基本信息
- 项目名称：
- 二氧化钛薄膜的制备及退火对其形貌、结构的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 该作品为本人负责的大学生创新性实验计划项目《利用磁控溅射技术生长纳米二氧化钛薄膜及其光学特性研究》的研究成果之一，现为中文核心期刊录用。该作品的研究工作为今后进一步研究二氧化钛薄膜的光学性能以及实际应用奠定了很好的基础，具有科学性和重要的现实意义。
- 详细介绍：
- 该作品为项目《利用磁控溅射技术生长纳米二氧化钛薄膜及其光学特性研究》的重要研究成果之一。本项目针对磁控溅射生长纳米二氧化钛薄膜的工艺参数（溅射功率、压强、氩氧比例、沉积温度等）做了大量研究工作，而该作品则是在此基础上进一步研究了退火对薄膜的形貌和结构的影响。作品采用了一种很少被报道的二氧化钛薄膜的制备方式制得薄膜（即先利用磁控溅射技术制得钛膜，然后在大气中退火将其氧化为二氧化钛薄膜），并探讨了退火温度对薄膜的微观形貌以及结构的影响规律，得到了相关结论。该作品为二氧化钛薄膜在光催化、光电转换领域的应用奠定了坚实的基础。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：报道一种TiO2薄膜的制备方式，并研究退火温度对其结构、形貌的影响。 基本思路：（1）采用一种新的方式制备出TiO2薄膜；（2）用扫描电子显微镜（SEM）表征薄膜的表面形貌；（3）用X射线衍射（XRD）对样品进行表征，分析该薄膜的结构，探讨退火温度对薄膜的结构的影响规律；（4）用Raman光谱表征二氧化钛薄膜的结构（晶型转变），进一步佐证XRD的分析结论；（5）测试薄膜的透过率。
科学性、先进性及独特之处
- 该作品从二氧化钛薄膜的制备工艺出发，研究退火对薄膜的结构及形貌的影响，研究方法合理，并采用了多种先进的测试手段对样品加以分析，具有先进性。独特之处在于采用将钛膜后氧化制备二氧化钛薄膜，并进一步分析退火对薄膜的影响，这类工作很少见文献报道，此外该作品中还采用了Raman光谱来表征薄膜的结构和晶型转变，具有新意。
应用价值和现实意义
- （1）该作品利用磁控溅射法制备TiO2薄膜，通过对其工艺参数以及退火因素对薄膜的影响情况的研究，对薄膜的制备条件进行了优化，最终得到高质量的TiO2薄膜； （2）该作品的实验数据详实可靠，有重要的参考价值（已用于中文核心期刊），在前人的工作基础上有较大的创新和提高，对于进一步研究开发薄膜在其他方面的应用，如光催化，光电转换等方面奠定了基础。
学术论文摘要
- 利用磁控溅射技术，在熔融石英基片上沉积Ti膜，分别在400oC，600oC，700oC，900oC的大气中退火获得TiO2薄膜。采用这种制备方式获得的TiO2薄膜呈现不同的颜色，退火温度为400oC的样品为暗紫红色，600oC时为黑色，而在700oC和900oC时均为黄色。采用X射线衍射，扫描电子显微镜（SEM）以及Raman光谱等手段研究了退火温度对TiO2薄膜的结构和形貌的影响。结果表明：退火温度为400oC时，TiO2薄膜为锐钛矿相，温度升高至600oC时，几乎转变为金红石晶相，但仍存在微量锐钛矿相，温度升高至700oC以上，则完全转变为金红石晶相。说明退火温度的升高有利于薄膜结晶度的提高以及金红石相的形成，且使薄膜透过率降低。由XRD衍射图知退火温度为700oC和900oC时，薄膜的金红石相沿（101）晶面择优取向。
获奖情况
- 该作品为大学生创新性实验计划项目优秀论文，并被中文核心期刊《光谱实验室》录用，将于2011年第5期正式发表。
鉴定结果
- 该作品中的数据真实可靠，作品的全部内容为本人参与并获得的研究成果。
参考文献
- [1]F.M.Meng, F.Lu.[J].Vacuum,2010,85(1):84-88. [2]周明飞，孟凡明，孙兆奇等.[J].人工晶体学报,2008,37(2),411-416. [3]G.Shukla, P.K. Mishra, A.Khare.[J]. Journal of Alloys and Compounds,2010,489(1):246-251. [4]L. Lopez, W.A. Daoud, D. Dutta.[J].Surface & Coatings Technology,2010,205(2):251-257. [5]D. Sarkar, C.K.Ghosh, U.N.Maiti,et al.[J].Physica B,2011,406(8):1429-1435. [6]张文杰，朱圣龙，李瑛，王福会，何红波.[J].功能材料,2008,39(11),1785-1787. [7] S.S.Pradhan,S.Sahoo,S.K.Pradhan. [J]. Thin Solid Films,2010,518(23):6904-6908.
同类课题研究水平概述
- 有很多种方法被用来制备TiO2薄膜，如化学气相沉积、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积、喷雾热分解法等。而磁控溅射法因具有成膜条件和厚度易于控制，成膜牢固，重复性好，在较低温度下可制备出高质量的薄膜等优点而被广泛应用于TiO2薄膜的制备中。不少研究者采用磁控溅射法制备TiO2薄膜，并针对溅射功率、沉积温度、沉积时间、氧分压、溅射压强等工艺参数以及退火处理等因素对薄膜的影响做了大量工作。基于磁控溅射法，采用不同的掺杂方式对TiO2薄膜进行掺杂，研究掺杂对TiO2薄膜结构及性能的影响，这已成为当前研究的热点之一。但是当前研究者在TiO2薄膜的制备方式以及退火氛围对薄膜的结构及性能的影响方面的研究工作还很欠缺，这正是本项目的研究内容。本项目采用了两种退火方式（即大气退火和封管氩气退火）和三种TiO2薄膜的制备方式（即用TiO2靶原位生长TiO2薄膜；用Ti靶在氩氧氛围中溅射得TiO2薄膜；用Ti靶先沉积Ti膜，再在大气中退火，后氧化得TiO2薄膜）制备TiO2薄膜，该作品正是这部分的研究成果之一。
