TiO2阵列薄膜
CuO、TiO2纳米管阵列薄膜电极的制备及光电性能
ＴｉＯ韵米管阵列薄膜电极是一种其柯高光电效率和稳定性的光电极，但受制于Ｔｉ蚪可见光响应能力较差影响，从而
也限制了这种电楹在可Ⅲ光光源簪件Ｔ的应用。与Ｔ１ｍ相对应，ＣｕＯ／Ｃｕ，嗍米半导体材料的导带能级比Ｔ１０ｚ的导带能级更
负，在太阳光呵见区具有优良的光吸收性能，这使得把二者错备成复合电饭后．可使光激发时在ＣｕＯ／Ｃｕ∞上产生的光生 电子能转移丑ｍｎ的导带Ｌ而蛮观光生电子空穴的有效分离。本文对用铜氧化物埘Ｔｉｎ纳米管阵列博膜电报进行了修饰，
作者： 作者单位： 黄凤翔， 钟秋菊， 肖信， 舒东， 南俊民 华南师范大学化学与环境学院,广州 510006
本文链接：/Conference_7191524.aspx
Ｆｉ９２
ＸＲＤ
ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
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ＣｕｐＴｊｍ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ
作者简介：黄风翔，女．』尔省人，硕士研究生．研究方向：化学电源
３８３
论文集
第２ ８届全国化学与物理电源学术年会
图３给出了以紫外灯和氙灯为光激发源得到的各电极的光电流一时间曲线。从图３ａ可以看出，在没有光照时各电极 基本没有光电流产生，而在光激发下，不同修饰电极上产生的光电流不同。其中，随电沉积铜的时间增加，在２００Ｓ条件 下得到的电极上可产生最大的稳态光电流为０．１１５ ｍＭｃｍ＂，比纯Ｔｉ０２纳米管阵列电极提商了约６倍。根据电极的荧光实 验测试结果，认为这是因为ＣｕＯ掺杂到纳米管阵列Ｔｉ０２的孔道中时提高了光生电子一空穴的分离效率。两电沉积铜时间为 ４００Ｓ的电极稳态光电流密度反而下降，认为这主要是由于当大量的ＣｕＯ沉积到Ｔｉ饶表面上时，ＣｕＯ颗粒巾光激发所产生的 光生电子向Ｔｉ侥转移时的迁移距离增大，使光生电子、空穴的复合几率增加，导致电极的光电流下降。
TiO2纳米管阵列负载不同形貌Cu2O薄膜的制备及光电性能研究
关键词 ： Ｃ ｕ ２ Ｏ — Ｔ ｉ Ｏ 异质结 ； 微 观 结 构 ；电沉 积 ； 光 电性 能
中图 分 类 号 ： ｒ Ｑ １ ７ ４
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ — ４ ８ ６ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ７ ２ ９ － ０ ６
第 ２ ９卷 第 ４期 ２ ０ １ ３年 ４月
无
机
化
学
学
报
Ｖ ｏ １ ． ２ ９ Ｎｏ ． ４ ７ ２ ９ ． ７ ３ ４
ＣＨＩ ＮＥ Ｓ Ｅ Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ Ｉ ＮＯＲＧＡＮＩ Ｃ Ｃ ＨＥ ＭＩ Ｓ ＴＲ Ｙ
Ｔ ｉ Ｏ２ 纳米管阵列负载不同形貌 Ｃ ｕ ２ ０ 薄膜 的制备及 光电性能研 究
ＸＵ Ｅ Ｊ ｉ ｎ — Ｂ ｏ ， Ｓ Ｈ Ｅ Ｎ Ｑ ｉ ａ ｎ — Ｑ ｉ ａ ｎ Ｌ Ｉ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ — Ｌ ｉ ａ ｎ ｇ Ｌ Ｉ Ａ Ｎ Ｇ Ｗｅ ｉ ’ ， 王
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＭａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｄ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆ ｏ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ２ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） （ ２ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｏ ｆＡ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄＭａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｌ ａ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｎｄ ａ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ， ｇ Ｔ ｌ ａ ｙ ｕ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙｏ ｆＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ， ｇ Ｔ ￣ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ２ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） （ ３ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ Ｃ ａ ｃ ｅ Ｓ ｃ ｅｎ ｉ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｍ ｔｅ ａ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ （ Ｍｉ ｎ ￣ ｔ ｙ ｒ ｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ｔｉ ａ ｏ ｎ ） ，
水热法大面积制备TiO_2纳米棒阵列薄膜
07-0-128水热法大面积制备TiO 2纳米棒阵列薄膜 张一兵*1,2，封心建3，江 雷2,3（1. 江西上饶师范学院, 334001，江西 上饶；2. 国家纳米科学中心，100080，北京；3.中科院化学研究所， 100080，北京 ）E-mail:srxb@优良的性能使TiO 2纳米材料广泛用作光催化剂、催化剂、光化学太阳能电池、气敏器等，而这些作用与TiO 2颗粒大小、晶相、结晶度、形貌、表面性质等密切相关。
目前已有许多关于制备TiO 2薄膜的报道。
本工作以三氯化钛为原料，在外加配位剂的技术下，通过优化反应条件，以水热法大面积制备了优质的TiO 2纳米棒阵列薄膜,表征结果说明所生成的TiO 2晶体为金红石型,解释形成TiO 2纳米棒阵列薄膜的反应机理。
203040506070010002000300040005000600070008000170130100220211************I n t e n s i t y (a .u .) 2 theta(degree)Fig. 1 SEM image of as-prepared TiO 2 under optimized conditions Fig. 2 XRD pattern of as-prepared TiO 2 (from top to bottom): 100℃,130℃ and 170℃，repectively关键词： TiO 2；纳米棒阵列；薄膜；水热法；制备。
参考文献：[1] Liu K., Fu H., Shi K., et al. J. Phys. Chem. B, 2005,109(40),18719-18722[2] Eiji Hosono, Shinobu Fujihara, Keita Kakiuchi, and Hiroaki Imai. J. Am. Chem. Soc.,2004,126(25), 7790-7791[3] Niesen T. P, De Guire M. R. J. Electroceram. 2001, 6(3),169-207Preparaion of large area TiO 2 nanorods arrayed films viahydrothermal reactionYi-bing Zhang *，1,2, Xin-jian Feng 3， Jiang Lei 2,3 1.Shangrao Teachers’ College, Shangrao Jiangxi 334001; 2. National Center for Nanoscience and Nanotechnology ,China; 3.Institute Chemistry Chinese Academy ofSciencesLarge scale TiO 2 nanorods arrayed films were formed on the glass substrates under certain conditions via hydrothermal reaction using the TiCl 3 saturated NaCl