二氧化钌薄膜热处理过程中的物相变化
《电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》范文
《电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》篇一一、引言随着科技的发展，材料科学在众多领域中发挥着越来越重要的作用。
其中，二氧化钒（VO2）薄膜因其独特的相变性能，在光电器件、微电子、热调控等多个领域有着广泛的应用前景。
然而，如何有效调控其相变性能成为了一个重要的研究方向。
近年来，电子注入法因其简单易行、操作性强等特点，在调控二氧化钒薄膜相变性能方面显示出巨大潜力。
本文旨在探讨电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制及其应用。
二、电子注入法的基本原理电子注入法是一种通过向材料中注入电子来改变其电子结构和物理性能的方法。
在二氧化钒薄膜中，通过电子注入，可以改变其内部的电子密度和能带结构，从而影响其相变性能。
该方法的优点在于操作简单、可控性强，且对材料本身的损伤较小。
三、电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控（一）实验方法本实验采用电子注入法对二氧化钒薄膜进行调控。
首先，制备出高质量的二氧化钒薄膜；然后，利用电子束或电流源向薄膜中注入不同剂量和能量的电子；最后，通过一系列表征手段，如X射线衍射、拉曼光谱、透射电镜等，分析电子注入前后薄膜的相变性能变化。
（二）实验结果与讨论实验结果表明，通过电子注入法可以有效地调控二氧化钒薄膜的相变性能。
具体来说，随着电子注入剂量的增加，二氧化钒薄膜的相变温度逐渐降低，相变过程也变得更加明显。
此外，电子注入还可以改变二氧化钒薄膜的电阻率、光学性质等性能。
这些变化主要归因于电子注入引起的内部电子结构和能带结构的变化。
（三）机理分析根据实验结果和文献报道，我们认为电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制主要包括两个方面：一是电子注入改变了二氧化钒薄膜内部的电子密度和能带结构，从而影响了其相变过程；二是电子注入引起的局部晶格畸变和缺陷产生，进一步影响了薄膜的相变性能。
四、应用前景与展望电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控为材料科学领域提供了新的思路和方法。
首先，通过调节电子注入的剂量和能量，可以实现对二氧化钒薄膜相变温度的精确调控，从而满足不同应用场景的需求；其次，二氧化钒薄膜在光电器件、微电子、热调控等领域具有广泛的应用前景；最后，电子注入法具有简单易行、操作性强等优点，为其他材料的性能调控提供了新的思路和方法。
不同升温热处理方式二氧化钒薄膜的制备与光学相变性能
红外与毫米波学报
J. Infrared M illi m. W aves
V o.l 29, N o . 6 D ece m ber , 2010
不同升温热处理方式二氧化钒薄膜的 制备与光学相变性能
引言
二氧化钒 ( VO2 ) 薄膜在热驱 动下具有半导体 金属相转变特性
[ 1]
目前用于制备 VO2薄膜的方法有很多种, 主要 包括溅射法、 脉冲激光法、 化学气相沉积法和溶胶 凝胶法等 . 其中离子束溅射方法在半导体器件制作 过程中应用广泛, 易于获得高质量的氧化钒薄膜 . 热 处理是改变氧化钒薄膜结晶结构和组分 , 使薄膜具 有相变特性的常用手段
梁继然
1, 2
,
胡
明 ,
1
王晓东 ,
2
阚
强 ,
2
李贵柯 ,
2
陈弘达
2
( 1. 天津大学 电子信息工程学院 , 天津
300072; 2. 中国科学 院半导体研究所 , 北京
100083)
摘要 : 采用双离子束溅射方法制备氧化钒薄膜 , 分别利用常规和快速两种升温方式对 氧化钒薄膜 进行热处理 , 利用 傅里叶变换红外光谱技 术对热处理后氧化钒薄 膜的变 温光学 透射性能 进行测 试 , 并对 5 m 波长处 透过率 随温度 的变化曲线进行相变特性分析 . 实验结果表明 , 经过常规和快速升温热处理后均获得 了二氧化钒 薄膜 ; 快速升温热 处理后得到的薄膜中二 氧化钒晶粒较小 , 尺寸分布均匀 ; 而常 规升温 热处理 后的二 氧化钒 薄膜中晶 粒尺寸 分布较 宽、 常规和快速升温热处理后 , 氧 化钒薄膜的光透过率均存在可 逆突变特性 , 变化 幅度均超 过 60% . 相变性 能分析 结果表明 , 快速升温热处理获得的二氧化钒薄膜相变持续 的温度宽 度较大 , 光学相 变温度 为 63. 74 , 高于 常规升 温热处理的 60 . 31 . 关 键 词 : 氧化钒薄膜 ; 红外透 射光谱 ; 快速升温 中图分类号 : O 484; O 434 文献标识码 : A
ruo2制备
ruo2制备Ruo2是一种重要的材料，具有许多应用领域。
制备高纯度的Ruo2是非常重要的，因为它可以使得Ruo2在电子学和化学领域中具有更好的性能。
在本文中，我们将讨论Ruo2的制备方法。
Ruo2的制备方法通常可以分为两种：化学制备和物理制备。
化学制备是利用化学反应合成Ruo2材料。
以硫酸钌为例，一种常见的方法是将硫酸钌和氧化钠混合在一起，然后在高温下煅烧。
这种方法需要高温和高压，而且需要较长的时间才能制备出高纯度Ruo2。
另一个常用的方法是利用氯气气氛将钌粉末暴露在高温下，然后通过水解反应制备出Ruo2。
物理制备是在真空或惰性气体气氛下，将高纯度钌材料蒸发和在表面沉积，最后在高温下热处理获得Ruo2材料。
常用的方法是磁控溅射和蒸发。
磁控溅射是通过将钌材料置于真空腔中，然后在阴极上施加高频电场，使得电极表面形成蒸发的激发气体。
气体原子离开电极表面后，可以沉积在靶材的表面，最终生成Ruo2材料。
这种方法制备出的Ruo2通常比化学方法制备出的纯度更高。
蒸发是利用真空条件下的高温将钌材料熔化，然后在表面上生成Ruo2材料。
这种方法需要高度纯净的钌材料和非常高的真空度。
相对于化学方法和磁控溅射，蒸发的难度更大，但是它可以制备出更均匀和高纯度的Ruo2材料。
总的来说，化学方法和物理方法都可以制备出高纯度的Ruo2材料。
选择合适的方法取决于材料的应用领域，以及制备成本和可用性。
在选择制备方法的时候，需要根据具体情况进行考虑，以确保制备出合适的Ruo2材料。
二氧化钌_石墨烯复合材料超级电容器的性能_邵强
０ 引 言
超级电容器作为一种新型的储能装置，具有寿 命长、能量密度高和可逆性强等特点。随着超级电 容器不断在移动通信、信息技术和航天等领域的应 用 ， ［１－５］ 超级电容器越来越受到人们的关注。 超级 电 容 器 的 电 极 材 料 主 要 有 过 渡 金 属 氧 化 物、碳 材 料 以 及 导 电 聚 合 物 ３ 种。 二 氧 化 钌 （ＲｕＯ２） 是一种典型的金属氧化物 赝 电 容 器 电 极 材 料，它的比电容很高、充放电特征可逆性强，更重 要的是导电 性 能 卓 越。 但 是 ＲｕＯ２ 在 电 化 学 氧 化／ 还原过程中容易发生团聚，内部的颗粒不能完全参 与反应，延缓了反应进程，导致电化学性能大大降 低 。 ［６］ 为了制备低成本、高容量的蓄电池，各 种 导 电材料被应用到制备 ＲｕＯ２ 的复合材料中 ， ［６－１０］ 但 都未能获得 较 大 的 双 电 层 电 容。 石 墨 烯 （ＧＲ） 是 一种具有独特二维结构的新型碳材料，可用于双电 层电容器 。 ［１１－１３］ 利用氧化石墨 （ＧＯ） 化 学 还 原 法 制取的石墨烯不仅具有单层石墨材料柔软多孔的性 能，而且 表 面 含 有 大 量 的 含 氧 基 团 。 ［１４－１６］ 由 于 这 些基团与纳米粒子之间存在较强的化学作用，因此 可以使其 均 匀 地 负 载 在 石 墨 烯 的 表 面 。 ［１７］ 利 用 该 方法 制 备 纳 米 ＲｕＯ２／ＧＲ 复 合 材 料， 不 仅 可 以 使 ＲｕＯ２ 均匀地负载于 石 墨 烯 表 面， 防 止 团 聚 现 象 发 生，充分 显 示 ＲｕＯ２ 的 赝 电 容， 还 可 利 用 间 隔 效 应，减少石墨烯片间的堆积，使复合材料仍具有较 大的表面积，从而获得较高的双电层电容。
