TiO2薄膜制备与性能(DOC)

目录

中文摘要 (1)

英文摘要 (2)

1 绪论 (3)

2 国内外研究文献综述 (5)

2.1 TiO

的结构 (5)

2

薄膜亲水性原理 (5)

2.2 TiO

2

薄膜结构及其性能的影响 (6)

2.3 相关参数对TiO

2

2.3.1 晶粒尺寸 (6)

2.3.2 结晶度和晶格缺陷 (6)

2.3.3表面积和表面预处理 (6)

2.3.4 表面羟基 (6)

2.3.5 薄膜厚度 (7)

3 实验部分 (8)

3.1 实验系统介绍 (8)

3.2 衬底的选择及清洗 (9)

薄膜的实验步骤 (9)

3.3 直流磁控溅射制备TiO

2

3.4 亲水性测试 (9)

4 实验结果及参数讨论 (10)

薄膜的工作曲线的影响 (10)

4.1 氧流量对TiO

2

4.2 溅射功率的选择及其对薄膜的性能影响 (11)

4.3 总气压对薄膜性能的影响 (13)

4.4 氧氩比对薄膜亲水性的影响 (13)

4.5 基片温度对薄膜性能的影响 (14)

4.6 热处理对薄膜性能的影响 (16)

结论 (18)

谢辞 (19)

参考文献 (20)

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

薄膜最佳性气的相对分压，溅射功率，基片温度和后续热处理对TiO

2

薄膜是无定型且能的影响。实验结果显示：在较低温度下沉积的TiO

2

亲水性较差。相反，在4000C到5000C范围内退火过后，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 DC

Reactive Magnetron Sputtering

Abstract: In this paper TiO2films are deposited on the glass substrates by DC reactive magnetron sputtering at different conditions. Super hydrop-

hilicity of TiO2 thin film has been examined.The influences of the

deposition such as the total sputtering gas pressure，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 is 2.0 Pa,oxygen

argon ratio is 2:30,substrate temperature is 4000C and annealing t

emperature in air atmosphere is 4500C.

keywords:reactive magnetron sputtering;TiO2 thin film;super hydrophilicity;

annealing temperature

1 绪论

TiO

2

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。

例如，作为氧传感器用于湿敏、压敏元件及汽车尾气传感器；作为光催化剂,可实现有机物的光催化降解,具有杀菌、消毒和处理污水等作用；利用其亲水亲油

的“双亲”特性,可使镀有TiO

2

薄膜的物体具有自清洁作用，从而达到防污、防

雾、易洗、易干等目的；而金红石相TiO

2

薄膜是很好的人工心脏瓣膜材料。对

于TiO

2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。在TiO

2

性能方面的

研究，尤以对其光催化性能的研究最为丰富。由于TiO

2

具有高活性、安全无毒、

化学性质稳定(耐化学及光腐蚀)、难溶、成本低等优点，因此被公认为是环境治

理领域中最具开发前途的环保型光催化材料。TiO

2

作为光催化剂最初采用的是悬浮相，但这种悬浮相的光催化剂存在难搅拌、易失活、易团聚和回收困难等缺点，严重地限制了它的应用和发展。制备负载型光催化剂是解决这一问题的有效办

法,TiO

2

的薄膜型光催化剂已引起人们的极大兴趣。

1972年Fujishima和Honda在Nature杂志发表了关于在TiO

2

电极上光分解水

的论文，标志光催化自清洁时代的开始[1]。自此，来自化学、物理、材料等领域的学者围绕光化学的转化和合成，探索多项光催化的开发以提高光催化的效率，做了大量的研究工作，光催化降解污染物一时成为最活跃的研究领域。为了扩大

应用范围，人们将TiO

2

以薄膜的形式负载于玻璃上，希望利用这种光触媒使玻璃具有自清洁的功能，但发现仅仅是光催化作用还不能满足玻璃自清洁的要求。

1997年科学家首次发现Ti0

2

薄膜的一种新特性一光诱导超亲水性并对其机理进

行了解释，当Ti0

2

薄膜表面被光照射后润湿性得到很大改善，使其具有超亲水性，这种亲水表面使有机污物和无机污物不易牢固附着在玻璃上，在雨水的冲刷下容

易去除。有了光诱导亲水性的保障，更借助TiO

2的光催化氧化性使涂覆有Ti0

2

薄

膜的玻璃具有良好的自洁性能。自沽玻璃是新型的生态建材，可广泛用于玻璃幕

墙、玻璃屋顶、汽车玻璃等行业中，具有重要的社会效益和环境效益。

由此科学工作者开发研制了许多制备TiO

2

薄膜的方法, 例如溶胶—凝胶法、喷涂法、化学气相沉积法和磁控溅射法等。但是溶胶—凝胶法和喷涂法所得到的

TiO

2

薄膜的膜厚均匀度难于控制；化学气相沉积法所得到的薄膜与基体的附着力又较差，容易脱落；而磁控溅射法克服前面方法的缺点, 能够获得附着力好、膜

厚均一的TiO

2

薄膜。本文目的主要是应用DC(直流)磁控溅射设备在玻璃基底上制