二氧化钛薄膜的研究进展(2-24)
二氧化钛薄膜的研究进展
引言
TiO2是一种性能稳定的半导体材料，具有氧化活性高，对人体无毒害、成本低和无污染等特点，在许多领域有广泛的用途。TiO2薄膜具有良好的化学稳定性、电学性能、优良的光催化特性和亲水性，使其在污水处理、空气净化、电子材料、光学材料、生物材料和金属表面防护等方面呈现出巨大应用潜力。目前，TiO2薄膜的制备方法有很多，大体可以分为两大类：物理法和化学法。物理法主要是利用高温产生的物质蒸发或电子、离子、光子等高能粒子的能量所造成的靶物质溅射等方法，在衬底上形成所需要的薄膜；化学法是利用化学反应在基片上形成薄膜的方法。[1]
制备方法
1 溶胶-凝胶法
溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水和络合剂，经搅拌和陈化后形成溶胶，然后利用浸渍-提拉法、旋转涂层或喷涂等方法涂在基片表面，经过焙烧后形成薄膜。常用的钛醇盐主要有：钛酸乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸丁酯、钛酸四丁酯、四氯化钛和三氯化钛等等。
姚敬华等[2]人以钛白粉厂价格低廉的偏钛酸为原料,采用溶胶-凝胶法,结合微乳化技术和共沸蒸馏的工艺路线,制备了纳米锐钛矿型TiO2粉体。用电镜(TEM)及X射线衍射(XRD)技术进行了表征。结果表明:TiO2结晶良好,分布均匀,无团聚现象。将一定量偏钛酸和NaOH按一定量比混合,再按一定固液比用水稀释,搅拌均匀后转入蒸馏瓶中,在沸腾状态下回流2 h后转入烧杯.在搅拌条件下,缓慢加入一定体积的浓硝酸至沉淀溶解,得到浅白色半透明状溶液。在此溶液中加入一定体积的8%DBS溶液和二甲苯,搅拌30 min静置,液体分为3层(3相),取中间相进行蒸馏,至馏出液中不分层为止,过滤,将滤渣在80℃烘 4 h后,放入茂福炉,在650℃下灼烧3 h后得纳米TiO2微粒。
胡伟达等[3]人以酞酸丁酯为前驱体，通过溶胶-凝胶法制备二氧化钛溶胶,采用浸渍的方法在工业金刚石表面涂覆TiO2薄膜.涂覆采用浸渍-提拉法，即将金刚石基体浸泡于TiO2溶胶中1min 后，用1～3mm/s的提拉速度提出，然后在80℃烘箱中干燥5 min，干燥后重复进行浸渍-提拉涂膜。随后在马弗炉中进行热处理，热处理工艺为：在100℃保温30 min，然后升温至550℃，保温1 h 后随炉冷却，得到TiO2薄膜。扫描电镜和能谱分析结果表明,该方法可以在金刚石表面涂覆TiO2薄膜,薄膜将金刚石磨料包裹完全.红外光谱分析显示TiO2与基体金刚石表面形成稳定的Ti-O-C化学键.综合热分析对金刚石抗氧化性能检测结果为:涂膜金刚石较未涂膜金刚石抗氧化温度提高100℃
梁亚红等[4]采用溶胶- 凝胶方法制备纳米TiO2 薄膜, 以钛醇盐为前驱物, 不同的螯合剂、溶剂和催化剂为原料, 通过改变原料配比及实验条件对纳米TiO2薄膜的制备过程的影响进行探讨, 从而取得制备纳米TiO2 薄膜的最佳原料配比、工艺过程和控制条件. 实验过程为：以钛酸四丁酯为前驱物, 无水乙醇为溶剂, 三乙醇胺或乙酰丙酮为螯合剂配置原驱液; 以无水乙醇为溶剂, 以HNO3 为催化剂, 加入一定量的去离子水配置滴加液; 在控制温度的条件下向原驱液中缓慢滴加滴加液并充分搅拌; 制得溶胶在室温下静置24 h 以备镀膜1光催化剂载体为陶瓷拉西环( 已用超声清洗过) , 将制得的溶胶以提拉法镀膜, 提拉速度控制在1~ 5 mm/ s; 在70- 80 ℃下干燥1 h, 之后放入马弗炉中以1. 5℃ / min 升温至450 ℃热处理2 h, 然后使之逐渐冷却至室温.实验结果表明, 当去离子水与钛醇盐摩尔比为2. 5, 乙醇与钛醇盐摩尔比为18, 螯合剂与钛醇盐摩尔比为1. 2, pH 根据需要取3- 5, 水解温度25- 35℃ , 热处理温度450℃ , 能够得到稳定的溶胶镀膜.