镀膜 氧化 退火扩散-概述说明以及解释
镀膜氧化退火扩散-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:镀膜、氧化、退火和扩散是材料科学领域中常见的工艺步骤，它们在改善材料性能、增强功能和应用领域中起着至关重要的作用。
镀膜可以通过在材料表面形成一层保护膜来提高材料的耐腐蚀性能和硬度。
氧化是指材料与氧气发生化学反应，形成氧化物薄膜，可以改善材料的表面性能和稳定性。
退火是一种热处理工艺，通过加热材料至一定温度然后冷却的过程，可以消除材料内部应力和缺陷，提高材料的强度和韧性。
扩散是指在固体材料内部进行原子或分子的迁移，可以改善材料的导电性、磁性等性能，并被广泛应用于半导体、电子器件和功能材料的制备中。
本文将分别介绍镀膜、氧化、退火和扩散的原理、方法和应用，以便更好地了解这些工艺步骤在材料科学中的重要性和作用。
1.2 文章结构：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将对镀膜、氧化、退火和扩散等四个主题进行简要介绍，明确文章的研究对象和目的。
在正文部分，将详细介绍镀膜、氧化、退火和扩散的背景、原理、过程、机制、方法、效果和应用等内容，对四个主题进行深入分析和讨论。
最后，在结论部分，将对整篇文章的要点进行总结，展望未来对这些领域的研究方向和发展趋势。
整篇文章将全面系统地介绍镀膜、氧化、退火和扩散的相关知识，为读者提供全面深入的了解和参考依据。
1.3 目的本文的目的是深入探讨镀膜、氧化、退火和扩散这四个过程在材料科学和工程中的重要性和应用。
通过对每个过程的背景介绍、原理、方法和效果进行分析和总结，我们旨在帮助读者更全面地了解这些过程在材料表面处理及改性中的作用，以及它们在材料性能提升、功能性材料设计和制备过程中的应用前景。
同时，我们希望通过本文的撰写，促进相关领域的研究和技术发展，为材料科学和工程领域的进步贡献一份力量。
2.正文2.1 镀膜2.1.1 背景介绍镀膜是一种常见的表面处理方法，通过在物体表面涂覆一层薄膜来改变其性能或外观。
镀膜可以提高材料的耐腐蚀性、硬度、光学性能等，并在许多领域广泛应用，如电子、光学、汽车等。
氧化钒 相变原理
1 氧化钒相变原理1958年，科学家F.J.Morin在贝尔实验室发现钒和钦的氧化物具有半导体一金属相变特性。
实验表明:促使氧化钒薄膜发生相变的条件是温度,实验得到的二氧化钒薄膜的相变温度点为68℃(T=68℃)。
常温下,VO2薄膜呈现半导体状态,具有四方晶格结构,对光波有较高的透射能力。
当薄膜温度在外界条件促使(例如吸收光能量)下升高到一定温度点t时,薄膜原始状态迅速发生变化,此时VO2薄膜显示金属性质,是单斜晶结构,对光波有较高的反射。
薄膜光谱特性由高透陡变为高反, 如图1所示。
二氧化钒材料在转变逆过程中显示了晶体转变的一般倾向,转变温度取向由高到低,但原子的重新分类并不广泛,原来的原子群仅有轻微的失真。
在过渡温度T c处,原子群的变化迅速且可逆。
二氧化钒(VO2)薄膜晶格结构的变化象所有从单斜晶结构向四方晶格结构转变的材料一样,在电和光特性中伴随有较大的变化。
薄膜相变前后的电导率、光吸收、磁化率及比热等物理性能均有较大的改变。
氧化钒薄膜由半导体到金属态可以进行高速双向可逆转换,并具有高的空间分解能力。
薄膜的转换特性除取决于样品结构和样品成分,同时还取决于样品的制备。
高价氧化物脱氧还原后的膜不均匀且多孔,因而降低了转换特性。
总而言之,氧化钒薄膜相变特性的优劣取决于薄膜的质量。
2 VO2的相变特征2.1 相变晶体学图2表示了四方相VO2(R)和单斜相VO2(M)的晶体结构。
a为高温四方金红石结构，单位晶胞中的8个顶角和中心位置被V4+占据，而这些V4+的位置正好处于由O2-构成的八面体中心。
当VO2发生相变时，V4+偏离晶胞顶点位置，晶轴长度发生改变，β角由90°变为123°，变成单斜结构。
相变后，形成的V-V键不再平行于原来的c r轴，形成折线型的V-V链，钒原子间距离按265pm和3l2pm的长度交替变化，同时a m轴的长度变为原来c r轴的两倍，体积增加约1%。
热力学也证明，VO2相变为一级相变，相变前后具有体积的改变。
旋转涂覆法制备氧化钌电极材料及其性能研究
旋转涂覆法制备氧化钌电极材料及其性能研究李祥;甘卫平;马贺然【摘要】RuO2 film electrodes were prepared by rotation coating method. SEM indicated film thickness is 7.7～8.0μm and the average of adhesion for the film is 18.00MPa through tensile experiment. XRD microstructure analysis shows the thin film ideal annealing temperature is 270℃. Addition, electrochimica experiment indicated excellent cyclic voltammetry and chronoamperometry and impedance of thin film. The thin film specific capacitance and energy dencity power density and inner resistance are 705.3F/g, 141.05Wh/kg,0.41kW/kg,0.4365fΩ,respectively.%采用旋转涂覆工艺制备了RuO2薄膜电极,SEM揭示了RuO2薄膜的厚度为7.7-8.0/μm,拉伸实验测试得该薄膜附着力的平均值为18.00MPa;XRD结构分析表明该薄膜的最理想烧结温度为270℃.此外,进一步的电化学性能测试表明RuO2薄膜的循环伏安、充放电及阻抗性能优良,该薄膜电极的比电容Cp、能量密度W、功率密度P及内阻ESR分别为705.3F/g、141.05Wh/kg、0.41kW/kg、0.436Ω.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2011(042)002【总页数】4页(P339-342)【关键词】旋转涂覆法;氧化钌;薄膜厚度;附着力;电化学性能【作者】李祥;甘卫平;马贺然【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】O614.8自从1971年Trasatti和Buzzanca发现RuO2电极材料具有类似于碳基电容器的矩形循环伏安图，1975年Conway等对氧化钌电极材料的充放电机理进行了研究［1］，此后针对氧化钌电极材料的研究主要体现为比电容的提高及充放电行为。
VO_2外延薄膜的相变调控研究.doc
VO_2外延薄膜的相变调控研究强关联体系是当前凝聚态物理中最突出的问题之一。
二氧化钒(VO2)是一种典型的强关联过渡金属氧化物,在室温附近(68℃)会发生可逆金属一绝缘相变,相变过程中伴随着晶格结构、电学、光学、磁性的巨大变化。
除了热致相变,V02在一定的电场、光场、应力、载流子注入、元素掺杂等多种外界条件下同样能够触发金属一绝缘转变,且触发条件与VO2本身的形貌、晶面取向、表面结构和吸附等息息相关,这给VO2相变调控的研究提供了多重的实验路径,展示出丰富的物理内涵。
弄清VO2在相变过程中结构转变和电子态变化之间的关系,以及电子-电子关联在其中所起的作用,具有重要的理论价值。