aqueous solution adding urea as coordinative agent. The affections on the products by the factors of the contents of urea, the reaction temperature, the reaction time and the concentration of TiCl 3 were studied, and discussed the mechanism of reactions.Keywords : TiO 2 ; nanorods array ；thin film ；hydrothermal reaction; preparation。
双通TiO2纳米管阵列光催化膜的研制
域有更优 良的表现 ，且具有无 需载体，回收方法 简 单 等优 点 。但 是 由于 目前所 获得 的 ＴＯ 纳 米 管 阵 列 ｉ２
都 是 由上 部 开 口 、下 部 密 封 的试 管状 纳米 管 组 成 ，
因此 限制 了其 在 自来 水 的深 度 净 化 等领 域 的应 用 。
本研究采用阳极氧化法，在钛箔上制各ＴＯ 纳 ｉ２ 米 管 阵 列 ，并 利用 ＨＦ 体 去处 其 阻 挡层 ，获 得双 通 气
下进 行 甲基橙 的 降解 实验 ，２ ｈ内甲基橙 降解 率可 以达 到 ８ ％ （ ４ ４ｍｎ ６ ８ ），发现 其光催 化降解 甲基橙 的效果 明
显较 好 。
关键 词 ：双通 ＴＯ 纳米 管 阵列 ；光催化 ；制 备 ｉ２
１ 前 言
目前 我 国９％ 以上 的 自来 水 处 理 仍 采用 传 统 的 ０ 混 凝 、沉 淀 、过 滤 和 加 氯 消毒 的 常规 工 艺 ，该 工 艺 是 建 立 在 有 合 格 水 源 的基 础 上 ， 以去 除浊 度 和 细 菌
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第 ３ 期
李广忠等 ：双通 ＴＯ 纳米管阵列光催化膜 的研制 ｉ２
为 主 要 目标 ，但 对 于 一 些微 量有 机 污染 物 及 细 菌 等
纳 米管 阵列 光催 化 膜 催化 活 性 。为其 将 来在 自来 水 的 深度 净 化 中 的应 用提 供 技 术 支持 。
２ 实 验 ห้องสมุดไป่ตู้
２１ 双 通 ＴＯ２ 米 管 阵列 的 制备 ． ｉ 纳
将 纯钛 箔 （ ９９ ９ ．％）加 工 成 ５ ０ ０ ｍｍｘ ０ ３ ０ｍｍ￣ ＿ ０３
细菌总数明显 降低【 。但是，常见的用喷涂、溶胶 ６ ， 凝 胶 技 术 负载 在 玻 璃 纤 维 网 等载 体 上 的 纳米 Ｔ Ｏ 光 ｉ２
水热法大面积制备TiO2纳米棒阵列薄膜
Ｐｒ ｐａ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｅ Ａｒ ａ Ｔｉ ｎ ｒ ｄｓＡｒ ａ ｅ Ｆｉｍ ｓ ｖ ａ Ｈ ｙ ｏ ｈ ｒ ａ ａ ｔｏ ｅ ｒ ｔｏ ｆ Ｌａ ｇ ｅ Ｏｚ Ｎａ ｏ ｏ ｒ ｙ ｄ ｌ ｉ ｄｒ ｔ ｅ ｍ ｌＲｅ ｃ ｉ ｎ
Ｚ ＨＡＮＧ ｂｎ Ｙｉｉｇ一，Ｆ ＮＧ ｎｉ ｚ ＪＡＮＧ ｅ Ｅ Ｘｉｊ ｎ ， Ｉ ａ Ｌｉ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ Ｔｉ ０２，ｎ ｎ ｒ ｄ ｒａ ，ｈｎ ｆｍ ， ｙ ｒ ｔ ｅｍａ ｅ ｃｉｎ，ｐ ｅ ａａｉｎ ａ ｏ ｏ ｓａ ｒｙ ｔ ｉ ｉ ｈ ｄ ｏ ｈ ｒ ｌｒ ｔ ｌ ａ ｏ ｒｐ ｒｔ ｏ
优 良的性能使 Ｔｉ２ （ 纳米 材料 广泛用作 光催化 剂 、 ） 催化剂 、 光化 学太 阳能 电池 、 气敏 器等 ， 而这 些作用 与 Ｔｉ２颗粒 大小 、 （ ） 晶相 、 晶度 、 貌 、 面性 质等 密切 相关 。如 Ｔｉ ２ 感性 和 结 形 表 （ 敏 ）
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・
１２・ ３
材料导报
２ ０ 年 ２月第 ２ 卷第 ２ ０７ １ 期
水 热 法 大面 积 制 备 ＴＯ２纳 米棒 阵列 薄膜 ｉ
张一兵ｈ ， 封心建。 江 ， 雷
（ 江西上饶师范学院 ， １ 上饶 ３ ４ ０ ； 国家纳米科学 中心 ， 京 １ ０ ８ ； 中科院化学研究所 ， ３０ １２ 北 ０００ ３ 北京 １ ０ ８ ） ０ ０ ０ 摘要