姜鹏等[5]用钛酸四丁酯与无水乙醇混合后在强烈搅拌下缓慢滴入77℃下的HNO3水溶液中，保持恒温77℃×1 h 后得到半透明TiO2溶胶，然后用匀胶机向AZ91D 镁合金基片上涂覆，涂覆后置于干燥箱中干燥得到TiO2薄膜。
Zhibin Wu等[6]用钛异丙醇盐加入无水异丙醇中作为前驱体，具体操作：Titanium isopropoxide (0.2 mol,Aldrich Chemical Co.) was dissolved in 1 mol of anhydrous 2-propanol (Aldrich), to which 0.2 mol of di-2-propanolamine (Aldrich) and 0.4 mol of a water and 2-propanol solution (water/2-propanol ) 1:2, v/v) were
added.然后在室温下充分搅拌2h，将获得一个透明的溶液，然后通过溶胶-凝胶法制得二氧化钛薄膜；
Revathi Bacsa等[7]用titanium tetraisopropoxide作为钛源，用thiourea作为硫源，在乙醇中以1:4混合，充分搅拌后，去悬浮液，用300-550℃高温烘烤。Thick fumes of sulfur dioxide and foam were observed during combustion leading to the porous TiO2 powders。将样品在550℃下退火2h，350℃下退火8h，这样既可得到S-TiO2。
潘晓燕等[8]采用沉淀-胶溶-絮凝法,以偏钛酸为反应物,制备出纯锐钛矿型纳米TiO2粉末.具体制备方法如下:H2TiO3加水搅拌,形成均匀体系,移入冰水浴后,加入一定量的H2O2和浓氨水,搅拌,直至出现澄清黄绿色溶液为止,加入表面活性剂,静置数小时后得到黄色凝胶.然后用蒸馏水洗涤至中性,抽滤,再置于烘箱中加热至80～120℃烘干,获得固体颗粒.粉碎后放置在马弗炉中,于650～720℃煅烧3h,便得到白色的纯锐钛型纳米TiO2粉末.朱永法等[9]采用钛酸正丁酯作为前驱体,通过溶胶一凝胶法在不锈钢基片上制备了Tiq纳米薄膜.室温下将0.5mL化学纯的钛酸正丁酯Ti-(OBu)4溶液滴加到15mL无水乙醇中,经15min超声振荡,得到均匀透明的淡黄色溶液,密闭静置5h进行成胶化,得到具有一定粘度的透明溶胶.利用旋转镀膜法,将溶胶涂覆于经稀盐酸清洗的不锈钢基片上,得到湿凝胶薄膜.通过调节溶胶的粘度来控制薄膜层的厚度.前躯体薄膜在经过自然干燥后,再空气氛中经不同温度(350一550℃)热处理(恒温1h),就可形成TiO2薄膜.为了保证薄膜的均匀性,升温速率控制在5℃/min.