另一方面,接近室温的临界相变温度和优良的相变性质,给VO2提供了广阔的应用前景,诸如智能窗、记忆存储、场效应晶体管、气体传感器等。
本论文的主要内容和取得的成果如下：(1)通过改进分子束外延固态源的电子束蒸发枪,理论模拟了固态源和电子发射灯丝之间的电场分布和电子运动轨迹,优化了电子枪的构型使得高能电子聚焦于固态源的尖端一点,从而获得了稳定可靠、速率可控的原子/分子束流。
在此基础上,利用氧射频-分子束外延设备在蓝宝石衬底上成功的制备了两英寸大小的高质量VO2薄膜,在TiO2,MgF2衬底上生长了应力大小可控的异质外延高取向VO2薄膜,具备优良的电学、光学相变特质。
(2)利用离子液体在二氧化钒单晶薄膜表面构筑场效应(FET)结构,通过控制外加偏压的大小和时间来调控其相变过程。
实验结果表明这种相变过程的调控在宏观尺寸二氧化钒薄膜样品中具有薄膜厚度上的依赖特征,调控过程本质上源于在电场作用下,离子液在较强的界面电势作用下逐渐夺取VO2中的氧原子的过程,晶格中形成的氧空位造成电子掺杂效应,从而触发VO2相变。
通过对这一过程中VO2电学、光学、结构性质异常变化的原位追踪与分析,发现氧空位和与之相联的金属态VO2的形成是一个持续进行的,从空气-薄膜界面到衬底-薄膜界面逐渐渗透的过程,且具有几十纳米的最大渗透深度。
二氧化钒薄膜的退火组分变化及光学特性研究
第29卷 第3期2005年6月激 光 技 术LASER TEC HNOLOGYV o.l 29,N o .3June ,2005文章编号:1001 3806(2005)03 0332 02二氧化钒薄膜的退火组分变化及光学特性研究田雪松,刘金成,掌蕴东,鲁建业,王 骐*(哈尔滨工业大学光电子技术研究所,哈尔滨150001)摘要:为得到高纯度的VO 2薄膜,对其制备参数进行了探索。
VO 2薄膜用磁控溅射法制备。
对不同条件下制备的VO 2薄膜用X 射线电子能谱仪(XPS)测试,并通过拟合来得到3,4,5价钒在薄膜中所占的比例。
为提高4价钒的含量对薄膜进行了退火处理,分析了退火对氧化钒薄膜中4价钒含量的影响。
结果表明,VO 2薄膜对10.6 m 激光的透过率从60 时的74%变到78 时的11.93%,发生了相变。
关键词:激光防护;相变;磁控溅射;二氧化钒中图分类号:TN 305.8 文献标识码:AAppeali ng co mponent changes and optical properties of VO 2thi n fil m sTI AN Xue song,LIU J i n cheng,Z HANG Yun dong,LU J ian ye ,WANG Qi(Instit ute o f O pt o electronics ,H arb i n Institute of T echno l ogy ,H arb i n 150001,Chi na)Abstrac t :P reperati on para m eters are stud ied to ge t h i ghly pure vanad i u m diox ide th i n fil m s .VO 2th i n fil m s are deposited by m agnetron sputteri ng m ethods .VO 2thin fil m s prepa red i n d iffe rent cond iti ons are stud i ed by m eans of X ray pho toelectron spectroscopy (XPS),constituents o f t he V 3+,V 4+and V 5+i n t he fil m are gotten by fitti ng the XPS peaks w ith 100%Guassi an li ke curves .Then the t h i n fil m s are annealed to i ncrease t he percen tages o f the V 4+,the e ffect o f annea li ng i s ana l yzed .T he trans m ittance a t 10.6 m changed fro m 74%at 60 t o 11.93%at 74 ,se m iconduc t o r to me tal phase transiti on occurs .K ey word s :l ase r protecti on ;phase trans i tion ;m agne tron sputter i ng ;vanadi um d i ox i de作者简介:田雪松(1977 ),男,博士研究生,主要从事激光防护方面研究。
二氧化钌化学式-概述说明以及解释
二氧化钌化学式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述二氧化钌（RuO2）是由钌和氧元素组成的化合物，化学式为RuO2。
它是一种具有重要意义的无机化合物，在许多领域都有广泛应用。
二氧化钌具有特殊的物化性质，使其在催化剂、电化学、能源存储等方面具有重要作用。
首先，二氧化钌具有较高的催化活性。
它作为一种催化剂可以用于多种化学反应中，比如氧化反应、水电解等。
由于其高催化活性，二氧化钌常被应用于电化学合成、有机合成以及环境保护等领域。
此外，二氧化钌还可以通过控制其晶体结构和形貌来调控其催化活性，提高反应效率和选择性。
其次，二氧化钌在电化学领域中具有独特的优势。
由于其良好的导电性和电化学活性，二氧化钌被广泛应用于电池、超级电容器以及电解水等领域。
特别是在电化学能源储备和转换方面，二氧化钌的应用已取得了显著的进展。
例如，二氧化钌可以作为一种电极材料用于储能设备，如锂离子电池和超级电容器，以实现高效的能量转换和储存。
此外，二氧化钌还在其他领域展示出了潜在的应用价值。
例如，由于其优良的耐腐蚀性和热稳定性，二氧化钌可用于防腐蚀涂料、玻璃和陶瓷等材料的制备。
此外，二氧化钌还可以用于光电子学、光催化和气敏传感器等领域。
综上所述，二氧化钌作为一种重要的无机化合物，具有多方面的应用潜力。
在催化剂、电化学、能源存储以及其他领域中，二氧化钌的独特性质和优越性能为其在相关领域的应用提供了广阔的发展空间。
随着相关技术的不断突破和发展，相信二氧化钌的应用前景将更加广阔，并将为人类社会的可持续发展作出更大的贡献。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：本文将按照以下结构进行论述二氧化钌的化学式及其相关性质和应用领域。
首先，在引言部分概述二氧化钌的基本信息和重要性，接着介绍文章的整体结构和目的。
然后，在正文部分，将详细论述二氧化钌的化学性质，包括其物理性质、化学反应及其它相关特性。
同时，还将探讨二氧化钌在不同领域中的应用，例如催化剂、能源转换、电子材料等方面的应用。
反应时间和温度对二氧化钒薄膜生长影响研究
作者简介:肖翔(1995-)，女，江西吉安，研究生，主要从事二氧化钒薄性能研究工作。
反应时间和温度对二氧化钒薄膜生长影响研究Effects of Reaction Time and Temperature on the Growth of Vanadium Dioxide Films肖翔,冯林,邹继军,郭喜涛(东华理工大学机械与电子工程学院,江西南昌330013)Xiao Xiang,Feng Lin,Zou Ji-jun,Guo Xi-tao (School of Mechanical and Electronic Engineering,East China University of Technology,Jiangxi Nanchang 330013)摘要：该文采用一种新型的气-固(VS)生长法合成了高质量、大面积的二氧化钒(Vanadium Oxide,VO 2)薄膜。