供大 的表 面 积。 目前 已有许 多 关 于制 备 Ｔ （ ｉ ２纳米 材 料 的报 ） 道Ｅ 制备方法 主要有 ： 卜引， 原位化学还原法 Ｅ 水 热法Ｌ 、 声波 、 ２超 ］ 喷雾热解 法Ｅ 溶 胶一 、 凝胶法Ｅ ］模板 法Ｅ 水解法Ｅ 等等 。过 ４ 、 引、 去若干年里 ， 制备大 面积 Ｔ （ ｉ ２纳米 棒 阵列 薄膜 已引起 人们 的 ） 关注Ｅ １ 。本 工作以三氯 化钛 为原 料在 外 加添 加剂 的新 技术 ９３ ￣］
TiO2纳米管阵列薄膜的制备、表征及光电性能研究的开题报告
TiO2纳米管阵列薄膜的制备、表征及光电性能研究
的开题报告
一、研究背景和意义
随着科学技术的不断发展，纳米材料已经成为材料科学研究的一个
重要领域。
纳米材料具有巨大的表面积、高化学活性和优异的光学性能，可以在催化、光电、生物等方面提供各种新的应用。
其中，TiO2纳米管
阵列薄膜具有独特的结构、性能和应用优势，在太阳能电池、化学传感器、光催化等领域得到了广泛应用。
因此，对TiO2纳米管阵列薄膜的制备、表征及光电性能研究具有重要的科学意义和应用价值。
二、研究内容
本研究将主要从以下三个方面展开：
1.制备
采用模板法结合溶胶-凝胶法，制备出高品质的TiO2纳米管阵列薄膜，其中模板法主要用于纳米管阵列的制备，溶胶-凝胶法用于纳米管表
面形貌、结构和光学性能的调控。
2.表征
利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射（XRD）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、拉曼光谱（Raman）等手段对所制备的TiO2纳米管阵列薄膜进行表征，分析其表面形貌、结构、组成和光学性质等
方面的基本特征。
3.光电性能
通过研究TiO2纳米管阵列薄膜的光电转换特性，探究其在太阳能电池、化学传感器、光催化等领域的应用潜力。
具体包括利用电化学工作
站测量电化学特性，并测试其光响应特性。
三、预期成果
本研究预期可以制备出高品质的TiO2纳米管阵列薄膜，并对其表面形貌、结构和光学性能等进行详细的表征，进一步探究其在太阳能电池、化学传感器、光催化等领域的应用潜力。
同时，本研究还将为TiO2纳米管阵列薄膜的制备、表征及光电性能研究提供有益的参考和启示，为相
关领域的科学研究和工业应用提供支持。
阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列膜及其应用
， 在国际上
。
阳极 氧 化 法 制 备 TiO 2 纳 米 管 阵 列 一 般 采 用 两 电极体系， 阳 极 为 钛 箔 板， 阴极为铂电极或石墨电 极， 电解液采用含氟 离 子 的 水 溶 液 或 其 他 有 机 溶 剂 （ 图 1 ） 。 当在 两 极 施 加 一 定 电 压 时， 钛箔板被氧化 形成管状无定形 TiO 2 阵列膜， 经不同温度热处理后 即可得到不 同 晶 型 的 TiO 2 纳 米 管 阵 列 膜 。 此 种 方 法制备的 TiO 2 纳米管与 基 底 垂 直 取 向，管 径 、 管长 度以及壁厚 均 匀 可 控， 与 钛 基 底 结 合 牢 固， 不易脱 落 。 由于该材料为高度有序的纳米管阵列结构，具
Contents
1 2 2. 1 2. 2 2. 3 2. 4 2. 5 Introduction Fabricating of TiO 2 nanotube arrays by anodization The effect of electrolyte The effect of anodic materials The effect of anodization conditions Preparation with controllable manner Crystallization
demonstrated potential applications in many fields. As a new kind of structured and functional nanomaterial ，it has attracted more and more attentions. Here ，we review the fabrication， properties，and applications of highly ordered TiO2 nanotube arrays made by anodic oxidation of titanium. Especially ，we discuss in detail the synthesis of TiO2 