Jeosadaque J. Sene等[10]，用Titanium(IV) ethoxide (Gelest) and vanadium (V) triisopropoxide oxide作为前驱体制作溶胶，具体方法是：用不同比例的钒掺入溶有钛乙醇盐的无水乙醇中，然后充分搅拌48h，然后加入硝酸使得H2O/Ti/H+=200/1/0.5.Immediately after adding the alkoxide mixture to the nitric acid solution, the alcohol was boiled off at 80 °C, and the sol was stirred until a stable colloidal suspension was obtained, which typically required about 2 days.This suspension was then dialyzed against ultrapure water top H 3.5 by using a Spectra/Por 3 regenerated cellulose membrane (Spectrum Medical Industries, Inc.) with a molecular weight cutoff of 3500 daltons. These processing steps remove most of the organics from the suspension. Pure TiO2 suspensions were prepared following
the same methods in order to compare these materials to the V-doped catalysts. Thin-film photoelectrodes were dip-coated onto a titanium foil back contact (0.05 or 0.5 mm thick, Goodfellow Cambridge Ltd), after heating the Ti foils at 350 °C, according to a procedure described earlier.The photoelectrodes were heated again at 350 °C after each coating
卢安贤等[11]用体积比为Ti(OC4 H9 ): C2 H5OH :H20 : NH(C2H4OH)2 =21 : 71 : 2 : 6.的到二氧化钛溶胶加入不同量的F3+，用速度为2mm/s提拉法，得到样品，在100℃下干燥5min，然后在退火炉中500℃退火1h得到二氧化钛薄膜。
2 沉积法
2.1 液相沉积法
液相沉积法(LPD)是近年来在湿化学法中发展起来的一种薄膜制备方法，将基片浸入到适当反应液中就会沉积出氧化物或氢氧化物薄膜；成膜过程不需热处理，不需昂贵的设备，操作简单。液相沉积法的基本原理是从过饱和溶液中自发析出晶体，反应液是金属氟化物的水溶液，通过溶液中金属氟代络离子与氟离子消耗剂之间的配位体置换，驱动金属氟化物的水解平衡移动，使金属氧化物沉积在基片上。[1]
刘成龙等[12]配制含氟钛酸铵和硼酸的溶液采用液相沉积法在316L不锈钢表面制备TiO2薄膜。运用电化学方法对不同时间和不同热处理温度下制备的薄膜在Tyrodecs模拟体液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明,随沉积时间的增加,膜层增厚,抗腐蚀性能增强,而且热处理后薄膜的性能更佳，沉积96h,然后经过500℃、1h热处理后得到的TiO2薄膜的性能最佳。李洪义等[13]配制（NH4）2TiF6与H3BO3溶液采用液相沉积的方法制备了纳米TiO2薄膜材料,研究表明，沉积时间为72 h、热处理温度为500℃时,TiO2薄膜具有均匀平整的微观形貌,薄膜主要由锐钛矿TiO2组成.经过热处理的薄膜材料在光照下于模拟海水电介质中均表现出了对304不锈钢的光生阴极防护作用.王晓萍等[14]用氟钛酸铵溶液与硼酸混合后，沉积得到二氧化钛薄膜，结果表明采用液相沉积法制备的透明TiO2薄膜在热处理前后具有相似的紫外-可见吸收性能,在紫外光照射下亲水性能都有显著提高,可望用于防晕、自洁材料的制备。胡颜涛等[15]利用(NH4)2TiF6和H3BO3两种水溶液等体积混合,得沉积反应液；采用液相沉积法(LPD)在玻璃的表面制得
透明的TiO2薄膜。并通过热处理后TiO2薄膜对金黄色葡萄球菌(S.Aureus)和大肠杆菌(E.Coli)杀菌试验研究发现,在自然光照射下经热处理的TiO2薄膜具有良好的杀菌活性,400℃热处理的薄膜杀菌性能最优,在24 h内可达到99%。胡俊华等[16]用液相沉积法(LPD)在变形镁合金AZ31表面制备了TiO2薄膜，具体的实验方法：配制含有氟钛酸铵(化学纯)和硼酸(化学纯)的混合溶液,其摩尔浓度比为4：3.然后向溶液中加入少量纳米锐钛矿型TiO2粉末,超声分散30 min,取上层清液作为母液.将变形镁合金AZ31基片(20 mm*8 mm*3 mm)依次经过100#~1000#砂纸抛光,然后在体积比为1：1的无水乙醇和丙酮混合溶液中超声波清洗脱脂.干燥后浸入母液中,垂直悬挂.水解过程在恒温箱内进行.沉积一段时间后取出,经去离子水充分清洗,干燥后烧结成膜.烧结在电阻炉内进行,升温速率5℃/min~8℃/min,防止升温过速造成薄膜开裂甚至脱落.