在该合成反应过程中，VO 2薄膜生长的质量受诸多因素的影响。
比如，生长温度、时间和气压，惰性载入气体流速，前躯体的数量，以及衬底的种类和位置等。
文中系统地研究了生长时间和温度对VO 2薄膜生长质量的影响，并对其进行了优化调控。
利用扫描电子显微镜对该VO 2薄膜进行的形貌分析表明，该VO 2薄膜是由尺寸不一的晶粒连接而成的多晶界薄膜，表面具有较高的平整度。
单晶尺寸最大可达120μm，平均尺寸40μm。
关键词：VS 生长法；生长时间；生长温度；VO 2单晶尺寸；VO 2薄膜厚度中图分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1003-0107(2020)02-0048-05Abstract:High quality Vanadium Oxide (VO 2)films with large area were synthesized by a new gas-solid (VS)method.During the synthesis process,the quality of VO 2film growth is affected by many factors.For example,growth temperature,time,and pressure,inert gas velocity,number of precursors,and type and location of wafers.The effects of growth time and temperature on the growth quality of VO 2films were systematically studied and optimized.The morphology analysis of the VO 2film by scanning electron microscopy (SEM)shows that the VO 2film is a polycrystalline boundary film connected by grains of different sizes,and its surface has a high smooth-ness.The maximum size of single crystal can reach 120μm,and the average size is 40μm.Key words:VS growth method;Growth time;Growth temperature;VO 2single crystal size;VO 2film thickness CLC number:TB383Document code:AArticle ID ：1003-0107(2020)02-0048-050引言1959年，F.J.Morin 首次报道了钒氧化物的电阻值在一定的温度内，将发生半导体-金属的相转变特性由此得到了越来越多的研究者研究[1]。
热处理V膜制备VO2薄膜的结构和光电性能
光共聚焦显微 Raman 光谱仪分析薄膜的物相组成。
采用德国 Zeiss Ultra Plus 场发射扫描电子显微镜
(SEM)观察薄膜样品的表面形貌。采用美国赛默飞
世尔科技有限公司的 ESCALAB 250Xi 型 X 射线光
电子能谱仪(XPS)对 VO2 薄膜表面组分进行定性和 半定量分析。
1.3 光学系能和电学性能表征
人们发展了多种方法在玻璃上制备 VO2 薄膜， 包括水热法[11–12]、化学气相沉积法[13–14]、物理气相 沉积法[15–16]和溶胶–凝胶法[17]。磁控溅射法是一种 广泛使用的物理气相沉积法，采用金属 V 或者氧化 物靶，通过控制反应气氛和基片温度可以获得具有 MIT 功能的 VO2 薄膜[18–19]。使用磁控溅射一步法制 备 VO2 薄膜通常需要较高的衬底温度和较低的溅射 速率以获得良好的结晶性能。本工作首先采用磁控 溅射法在石英玻璃基片上快速制备了金属 V 膜，然 后在真空中退火得到具有较好 MIT 特性的 VO2 薄 膜。研究了热处理温度对 VO2 薄膜表面形貌、晶体 结构、化学成分、光学性能和电学性能的影响。
关键词：二氧化钒薄膜；磁控溅射；真空退火；半导体–金属相变
中图分类号：O484.4 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2021)06–1151–06 网络出版时间：20210406
Structure and Optical–Electric Properties of VO2 Films Prepared by Annealing V Films
Keywords: vanadium dioxide films; magnetron sputtering; vacuum post-annealing; semiconductor–metal transition
连续激光辐照下二氧化钒薄膜热致相变实验研究
第18卷 第5期强激光与粒子束Vol.18,No.5 2006年5月H IGH POWER L ASER AND PA R TICL E B EAMS May,2006 文章编号: 100124322(2006)0520713204连续激光辐照下二氧化钒薄膜热致相变实验研究3骆永全, 王伟平, 罗 飞(中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳621900) 摘 要: 介绍了VO2薄膜的相变原理,用磁控离子溅射法制备了VO2薄膜,并进行了X射线衍射和不同温度下的光谱透过率测量。
在1.319μm连续波激光辐照下,实时测量了VO2薄膜的温度变化,以及由于温度变化引起相变后对激光透过率的变化。
结果表明,入射到薄膜表面的平均功率为8.9W、光斑直径2mm时,激光出光480ms后,VO2的温度从室温上升到约100℃,薄膜发生了相变,其对1.319μm激光的透过率从相变前的48%降为相变后的28%。
关键词: VO2薄膜; 热致相变; 光限幅; 激光防护 中图分类号: O434.14 文献标识码: A 随着激光技术的迅速发展,激光对人眼以及光电传感器形成了较大的威胁,为了应对这些现实的威胁,各种激光防护技术随之出现[123]。
20世纪80年代以来,人们一直在努力探索激光防护的新原理、新方法、新材料,并取得了一定的进展。
主要表现在探索出了一些新型激光防护原理、方法和材料,其中基于热致相变原理的CO2薄膜受到了广泛地关注,氧化钒在某一温度附近会发生结构性的热致可逆相变,同时伴随晶体结构变化的还有光学以及电磁学性质的变化,相变前后的电导率、光吸收、磁化率及比热等物理性能均有较大的改变[4]。
自从1959年Morin第一次观察到VO2的热致相变现象后,人们对这种材料在光学、电磁学方面的性质以及应用进行了大量的研究。
1971年,G oodenough提出了基于晶体场理论的能带模型来解释这种结构转变的物理机制[5]。
同一年,Roach发现用反应溅射法在载玻片上制备的VO2薄膜的折射率在相变前后改变了8%左右,并指出VO2可用作一种光盘工作介质。
氧化钒薄膜的电阻特性研究
氧化钒薄膜的电阻特性研究1.学习二氧化钒(VO2)薄膜晶体结构及相转变等相关知识；2.掌握利用恒流源测量薄膜电阻的方法，计算不同温度范围内的电阻变化率；3.利用作图法处理数据，作出升温曲线和降温曲线并归纳总结热滞现象。
真空腔（四探针调节架、载物台、加热棒及热偶），电学组合箱（2个XMT612智能温控仪、1个恒流源、1个数字电压表）。
二氧化钒(VO2)薄膜是一种具有热滞相变特性的材料，随着温度的升高，在68 C附近会发生单斜结构和金红石结构的晶型转变，与此同时由半导体转变为金属态，此转变在纳秒级时间范围内发生，随之伴随着电阻率、磁化率、光的透过率和反射率的可逆突变。