nanotubes （ NTs） with tunable morphologies by adjusting the reaction conditions during anodization to balance electrochemical reaction and chemical etching. Finally ，the perspective on the future development is tentatively discussed. Key words TiO 2 nanotubes ； anodization ； ordered structures ； solar cells 3 3. 1 3. 2 3. 3 3. 4 3. 5 3. 6 4 Applications of TiO 2 nanotube arrays Organic-inorganic solar cells Catalysis and hydrogen production from water Sensors Biomaterials Electrochemical deposition Others Conclusion
TiO2纳米管阵列膜
TiO2纳米管阵列膜的制备及应用摘要：近十几年来，TIO2纳米管阵列膜作为一种新型的纳米Tio2材料，由于具有独特的、高度有序的阵列结构和良好的力学性能、化学稳定性以及抗腐蚀性能，引起了人们的极大关注，人们已经通过不同方法制备出氧化钛纳米管和纳米管阵列膜；在这些制备方法中，通过阳极氧化制备的高度有序TiO2纳米管阵列结构展示出优异的物理化学特性。
Ti02薄膜的制备技术繁多，常见的方法主要有溶胶一凝胶法（Sol-Gel）、化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)、液相沉积法(LPD)、电化学阳极氧化法及涂覆法等。
采用电化学阳极氧化法制备的TIO:纳米管阵列膜纳米管分布均匀，以非常整齐的阵列形式排列，纳米管直接与Ti导电基底相连，结合牢固;该材料具有极高的有序结构和很高的量子效应，为Tio:纳米半导体的研究开辟了广阔的领域，具有更加广泛的应用前景。
、TIO:纳米管阵列膜的制备装置图1阳极氧化装置示意图Ti0:纳米管阵列薄膜的制备在自制的二电极反应装置中进行，如图1所示。
金属钛片作为阳极，铂电极作为阴极，两电极保持一定间距，含氟溶液作为电解液，阳极氧化电源为直流稳压稳流电源。
阴极和阳极固定在绝缘板上，并与导线相连起导电的作用。
Tio:纳米管阵列膜的制备体系(l)氢氟酸体系[6, 18, 46, 48-53]该体系以低浓度的氢氟酸为主要电解质成分，通过适当地调整阳极氧化电压、电解液温度和氧化时间可获得不同形貌的Ti0:纳米管阵列膜。
其工艺条件决定了Ti0:纳米管阵列膜的形貌特征。
在酸性体系中，由于化学溶解速率较大，致使氧化物的溶解速率与Ti0:阻挡层的生成速率在短时间内达到平衡，因而，采用这一体系制备的Ti0:纳米管阵列膜在短时间内即可形成，但管长是有限的，只有400 nm .(2)氟化物体系[7, 8, 9, 54, 55]该体系以氟化物代替氢氟酸，在一定程度上可避免氢氟酸带来的危害。
常用的氟化物主要有NaF, NH4F等，将这些氟化物与其它盐类进行适当配比作为电解质溶液，在此基础上改变pH值、阳极氧化时间等工艺参数，可实现对TiO2纳米管阵列膜结构和尺寸的可控制备。
TiO2纳米管阵列薄膜制备及生长机理的研究
列 薄 膜 。讨 论 了 电 解 液 成 分 、 加 电压 、 液 的 ｐ 值 对 氧 化 钛 纳 米 管 阵 列 薄 膜 微 观 结 构 及 形 貌 的 影 响 ， 建 立 了 阳极 氧 化 钛 纳 外 溶 Ｈ 并 米 管 阵 列 薄 膜 的 生长 模 型 。氧 化 钛 纳 米 管 的结 构 与 外 加 电压 有 很 大 的关 系 ， 只有 电压 在 ５ ３ — ５Ｖ范 围 内才 能 制 备 出 二 氧 化 钛 纳 米 管 阵 列 薄 膜 ， 管 径 随 着 电压 的 升 高 而 增 加 ， 管 径 范 围为 ３ — ６ ｍ。 薄 膜 的 厚 度 与 电解 液 有 关 ， 过 控 制 电 解 液 的 成分 其 且 ０ １０ｎ 而 通 及ｐ 值， Ｈ 可获 得 厚 度 为 ６５ｔ 的氧 化 钛 纳 米 管 阵列 薄 膜 。 ．ｘ ｍ