2.2化学气相沉积法
化学气相沉积法(CVD)是将含有构成薄膜成分的一种或几种化合物和单质气体供给基片，在基片表面产生化学反应而形成不挥发的固态膜层或材料的方法，其基本要求是基片表面必须有异相的化学反应。这种方法的特点是薄膜沉积速率高、沉积温度较低、可在任何形状和大小的基片上镀膜，膜的组成和晶型易于通过沉积条件精确控制等。
郭清萍等[17]以四异丙醇钛(简称TPT)为钛源物质,采用常压化学气相沉积(CVD)法制备了TiO2膜,并对其光学性质进行了研究。实验结果表明:沉积条件是影响TiO2膜的沉积率和光学性质的重要因素。戴国瑞等[18]采用PECVD 实验装置，硅片和玻璃为衬底，以无水四氯化钛和氧气为沉积源，在高频电场的激励下发生反应，在衬底上制得了致密、光亮的薄膜。陈艳等[19]利用150kHz交流脉冲放电进行等离子体化学气相沉积(PCVD),使用Ti(OC3H7)4为源物质,在普通钠钙载玻片上制备了膜.通过薄膜透过率和吸光度分析,探讨了各工艺参数对成膜品质的影响.结果表明:在载玻片上,根据不同沉积条件可制成性能不同的TiO2薄膜,均有光催化特性且附着力好.
2.3 物理气相沉积法
物理气相沉积(PVD)是在真空条件下，采用各种物理方法，将固态的镀料转化为原子、分子或离子态的气相物质后，再沉积于基体表面从而形成固体薄膜。
陈樱等[20]采用ZDL-2051型真空镀膜机,用真空蒸发沉积方法制备环保材料TiO2薄膜,并用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能色散谱仪对其表面形貌及成分分别进行了观察、分析和表征。结果表明,薄膜表面均匀、致密、无裂痕。研究了TiO2薄膜的制备和生产工艺。
3 水热法
高龙柱等[21]以四氯化钦为原料,在传统水热法制备纳米二氧化钦的基础上,考察了加人丙三醇后各种因素对粉体粒径及其分布的影响,利用XRD、激光粒度仪、透射电镜等分析测试手段进行了表征。结果表明,通过加入适量的丙三醇以及改变反应条件、能够调节粉体的粒径及其分布,得到的粉体平均粒径约40nm。4微波辐射法
井伟伟等[22]采用微波辐射法由溶胶制备出TiO2薄膜。实验方法：采用Sol-Gel 法制备溶胶:取一定量TiCl2放入烧杯，水解，加50%氨水溶液调至中性（呈胶体状，白色粘稠）在磁力搅拌器上搅拌1h，均匀后即可得到TiO2溶胶液。取一定量载玻片进行预处理，用1mol/LNaOH 碱液冲洗，然后再用1mol/lHNO3酸液冲洗后，用蒸馏水洗至中性，105℃烘干备用。将处理后载体加入配制好的TiO2溶胶液中浸渍涂层，以一定速度垂直提起载玻片至脱离液面。阴干后马沸炉400℃煅烧3h。将上述TiO2薄膜装入烧杯，用微波辐射法置于家用微波炉（2450Hz，800W）辐射30min 得到TiO2干凝胶薄膜。结果表明，与传统加热法相比较，微波干燥制备的TiO2薄膜对甲基橙有更高的光催化活性；微波辐射加热时间为4min，微波功率为中低火时，制得的光催化剂催化活性较高；且TiO2薄膜性能稳定可重复利用。
5 热解法
Srinivasan Anandan等[23]利用Titanium(IV) bis ammonium lactate dihydroxide (TBLAH)作为钛源加入要一定的水和石墨烯旋涂后，在100℃条件下干燥1h，然后再在退火炉里400℃退火2h，即可得到二氧化钛薄膜。
Hui-Seon Kim等[24]利用titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)加入正丁醇制成先驱体溶液，充分搅拌后，旋涂得到样品，将样品放在125℃下干燥5min，然后在500℃下加热15min，制得二氧化钛薄膜。
参考文献
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薄膜材料的应用与发展