这些卓越的特性有着诱人的发展前景，可以用来制作光电开关材料、热敏电阻材料、光电信息存储器、激光致盲武器防护装置、节能涂层、偏光镜以及可变反射镜等器件等。
一、二氧化钒(VO2)薄膜的晶体结构图X.2-1单斜晶结构VO2（M）图X.2-2金红石结构VO2（R）实验仪器实验原理二氧化钒型态结构是以钒原子为基本结构的体心四方晶格，氧原子在其八面体的位置，有四种不同形态的结构：（1）金红石结构VO2（R）；（2）轻微扭曲金红石结构的单斜晶VO2（M）；（3）非常接近V6O13结构的单斜晶结构VO2（B）；（4）四方晶结构VO2（A）。
二氧化钒在68℃时发生相变，在68℃以下时VO2（M）存在，反之，在68℃以上时则为金红石结构VO2（R），VO2（R）和VO2（M）型态的相转变是可逆的。
同时VO2（B）→VO2（R）也可以发生相转化，VO2的另一个金属相VO2（A）是其相转变过程的中间相。
VO2（B）型是一种亚稳态氧化物，经过对VO2（B）型薄膜进行退火处理，能够使其转变成VO2（R）型的稳定结构，但是VO2（A）和VO2（B）型态的相转变是不可逆的。
对VO2而言，最稳定的结构是VO2（R），其稳定的范围是68℃到1540℃之间。
如图X.2-1所示，高温形态的四方金红石结构具有高对称性，V4+离子占据中心位置，而 O2-则包围 V4+离子组成一个八面体，此八面体的四重轴是沿着(110)或(011)排列。
二氧化钒的相变
生长在c轴蓝宝石衬底上VO2薄膜的相变特性在许多显示绝缘体（半导体）—金属相变的金属氧化物中，VO2备受关注。
作为典型的过渡型金属氧化物，VO2薄膜展现出良好的从绝缘体到金属的相变。
当温度高于340K时，VO2具有四角金红石相（P42/mnm）的金属，当温度低于340K时，VO2具有单斜晶体结构(P21/C)的绝缘体。
在绝缘到金属的相变过程中，VO2的光学和电学性质发生巨大的变化，其中电阻值有几个数量级的变化，并且在红外区域的透射率发生巨大改变。
这些性质，使得VO2有望应用于各类传感器，转换开关，光存储器件和红外探测器中。
VO2的低温单斜晶相源于高温四角金红石相的钒原子沿着c轴配对并有微小的扭曲。
这种相变过程中的钒原子重新排布，导致单斜晶相中的3d不成键（t2g）轨道伸展并交叠，最终导致在四角金红石相中窄的导带。
研究背景材料的结构相变以与相变后所产生的一系列性质的改变一直是物理学家和材料学家所关注的热点问题；VO2结构相变研究最早始于上世纪六七十年代，1959年美国科学家F．J．Morin[1]首次发现VO2在温度达到340K时发生相变。
两种关于VO2相变的争论1．Peierls等人提出Peierls模型机制[2 3]:Peierls模型认为晶体结构发生变化导致原子周期势发生变化，而势场的变化又导致能带的结构发生变化，因而发生金属-绝缘相变。
所以当VO2的温度超过相变临界温度点时，晶体晶格将发生崎变，最终导致晶体的金属-绝缘相变。
2．MottN．F．等人提出Mott-Hubbard模型[4 5]:Mott-Hubbard机制则视相变材料为一个强电子关联体系，认为晶体的相变是由于材料内部电子浓度变化导致的，也可以认为是电子之间强相互作用造成的。
当晶体中电子浓度低于某一临界值时，晶体处于半导体态或绝缘态，导电性较差;当晶体中电子浓度高于临界值时，晶体则转变为金属相，从而具有金属的特性。
研究现状目前VO2薄膜制备方法有溅射法、激光脉冲沉积法、化学气相沉积法等。
二氧化硅 氧化钌超级
收稿日期：２００３－０８－２５基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目（９９１０３００５０１）・作者简介：霍玉秋（１９７０－），女，黑龙江克东人，东北大学博士研究生，讲师；翟玉春（１９４６－），男，辽宁鞍山人，东北大学教授，博士生导师・第２５卷第３期２００４年３月东北大学学报（自然科学版）Journal of Northeastern University （Natural Science ）Vol ．２５，No ．３Mar ．２００４文章编号：１００５－３０２６（２００４）０３－０２６１－０４二氧化硅／氧化钌超级电容器电极材料的制备霍玉秋１，闫玉涛２，翟玉春１，李明东１（１．东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳 １１０００４；２．东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳 １１０００４）摘 要：以水合三氯化钌和正硅酸乙酯为原料，以钛片为基底，采用热分解氧化法制备了二氧化硅／氧化钌复合膜电极，利用扫描电子显微镜观察电极表面形貌，利用循环伏安曲线法研究电极的电容性能・考察了原料配比，烧结温度，烧结时间等制备条件对电极电容性能的影响・结果发现，二氧化硅／氧化钌复合膜电极具有优良的电容性能，当水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量的比为５∶２，烧结温度为３５０℃，烧结时间为１h 时单电极的比容量最高可达１３７mF ・cm －２，比文献值提高了近３个数量级・关 键 词：二氧化硅；氧化钌；复合材料；膜电极；电容性能；热分解氧化法中图分类号：T M ２４２ 文献标识码：A超级电容器是近年出现的一种新型储能器件・通常采用高比表面积的碳材料或贵金属氧化物作电极，通过法拉第反应而产生“准电容”，容量为传统电容器的２０～２００倍［１，２］・氧化钌具有１５０～２６０μF ・cm －２的高电容［３］・在相同的电极面积下，氧化钌等贵金属氧化物的比电容是碳材料的１０倍以上，并且氧化钌具有１０－５Ω・cm －１数量级的低电阻率［４］，因此采用氧化钌作为超级电容器的电极材料是合适的・但由于氧化钌的价格昂贵，限制了它的应用・因此研究者一直在寻找能够在保持材料特性的前提下降低材料成本的方法・其中，制备二元系金属氧化物电极是行之有效的方法［５，６］・Takasu 等人采用反复浸渍法在钛基体上制备了RuO ２－MoO ３复合材料电极［７］・另外，他们还成功地制备了RuO ２－VO x 的混合物［８］，RuO ２－TiO ２的混合物［９］，RuO ２－SnO ２的混合物［１０］・但RuO ２－SiO ２复合材料电极的制备还无人涉及，因此，这方面的工作具有重要的意义・１ 实验部分１．１ 钛电极基体的预处理将钛片用粗砂纸打磨，以清除表面杂质，然后分别用去离子水，洗涤剂清洗，去油后将钛片放入８０℃，６mol ・L －１的盐酸溶液中，加热１h 后用水洗去表面的盐酸，放入９０℃烘箱中空气干燥１２h ・１．２ 二氧化硅溶胶的制备取无水乙醇和去离子水体积比为１∶１的溶液少量倒入小烧杯中，放在磁力加热搅拌器上搅拌，加入少量１％稀盐酸，随后逐滴加入适量TEOS ・室温下搅拌约２０min ，陈化２h ，即得二氧化硅溶胶・１．３ 二氧化硅／氧化钌复合膜电极的制备将一定浓度的三氯化钌溶液与二氧化硅溶胶按一定比例混合，充分搅拌・采用提拉法将其涂到已经处理好的钛片上，将涂好的钛片放入瓷舟内于４５℃热板上加热约５min ，至表面平滑、基本干燥，拿下来放到空气中冷却至室温之后重复涂一次・再放回热板上并将热板逐渐缓慢升温至２００℃，再转移到已升温到２００℃的电阻炉中，继续缓慢升温到烧结温度一定时间后取出试样，室温下冷却・１．４ 电化学性能测试及电极表面形貌观察采用SHIMADZU SSX －５５０型扫描电镜观察复合膜电极的表面形貌・电化学测量采用美国PARC ２７３型电化学综合测试仪，采用三电极体系：饱和甘汞电极作参比电极，铂电极作辅助电极，复合膜电极作工作电极（电极面积为０．２８２６cm ２）・电解质溶液为０．１０mol ・L－１H ２SO ４溶液・２ 结果与讨论２．