（ ｕｎｘ ｅｅｒｈＩｓｔｔ ｏ ｈ ｍ ｃ ｄ ｓｒ Ｎ ｎ ｉ ３ ０ １ ａｇ ｉ ｓａｃ ｎｔｕ Ｃ ｅ ｉａ Ｉ ｕｔ ， ａｎｎ ５ ００ ） Ｇ Ｒ ｉ ｅｆ ｌ ｎ ｙ ｇ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅａｉｎ ｄＴ Ｏ２ ａ ｏｕ ｅｔｉ ｌ ｒ ａ ｒ ａｅ ｎ ｔｅＴ ｕ ｓｒｔ ｎ ＮＨ３ｔ ２ ＮＨ４ Ｐ ｑ ｅ ｕ ｓｒ ｃ ： ｈ ｌ ｅ ｉ ｎ ｔ ｂ ｈｎｆ ｍｓｗｅｅｆｂ ｉ ｔｄ ｏ ｈ ｉｓ ｂ ｔ ｅｉ ｇ ｎ ｉ ｃ ａ Ｆ＋ Ｈ２Ｏ４ ｕ ｏ ｓ ａ
第２ ６卷第 ２期
２ ０年 ２月 ０１
无
机
化
学
学
报
Ｖ０ ． ６ Ｎｏ２ １ ． ２
２１ ２２ ７— ２
ＣＨＩ Ｓ ＯＵＲＮ ＮＯＲＧＡＮＩ ＮＥ Ｅ Ｊ ＡＬ ＯＦ Ｉ Ｃ ＣＨＥ Ｓ ＲＹ ＭＩ Ｔ
氧化钛纳米棒阵列薄膜的结构可控制备及其电
氧化钛纳米棒阵列薄膜的结构可控制备及其电氧化钛纳米棒阵列薄膜是一种新型的材料，具有结构可控制备和电学性能优异的特点。
它的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、电化学沉积法等。
本文将从制备方法、结构特点和电学性能三个方面来介绍氧化钛纳米棒阵列薄膜。
一、制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备氧化钛纳米棒阵列薄膜的方法。
其制备过程主要包括溶胶制备、凝胶制备、涂覆、热处理等步骤。
首先，将钛酸四丁酯等钛源与有机溶剂混合，制备成溶胶。
然后，将溶胶加入到酸性溶液中，形成凝胶。
接着，将凝胶涂覆在基底上，经过热处理后，即可得到氧化钛纳米棒阵列薄膜。
2. 水热法水热法是一种简单易行的制备氧化钛纳米棒阵列薄膜的方法。
其制备过程主要包括钛源溶液制备、水热反应、洗涤、热处理等步骤。
首先，将钛源与水混合，制备成钛源溶液。
然后，将钛源溶液加入到反应釜中，在高温高压的条件下进行水热反应。
接着，将反应产物进行洗涤，去除杂质。
最后，将洗涤后的产物进行热处理，即可得到氧化钛纳米棒阵列薄膜。
3. 电化学沉积法电化学沉积法是一种制备氧化钛纳米棒阵列薄膜的新方法。
其制备过程主要包括电解槽制备、电解液制备、电化学沉积、洗涤、热处理等步骤。
首先，制备电解槽和电解液。
然后，将基底放入电解槽中，通过电化学沉积的方式，在基底上沉积氧化钛纳米棒阵列。
接着，将沉积后的产物进行洗涤，去除杂质。
最后，将洗涤后的产物进行热处理，即可得到氧化钛纳米棒阵列薄膜。
二、结构特点氧化钛纳米棒阵列薄膜的结构特点主要包括纳米棒形貌、阵列排列方式、晶体结构等方面。
1. 纳米棒形貌氧化钛纳米棒阵列薄膜的纳米棒形貌主要有纤维状、柱状、棒状等形态。
其中，纤维状的纳米棒形貌具有较大的比表面积和孔隙度，有利于提高材料的光催化性能。
2. 阵列排列方式氧化钛纳米棒阵列薄膜的阵列排列方式主要有垂直排列和水平排列两种。
其中，垂直排列的纳米棒阵列具有较大的光吸收能力和光催化活性，有利于提高材料的光催化性能。
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TiO2和HfTiO4薄膜在微电子中应用与表征研究摘要：研究掺TiO2阵列基透明氧化物半导体在微电子的应用，通过低压集中热反应磁控溅射法制备TiO2和掺Hf的TiO2薄膜，沉积在(100)方向的硅基板上，沉积后在空气中1000K进行退火处理4小时。
通过X衍射(XRD)，原子显微镜(AFM),X 射线光电子能谱(XPS)研究薄膜阵列的性质。
XRD分析表明经热处理后将增强薄膜的结晶，TiO2和斜方HfTiO2薄膜出现形状规则的金红石相。
AFM图分析表明该纳米薄膜显示高度有序，整个样品表面上晶粒的尺寸和排列时均匀的。
薄膜的化学计量比可以通过XPS检测来确定。
关键字：TiO2 薄膜 HfTiO4阵列透明氧化物半导体Abstract:We study the possible microelectronics applications of transparent oxide semiconductors based on TiO2-doped matrix. TiO2 and Hf-doped TiO2 thin films were prepared by low pressure hot target reactive magnetron sputtering (LP HTRS) and deposited onto monocrystalline (100) silicon substrate. After deposition thin films were additionally