为 RS–6 和RS–10 薄膜表面的 TiO2结晶度增加，薄膜表面分 布着均匀致密的锐钛矿晶粒，对可见光的 反射和吸收增加，薄膜透光率下降。
•薄膜的制备及其光催化性能表征
•3
RS和 TiO2 薄膜的 XRD分析
为表征红外灯干燥后薄膜表面 TiO2的晶相， 以洁净玻璃片为参比对薄膜进行 XRD分析 。
RS–2 制备的 TiO2 薄膜表面没有锐钛矿 衍射峰的存在，原因可能是 RS–2 结晶度低 且薄膜表面含有的 TiO2 量少， 衍射峰强度 弱被玻璃基片干扰而不能出现。 由 RS–6 和 RS–10制备的 TiO2薄膜表面 含有明显的锐钛矿相衍射峰，这说明薄膜表 面含有良好锐钛矿结晶相的 TiO2，采用这种 工艺直接干燥就可得到具有光催化活性的 TiO2 薄膜。
光催化课件：第六章 纳米氧化钛薄膜制备
络合剂不同，未影响锐钛矿晶型
TDp的比表面积和孔容最大
6.4.3 热分解法制备的氧化钛薄膜光催化NO分解
反应条件： 10W黑光灯为光源，辐射强度0.38mw/cm2( =365nm)。干 燥空气掺入0.9mg/L NO作为反应气，通过反应器流速为 1.5L/min。 与P25对比：将P25悬浮于去离子水中，喷射在面积为 （10×10）cm2 的玻璃基片上，110℃干燥1h，附着的P25 质量为60mg。
6.5 磁控溅射法制备氧化钛纳米薄膜 6.5.1 磁控溅射法简介 是物理气相沉积（PVD）的一种方法，与CVD相联 系而又截然不同的一种薄膜沉积技术。 利用带有电荷的离子在电场中加速后，具有一定动 能的特点，将离子引向欲被溅射的靶电极。在离子能量 合适时，入射的离子将在与靶表面原子碰撞过程中，使 后者溅射出来。这些被溅射的原子带有一定的动能，并 且会沿着一定的方向射向衬底，实现在衬底上薄膜的沉 积。 靶材为阴极，被沉积的基片为阳极，加有数千伏电 压。系统预抽真空后，充入惰性气体（如氩气）作为放 电载体，气压在0.1～10Pa。气体被电离，撞击靶材。
6.1.2 液相沉积法制备TiO2薄膜
以氟钛酸铵和硼酸为前驱体，配成不同浓度的水溶液，
混合均匀。将事先分别在丙酮、乙醇、去离子水中超声
清洗过的导电ITO玻璃基片放置在反应液中，25℃，沉 积50h。
溶液中进行配位体交换的平衡反应是：
[TiF6]2- + nH2O [TiF6-n(OH)n]2- + nHF
6.2 溶胶－凝胶法制备纳米氧化钛薄膜
6.2.1 溶胶－凝胶法简介 该法(Sol－Gel)是20世纪60年代发展起来的制备玻
Sol－gel 制膜的关键在于溶胶的配制。为使衬底上的溶胶能够迅速 水解而得到具有一定厚度的透明薄膜，溶胶的配制应使成膜物质、溶剂、 有机交联剂和催化剂之间比例达到最佳，以便制备出高质量的薄膜。对 于浸渍制膜法而言，需控制的主要参数有：溶胶粘度、薄膜厚度和基片 提拉速度。
纳米光催化反应与应用PPT课件
催化光反应：光辐射被吸附分子吸收时，该分 子与基态催化剂相互作用。
敏化光反应：光辐射发生在催化剂上，处于激 发态的催化剂，将电子或 能量 转移给基态的吸附分子。
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导带
价带
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纳米半导体具有高光催化活性的原因：
（1）粒径小，量子尺寸效应显著，导带和价带的能隙变 宽，光生电子和空穴能量更高，具有更高的氧化、还原能 力； （2）粒径小，电子易于扩散到晶粒表面，减少光生电子 和空穴的复合，有效提高光效率； （3）粒径小，表面积增大，吸附反应物增强，促进光催 化反应；
的长度。
纳米科技：在纳米尺度空间（0.1～100nm）研究物质的特性和相
互作用。
.
7
在20世纪80年代末90年代初逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学 科领域，在创造新的生产工艺、新的物质和新产品等方面有巨大潜能。
纳米材料：由1～100nm间的粒子组成，介于宏观物质和微观原子、分 子交界的过渡区域，是一种典型的介观系统。
相光催化反应，如光解水、CO2和N2的固化、降解污染物、有机 合成等。
此外，纳米半导体能够催化体相半导体所不能进行的反应。 如 ZnS半导体粒子，对于光催化还原CO2显示出效率高达80%的 量子效率，而体相半导体则无任何光催化活性。
原因： （1）量子尺寸效应使导带和价带能级变为分立的能级，能隙变 宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正。纳米半导体粒 子获得了更强的氧化和还原能力，提高光催化活性。 （2）粒径通常小于空间电荷层的厚度，可忽略空间电荷层的影 响。光生载流子可通过简单的扩散，从粒子内部迁移到粒子表 面，与电子给体或受体发生还原或氧化反应。
敏化光反应：光辐射发生在催化剂上，处于激 发态的催化剂，将电子或 能量 转移给基态的吸附分子。
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纳米半导体具有高光催化活性的原因：
（1）粒径小，量子尺寸效应显著，导带和价带的能隙变 宽，光生电子和空穴能量更高，具有更高的氧化、还原能 力； （2）粒径小，电子易于扩散到晶粒表面，减少光生电子 和空穴的复合，有效提高光效率； （3）粒径小，表面积增大，吸附反应物增强，促进光催 化反应；
的长度。
纳米科技：在纳米尺度空间（0.1～100nm）研究物质的特性和相
互作用。
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在20世纪80年代末90年代初逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学 科领域，在创造新的生产工艺、新的物质和新产品等方面有巨大潜能。
纳米材料：由1～100nm间的粒子组成，介于宏观物质和微观原子、分 子交界的过渡区域，是一种典型的介观系统。
相光催化反应，如光解水、CO2和N2的固化、降解污染物、有机 合成等。
此外，纳米半导体能够催化体相半导体所不能进行的反应。 如 ZnS半导体粒子，对于光催化还原CO2显示出效率高达80%的 量子效率，而体相半导体则无任何光催化活性。
原因： （1）量子尺寸效应使导带和价带能级变为分立的能级，能隙变 宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正。纳米半导体粒 子获得了更强的氧化和还原能力，提高光催化活性。 （2）粒径通常小于空间电荷层的厚度，可忽略空间电荷层的影 响。光生载流子可通过简单的扩散，从粒子内部迁移到粒子表 面，与电子给体或受体发生还原或氧化反应。