１ 水合三氯化钌与正硅酸乙酯的配比对复合膜电极电容性能的影响固定电极制备的最终烧结温度为４００℃，烧结时间为３０min ・分别取水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为５∶０，５∶１，５∶２，５∶３和５∶４，进行循环伏安检测分析・其循环伏安曲线如图１所示（饱和甘汞电极为参比电极，扫描速度为２０mV ・s－１）・由循环伏安曲线计算电极材料的电容量计算公式为C ＝I ／s ［４］，其中I 为电流，s 为扫速・在循环伏安曲线上选择２５０mV 处取电流值，计算复合膜电极的电容及单电极比容量值，并将比例与比容量之间的关系绘制成图２・图１ 不同配比的复合膜电极循环伏安曲线Fig ．１ Cyclic voltammograms of composite filmelectrodes with different x （Ru ）∶x （Si ）in ０．１０mol ・l －１H ２SO４solution图２ 比容量与原料配比之间的关系Fig ．２ Relationship between specific capacity andx （Ru ）∶x （Si ）由图２可知，对于复合膜电极的单电极比容量而言，水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比有一最佳值，即水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为５∶２时复合膜电极的电容性能最好・当比值为５∶１和５∶４时，复合膜电极的单电极比容量反而比单纯氧化钌电极（５∶０）的单电极比容量低・２．２ 烧结温度对复合膜电极电容性能的影响其他实验条件固定（即水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为５∶２，烧结时间为３０min ），选择３５０，４００，５００，６００，７００℃，５个温度作为最后烧结温度制备复合膜电极・不同烧结温度的复合膜电极的循环伏安叠加曲线见图３（饱和甘汞电极为参比电极，扫描速度为２０mV ・s －１）・在循环伏安曲线上选择２５０mV 处取电流值，计算得到复合膜电极的电容值及比容量值，并将比容量与温度之间的关系绘制成图４・由图４可知，随着烧结温度的升高，复合膜电极的比容量直线下降・以最低温度３５０℃时的比容量最高・这与烧结温度影响氧化钌的晶型及二氧化硅的粒度有关・温度过高，可引起二氧化硅粒子长大，从而使电极的比表面积降低，比容量降低・温度低于３５０℃，三氯化钌又不易分解・图３ 不同烧结温度的复合膜电极循环伏安曲线Fig ．３ Cyclic voltam mograms of compositefilmelectrodes of different sinterin g temperature图４ 比容量与烧结温度之间的关系Fig ．４ R elatio nship between specific capacity a ndsinterin g temperature２．３ 烧结时间对复合膜电极电容性能的影响在其他实验条件不变的情况下，即水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为５∶２，烧结温度为最佳值３５０℃，选择０．５～７h 间的６个不同的烧结时间制备复合膜电极・其循环伏安曲线见图５（饱和甘汞电极为参比电极，扫描速度为２０mV ・s －１）・由计算所得复合膜电极的比容量值与烧结时间之间的关系如图６所示・由图可知，烧结时间为１h 时复合膜电极的比容量最高，达１３７mF ・cm －２・时间过短或过长都使比容量值下降・这是由于时间过短２６２东北大学学报（自然科学版） 第２５卷三氯化钌分解不完全，活性物质少，比容量低・时间过长，二氧化硅粒子相互聚集而长大，比表面积降低而使比容量降低・图５ 不同烧结时间的复合膜电极的循环伏安检测曲线Fig ．５ Cyclic voltammograms of composite filmelectrodeof different sintering time图６ 比容量与烧结时间之间的关系Fig ．６ R elatio nship between specific capacity a ndsinterin g time２．４ 复合膜电极的表面形貌水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为５∶２，烧结温度３５０℃，烧结时间３０min ，放大２０００倍时复合膜电极的SEM 照片见图７・能谱分析表明电极主要由硅、钌、氧元素构成，还有少量的碳和钛・由图可知，Si 与Ru 的氧化物分布均匀，且白色二氧化硅非常细小，为１００nm左右，这样氧化钌的图７ 复合膜电极的扫描电镜图Fig ．７ SEM micrograph of composite film electro de比表面积大大增加・由于RuO ２的准电容来自电极表面及体相的氧化还原反应，比容量与比表面积成正比，因此，加入二氧化硅后复合膜电极的比容量大大提高・３ 结 论（１）水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比，烧结温度，烧结时间都对复合膜电极的比容量有很大影响・当制备条件为水合三氯化钌与正硅酸乙酯的物质的量比为５∶２，烧结温度为３５０℃，烧结时间为１h 时比容量最佳，达到１３７mF ・cm－２，比文献值提高了近３个数量级・（２）加入二氧化硅之所以提高了单电极比容量是由于该法制得的二氧化硅粒度小，使得氧化钌的比表面积大大增加，而单电极比容量又与比表面积成正比・参考文献：［１］Conway B E ．T ransit ion from “Supercapacitor ”to “Ba tt ery ”be havior in electroc hemical e nergy storage ［J ］．J Electrochem Soc ，１９９１，１３８（６）：１５３９－１５４８．［２］隋升，顾军，李光强，等・燃料电池电极用多孔碳板［J ］・东北大学学报（自然科学版），２０００，２１（２）：２０７－２０９・（Sui S ，Gu J ，Li G Q ，et al ．Porous carbon plate for fuel cell electrodes ［J ］．Jour nal of Northeastern U niversi ty （NaturalScien ce ），２０００，２１（２）：２０７－２０９．）［３］Raistrick I D ．E lectrochem istry of semiconductors and electronics p rocesses and dev ices ［M ］．Park Ridge ：NoyesPublication ，１９９２．２９７－２９８．［４］Z heng J P ，Cyg an P J ，Jow T R ．Hydrous ruthenium oxide as an electrode mat erial for electroc hemical capacitors ［J ］．J Electrochem Soc ，１９９５，１４２（８）：２６９９－２７０３．［５］E ricF ，Rexer D B ，Wilbur J L ，et al ．Production of metal oxide thin films by pulsed arc molecular beam d eposit ion ［J ］．Review of Scie nt i f ic I nstr u ments ，２０００，７１（５）：２１２５－２１３０．［６］Hu C C ，Huang Y H ，E ffects of preparation varia bles on the deposition rate and physico －c hemical propert ies of hydrous rutheniumoxideforelectrochemicalcapacitors ［J ］．