annealed in air for 4 hours at 1000 K. Properties of the thinfilms matrixes were studied by means of X-ray diffraction(XRD), atomic force microscopy (AFM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). XRD investigations have shown that heat treatment enhances the crystallity of the thin films. Well-shaped lines of the rutile phase for TiO2 and the orthorhombic HfIiO4 have appeared. AFM images showed that the nanocrystalline thin films exhibit the high ordering grade. The dimension and arrangement of grains were homogenous on the whole sample surface. The stoichiometry of manufactured thin films was confirmed by XPS examinations. Keywords：TiO2 thin films HfTiO4 matrix transparent oxide semiconductors1 引言TiO2是一种重要的无机功能材料，因有氧空位存在而呈N型，二氧化钛有锐钛矿、金红石和板钛矿3 种晶型，可用于制备染料敏化太阳能电池[1]、气敏传感器[2]、光催化薄膜[3]、电介质材料、光裂解水[4]、无机涂料等，应用于水或空气的净化，水分解制氢，无机薄膜太阳能电池等能源与环境领域。
1991年，Grätzel等[1]利用具有大比表面积TiO2纳米晶多孔薄膜作为光阳极材料制备了电池器件，获得的能量转换效率高达7.1%，这种Grätzel电池因其制备简单、材料易得和成本低廉等优点而备受关注。
近年来，利用半导体材料降解环境中的污染物已越来越受到人们的关注。
TiO2的禁带宽度仅为3.2eV，只能吸收波长小于387.5 nm 的紫外光(约占太阳光的4.5%)，而可见光占太阳光的45%，严重限制了其实际应用。
而且，在光催化反应中，纯相TiO2产生的光生电子和空穴易在光催化剂体相内和表面快速复合，极大地降低了其量子效率[5–6]。
因此，有必要寻找有效的方法来提高其可见光活性和光生载流子的分离效率。
TiO2这种半导体材料的光催化性能自上世纪70年代开始受到人们的重视，其中，TiO2是一种理想的半导体光催化剂材料，因为它拥有较宽的禁带宽度，光催化活性高，催化简单有机物彻底，良好的化学稳定性，不会引起二次污染等优势。
因此，它被广泛应用于杀菌、除臭、污水处理、空气净化等方面。
将TiO2与窄带半导体复合形成异质结可有效解决上面的两个问题，Sun 等[7]制备了CdS/TiO2纳米管阵列，其光电效应是TiO2 纳米管阵列的35 倍；Zhang 等[8]将CdSe 沉积到TiO2纳米管中，显著提高了其可见光下的光电流；Hou等[9]将Cu2O 与TiO2纳米管复合后有效提高了其可见光光催化活性。
在可见光照射下，从这些窄带半导体上激发的电子能转移到TiO2 上，使得光生载流子易于分离，从而显著提高TiO2的可见光光催化活性。
高度有序的二氧化钛纳米管阵列在光催化降解污染物、分解水产氢和太阳能电池等领域有广泛应用，引起了人们极大的研究兴趣。
2.表征原理及分析2.1X射线衍射(XRD)XRD是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的晶体结构、晶格参数、晶体缺陷、不同结构相的含量及内应力的方法。
它是建立在一定晶体结构模型基础上的间接方法。
晶体是由质点(原子、离子、分子)在空间周期地排列而构成的固体物质。
在粉末晶体或多晶样品中含有千千万万个小晶粒，它们杂乱无章、取向机遇地聚集在一起。
当一束单色x射线照射到某一个小晶粒上，由于晶体具有周期性的结构，当点阵面距d与X射线入射角之间应符合布拉格(Bragg)方程: 2dSinθ=nλ时，就会产生衍射现象。
图1：晶体衍射示意图每一种结晶物质，都有其特定的结构参数，即点阵类型、晶胞大小、单胞中原子(离子或分子)的数目及其位置等等，而这些参数：在x射线的衍射图上均有所反映。