Electrochim ica Acta ，２００１，（４６）：３４３１－３４４４．［７］Ta kasu Y ，Murak ami Y ，Nakamura T ．Dip －coated Ru －Mo －O ／Ti elec trodes for elect roch emical capacitors ［J ］．Chemistry Let ters ，１９９８，（１２）：１２１５－１２１６．［８］Tak asu Y ，Nakamura T ，Ohkawauchi H ，et al ．Dip －coate d Ru －V oxide electrod es for electrochemical cap acitors ［J ］．J Electrochem Soc ，１９９７，１４４（８）：２６０１－２６０６．［９］Kameyama K ，Shohji S ，Onou e S ，et al ．T he a pplica tion of sca nning auger microscopy to the surface c harac terization of RuO ２－T iO ２coated ti tanium electrodes ［J ］．J Electrochem Soc ，１９９３，１４０（４）：９６６－９６９．［１０］L to M ，Murak ami Y ，Kaji H ，et al ．Surface ch aract erization of RuO ２－SnO ２coa ted tit anium electrodes ［J ］．J Electrochem Soc ，１９９６，１４３（１）：３２－３６．３６２第３期 霍玉秋等：二氧化硅／氧化钌超级电容器电极材料的制备Preparation of Silica －Ruthenium Dioxide as Composite Material for Film Electrode of SupercapacitorHUO Y u －qiu １，Y AN Y u －tao ２，ZHAI Yu －chun １，L I Ming －dong１（１．School of Materials &Metallurgy ，Northeastern University ，Shenyang １１０００４，China ；２．School of Mechanical Engineering &Automation ，Northeastern University ，Shenyang １１０００４，China ．Correspondent ：HUO Yu －qiu ，E －mail ：huoyuqiu ＠eyou ．com ）Ab s tra ct ：The composite material silica －ruthenium dioxide was prepared through thermolytic oxidation for the film electrodes of supercapacitor ，taking RuCl ３・x H ２O mixed with TEOS as raw material and Ti slide as substrate ．The surface morphology of film electrode was observed by SEM ，and the capacitive property of that was studied through cyclic voltammetry to analyze how the mixing ratio of TEOS to RuCl ３・x H ２O and the sintering temperature ／time affect the capacitive property ．The results show that the film electrode made from the composite material has excellent capacitive property ，e ．g ．，the specific capacitance can beup to １３７mF ／cm ２if the mixing ratio is ５∶２with sintering temperature ／time at ３５０℃and for １h ，which means near three orders of magnitude are available to increase greatly the specific capacitance in comparison with the results as shown in reference ．Ke y w o rd s ：silica ；ruthenium dioxide ；composite material ；film electrode ；capacitive property ；thermolytic（Received August ２５，２００３）待发表文章摘要预报文件系统索引结构的研究李晶皎，何敬禹，郑牧野，王爱侠在分析常用文件系统索引结构的基础上，提出了一个文件系统动态存储和索引结构，层次散列索引模型（Hierarchical Hashing Index Model ，HIM ）・HI M 应用动态散列技术，以线性散列表（Linear Hashing Table ）为基本结构，并辅以专门设计的字符序列映射函数，整体上优化了H IM 结构，提高了文件系统的索引性能・HIM 是文件系统索引结构的抽象模型，可应用于任何文件系统的设计中・一种基于链路稳定性的自组网成簇算法赵春晓，王光兴，刘 彪简要介绍了多跳无线自组织网络的特征并和相关的工作进行了比较，鉴于自组织网络的高度动态拓扑且缺少固定架构，提出了一个新的时间度定义・通过分析两个相邻节点的链路关系，建立了基于两个相邻节点的链路寿命的网络模型・为了产生每个链路的代价以获得更稳定的链路，调查了预测技术的使用・提出了一个基于运动预测机制的分布式成簇策略・仿真结果表明，该方法的稳定性优于最高连通度成簇算法HD 和最低标识符成簇算法LCC ・一种新型卫星网管协议的Petri 网描述与验证赵建立，闻英友，王 闯，王光兴介绍了一种新型的卫星网网络管理协议，阐述了此协议服务联系和服务原语的设计，利用Petri 网描述协议的方法，对此网络管理协议模型进行了形式化描述，并利用Petri 网的可达性分析、S －不变量分析和T －不变量分析对此协议进行了逻辑正确性验证，确保了此协议具有有界性、活性、守恒性、完整性、前进性等性质，从而减少了协议设计中潜在的错误，为此协议的实现打下了良好的基础・４６２东北大学学报（自然科学版） 第２５卷。
二氧化钌薄膜热处理过程中的物相变化
二氧化钌薄膜热处理过程中的物相变化2016-07-06 12:33来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部不同温度处理的薄膜的XRD谱随着高端电子设备朝小型化、轻量化、高可靠性、长寿命的方向发展，电子器件中的电容器必须向容量大、体积小、功率密度高和脉冲放电性能优异的方向发展。
传统的电容器已经不能满足高端电子设备的要求。
超级电容器的比功率是蓄电池的数十倍，比能量是物理电容器的数百倍，而且具有充放电效率高、能够持续放出大电流、不需要维护保养和寿命长等性能，正在被广泛地应用于航空航天、电子信息技术、绿色环保能源工业、电动汽车等领域。
研究超级电容器有着极其广阔的应用前景和重要的战略意义。
根据电荷的储存机理，超级电容器可分为双电层电容器和法拉第准(赝)电容器。
双电层电容器使用碳素材料作为电极，比电容为200 F/g左右。
法拉第准电容器使用RuO2、MnO2、NiO和SnO2等金属氧化物作为电极，通过法拉第氧化还原反应完成充放电。
其中，RuO2·H2O电极材料的比电容高达700F/g，比电容大约是碳电极的3倍，比功率比碳电极的大1个数量级；在硫酸电解液中性能稳定，充放电性能优异且循环寿命长。
因此，RuO2·H2O是目前应用于高比能超级电容器性能最优异的电极材料，已显示出非常重要的地位和广阔的应用前景。
RuO2·H2O电极的性能是直接影响超级电容器整体性能的主要因素。
RuO2·H2O占超级电容器制造成本的50%以上。
不同形态结构的RuO2·H2O的比电容相差很大。
对于微孔结构的RuO2·H2O电极材料，电极深层的活性物质能参与快速可逆的氧化还原反应；与晶体结构的RuO2相比，质子更容易在无定形的RuO2·H2O 中自由扩散。
因此，无定形的RuO2·H2O电极材料具有更大的比电容。
目前，制备氧化钌电极材料的方法有电沉积法、涂敷热分解法、Sol-gel法和CVD法等。
氧化钌水合物
氧化钌水合物氧化钌水合物（ruthenium oxide hydrates）是由氧化钌和水分子组成的化合物。
氧化钌是一种无机化合物，其化学式为RuO2。
氧化钌水合物是氧化钌在水中的水合物形式，其中水分子与氧化钌之间存在着化学键。
氧化钌是一种黑色固体，具有块状、粉末状或颗粒状的形态。
它是一种非常重要的过渡金属氧化物，具有许多重要的应用。
氧化钌的存在形式不仅限于无水形式，它可以与水分子发生反应形成水合物。
氧化钌水合物的生成可以通过加热氧化钌与水的反应得到。
在高温条件下，氧化钌可以与水反应生成氧化钌水合物。
在这个过程中，氧化钌的晶格结构发生了变化，水分子被包围在氧化钌晶格中形成水合物。
不同的加热温度和时间可以得到不同的氧化钌水合物。
氧化钌水合物具有许多特殊的性质和应用。
首先，它具有良好的电化学性能，是一种优良的电化学催化剂。
氧化钌水合物可以用作燃料电池中的氧还原反应催化剂、电化学超级电容器的电极材料等。
其次，氧化钌水合物具有优良的光电性能。
它可以用作太阳能电池的光电极材料，通过光吸收和电子传导来转化太阳能为电能。
此外，氧化钌水合物还具有较强的抗腐蚀性能和热稳定性，可以应用于电化学加工、防腐蚀涂层等领域。
除了上述应用之外，氧化钌水合物还具有一些其他的特殊性质。
例如，它具有磁性，可以用于磁性材料的制备。
此外，氧化钌水合物还具有光催化性能，可以用于光催化降解有机污染物。
此外，氧化钌水合物还具有储氢和电化学分析等方面的应用。
总之，氧化钌水合物是一种具有重要应用价值的过渡金属氧化物化合物。
它具有良好的电化学性能、光电性能和其他特殊性质，可以应用于催化剂、光电器件、磁性材料、光催化等领域。
随着科学技术的发展和应用需求的增加，对氧化钌水合物的研究和应用将会得到进一步的推动和发展。
氧化钌氢气还原
氧化钌氢气还原一、氧化钌的概述氧化钌是一种无机化合物，化学式为RuO2。
它是一种黑色或暗褐色的粉末，有良好的导电性和热稳定性。
氧化钌在许多领域中都有广泛的应用，如电子器件、催化剂、陶瓷等。
二、氢气还原反应氢气还原反应是指将物质与氢气反应生成新的物质的过程。
在这个过程中，氢分子被加入到反应物中，使其发生还原。
这种反应通常需要高温和高压条件下进行。
三、氧化钌的还原1. 氢还原法将氧化钌与氢气在高温下反应，可以得到金属钌：RuO2 + H2 → Ru + H2O2. 焙烧还原法将RuO2在高温下焙烧可以得到金属钌：RuO2 → Ru + O2↑3. 其他方法除了上述两种方法外，还可以利用电解法、光解法等方法将RuO2还原为金属钌。
四、影响因素1. 温度：温度越高，则反应速率越快。
2. 压力：压力越高，则反应速率越快。
3. 反应物浓度：反应物浓度越高，则反应速率越快。
4. 催化剂：催化剂可以加速反应速率。
五、应用领域1. 催化剂金属钌是一种重要的催化剂，可以用于制备氨、合成甲醇、加氢裂解等反应。
2. 电子器件氧化钌在电子器件中有广泛的应用，如超级电容器、液晶显示器等。
3. 陶瓷氧化钌可以用于制备陶瓷材料，如高温陶瓷、金属玻璃等。
六、结论氧化钌是一种重要的无机化合物，在许多领域中都有广泛的应用。
通过氢还原法和焙烧还原法等方法可以将其还原为金属钌。
影响其还原速率的因素包括温度、压力、反应物浓度和催化剂等。
金属钌作为一种重要的催化剂，在制备氨、合成甲醇等反应中有着重要的作用。
此外，氧化钌还可以用于制备电子器件和陶瓷材料等。
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二氧化钌薄膜热处理过程中的物相变化
2016-07-06 12:33来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
不同温度处理的薄膜的XRD谱
随着高端电子设备朝小型化、轻量化、高可靠性、长寿命的方向发展，电子器件中的电容器必须向容量大、体积小、功率密度高和脉冲放电性能优异的方向发展。
传统的电容器已经不能满足高端电子设备的要求。
超级电容器的比功率是蓄电池的数十倍，比能量是物理电容器的数百倍，而且具有充放电效率高、能够持续放出大电流、不需要维护保养和寿命长等性能，正在被广泛地应用于航空航天、电子信息技术、绿色环保能源工业、电动汽车等领域。
研究超级电容器有着极其广阔的应用前景和重要的战略意义。
根据电荷的储存机理，超级电容器可分为双电层电容器和法拉第准(赝)电容器。
双电层电容器使用碳素材料作为电极，比电容为200 F/g左右。
法拉第准电容器使用RuO2、MnO2、NiO和SnO2等金属氧化物作为电极，通过法拉第氧化还原反应完成充放电。
其中，RuO2·H2O电极材料的比电容高达700F/g，比电容大约是碳电极的3倍，比功率比碳电极的大1个数量级；在硫酸电解液中性能稳定，充放电性能优异且循环寿命长。
因此，RuO2·H2O是目前应用于高比能超级电容器性能最优异的电极材料，已显示出非常重要的地位和广阔的应用前景。
RuO2·H2O电极的性能是直接影响超级电容器整体性能的主要因素。
RuO2·H2O占超级电容器制造成本的50%以上。
不同形态结构的RuO2·H2O的比电容相差很大。
对于微孔结构的RuO2·H2O电极材料，电极深层的活性物质能参与快速可逆的氧化还原反应；与晶体结构的RuO2相比，质子更容易在无定形的RuO2·H2O 中自由扩散。
因此，无定形的RuO2·H2O电极材料具有更大的比电容。
目前，制备氧化钌电极材料的方法有电沉积法、涂敷热分解法、Sol-gel法和CVD法等。
采用涂敷热分解等高温方法制备RuO2电极材料，薄膜的结合水含量较低，影响电容特性，且RuO2的用量较大；用Sol-gel法制备RuO2，薄膜附着力较差；CVD法制备RuO2薄膜，反应时间长，不宜批量生产；电沉积法设备要求低，采用RuCl3·3H2O水溶液为电沉积液制备RuO2·H2O薄膜，成本相对较低。
电沉积法制备的初生薄膜成分为RuCl3·cH2O，附着力较差，比电容较小，需要经过热处理将其转变为RuO2·nH2O，以便改善附着力和提高比电容。
但是，若处理温度过高会使RuO2·nH2O晶化，导致比电容快速降低。
中南大学刘泓等人以RuCl3 ·3H2O水溶液为电沉积液，采用直流−示差脉冲组合电沉积技术，通过后续热处理工艺制备超级电容器用钽基RuO2·nH2O
薄膜电极材料。
用X射线衍射仪 (XRD)、红外光谱仪(FTIR)、差热分析仪(DTA)、扫描电镜(SEM)和电化学分析仪，研究前驱体RuCl3·cH2O转化为RuO2·nH2O的物相演变行为以及微观组织形貌和循环伏安性能。
结果表明：随着热处理温度升高，前驱体RuCl3·cH2O通过4步反应转变成RuO2·nH2O薄膜；该薄膜经历从无定形向晶体结构的转变。
经300℃热处理的RuO2·nH2O薄膜电极材料的单位面积质量为2.5 mg/cm2，比电容达到512 F/g；当电压扫描速率从5 mV/s增加到250 mV/s时，其比电容下降34%。