所以尽管物质的种类有千千万万，但却难以找到两种衍射图完全相同的物质。
粉末衍射线条的数目、位置及其强度，就象人的指纹一样，反映了每种物质的特征，因而可以成为鉴别物相的标志。
如果将几种物相混合进行x射线衍射，则所得到的衍射图将是各个单独物相的衍射图的简单迭加。
根据这一原理，就有可能从混合物的衍射图中将各个物相一个个鉴别出来。
混合物中某种物质的衍射强度与其在混合物中的含量成正比。
含量大，衍射强度大；否则变小。
图1 XRD图谱图1是文献[10]的XRD表征光谱，X射线衍射仪对样品进行物相分析，Fe过滤的Co Kα 为辐射源，传统方法可以通过XRD光谱计算出晶体的平均尺寸。
图1中，沉积在硅片上的TiO2薄膜(415nm)XRD图谱：a）直接沉积和b）经在空气中1073K热处理过的。
从图中可以看出，直接沉积的样品是氧化钛—锐钛矿—的弱峰衍射线无序。
热处理工艺提高了薄膜的结晶，衍射线是明显的，形状规则的，这是由于金红石的存在。
图2 样品的XRD谱图2是文献[11]的XRD表征光谱，图2 为热处理后的TiO2NTs 及Ag3PO4膜、Ag3PO4/TiO2NTs 的XRD 谱。
量化分析显示，XRD峰可以分别标定为TiO2锐钛矿相(JCPDS No.21–1272)和Ti金属相(JCPDSNo.44–1294)。
锐钛矿的XRD 峰来源于TiO2NTs，金属Ti 相的XRD峰来源于Ti 基体。
氧化钛片上涂覆了Ag3PO4膜的样品的XRD谱上除了金属钛的衍射峰外，其他所有衍射峰都对应于Ag3PO4 的体心立方相结构(JCPDS No.06–0505)。
TiO2NTs中沉积了Ag3PO4后，样品的XRD谱上出现了锐钛矿、金属钛和Ag3PO4 所有相的衍射峰，但没有其他杂峰，说明Ag3PO4沉积到了纳米管阵列中，且没有生成其他含银化合物或其他磷酸盐杂质。
2.2原子力显微镜(AFM)原子力显微镜(AFM)，是利用原子、分子间的相互作用力（范德华力、表面张力、万有引力、以及静电力和磁力等）来观察物体表面微观形貌的新型实验技术。
图3 AFM的工作原理图原子力显微镜(AFM)是利用纳米级的探针固定在可灵敏操控的微米级尺度的弹性悬臂上，当针尖靠近样品时，其顶端的原子与样品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲，偏离原来的位置。
根据扫描样品时探针偏离量和其它反馈量重建三维图像，就能间接获得样品表面的形貌图。
AFM具有多种扫描模式，常用的有以下4种：接触模式(Contact Mode)、非接触(Non-Contact Mode)、轻敲模式(Tapping Mode)、侧向力(Lateral Force Mode)模式。
根据样品表面不同的结构特征和材料的特性以及不同的研究需要，选择合适的操作模式。
轻敲模式(Tapping Mode)特别适用于检测生物样品及其它柔软、易碎、粘附性较强的样品。
图4AFM图谱Fig2是直接沉积的TiO2薄膜的AFM图谱，可以看出其纳米晶体结构具有高度有序特性，而且还具有择优取向(110)方向，这与Fig1中的XRD谱相吻合。
图5不同氧含量的TiO2薄膜的原子力图图5中可以看出TiO2晶粒均为球形，颗粒边缘清晰，排列整齐，结晶完好，且在薄膜中分布比较均匀、致密。
随着氧含量的增加，薄膜的表面形貌由大的颗粒状晶粒变成了细小的晶粒。
当氧含量由5%增加到20%时，晶粒尺寸也由76.9nm 减小到了50nm。
由图5(d)还可以清楚的看到，当氧浓度为20%时，TiO2薄膜呈现出菜花状结构(因为其形状类似于蔬菜花的形状)，一个大的菜花状颗粒是由许多小晶粒组成的。
2.3 X射线光电子能谱(XPS)X射线光电子能谱(XPS)是一种分析表面结构的构成元素及化学键状态的电子能谱法。
其基本原理是基于光电效应利用X射线光电子激发出物质表面原子的内层电子，通过对这些电子进行能量分析而获得的一种能谱。
当X射线照射在固体表面时，被X射线激发的原子发射出光电子，见图6。
图6 XPS的原理图图6直接沉积与经退火TiO2薄膜的Ti 2p(a)和O 1s(b)XPS谱经图6的图谱分析表明，LP-HTRS法经退火后几乎能获得薄膜的化学计量比。
在535.5eV时测量到的加热样品中O 1s光谱中额外的峰可能是由于样品表面氧的化学吸附或水的吸附产生的。
图7直接沉积与经退火HfTiO4薄膜的Hf4f(a),Ti2p(b),O1s(c) XPS谱经图7对HfTiO4薄膜进行XPS分析表明，当薄膜沉积后经热处理，HfTiO4薄膜有确定的化学计量比。