薄膜材料的应用与发展 薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 1 膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的应用 人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。它的一个很重要的应用就是海水的淡化。虽然地球上70％的面积被水覆盖着，但是人们赖以生存的淡水只占总水量的2.5％～3％，随着人口增长和工业发展，当今世界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸馏法,反渗透法用到的是具有选择性的高分子渗透膜,在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜,达到膜的另一边,而把各种盐类离子留下来,就得到了淡水。反渗透法的关键就是渗透膜的性能,目前常用有醋酸纤维素类、聚酰胺类、聚苯砜对苯二甲酰胺类等膜材料.这种淡化过程比起蒸法法,是一种清洁高效的绿色方法。 利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机物质。工业生产中，可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水，膜法过滤大大节约了成本,有利于我们的生存环境。 膜的应用还体现在表面化学上面。在日常生活中,我们会发现在树叶表面,水滴总是呈圆形,是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时,如果在农药中加入少量的润湿剂(一种表面活性剂),农药就能够在叶面铺展,提高杀虫效果,降低农药用量。 更重要的，研究人员还将膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素，大大降低了肾功能衰竭患者的病死率[1] 3 膜材料的分类 近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。 薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。 3.1金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。
旋涂法制备功能薄膜的研究进展
旋涂法制备功能薄膜的研究进展 摘要：作为众多的薄膜制备方法之一，旋涂法具备薄膜厚度精确可控、高性价比、节能、低污染等优势，在微电子技术、纳米光子学、生物学、医学等领域中有着广阔的应用前景． 功能薄膜是发展信息技术、生物技术、能源技术等领域和国防建设的重要表面材料和器件，关系到资源、环境及社会的可持续发展．旋涂法制备的薄膜厚度在30nm一2000nm之间精确可控，其设备结构简单且易于操作，具备优良的性价比．现已广泛应用于微电子行业的光刻图案化( Lithographic patterning process ) 、印刷电路(Printed circuit)和集成电路(Integrated circuit)的制造，以及光储存媒体介质( DVD- R、CD- R等)的感光胶( P h o t o r e s i s t ) 、染料( Dye ) 、粘合剂、物理保护层等聚合物薄膜的涂覆．旋涂法在其它许多新型领域也有一定的应用，如薄膜晶体管、光子晶体材料、光波导、有机发光二极管薄膜、光电转换薄膜电极以及生物/化学功能膜等薄膜类器件的制备．旋涂法涉及到许多物理化学过程，如流体流动、润湿、挥发、粘滞、分散、浓缩等．在研究这些过程时，流体力学传质、传热、传动的原理是非常重要的．其中，需要考虑的参数主要包括薄膜的结构、厚度、面积等性能参数以及转速、粘度、挥发速率等操作参数[1,2,3]。 1、旋涂法原理 旋涂法因其所用流体粘度较大，呈胶体状，所以也被称为匀胶。一个典型的旋涂过程主要分为滴胶、高速旋转和干燥( 溶剂挥发) 三个步骤．首先，滴胶是将旋涂液滴注到基片表面上，然后经高速旋转将其铺展到基片上形成均匀薄膜，再通过干燥除去剩余的溶剂，最后得到性能稳定的薄膜．对于各种粘度、润湿性不同的旋涂液，通常使用的滴胶方法有两种，即静态滴胶和动态滴胶[4]，旋涂法中的高速旋转和干燥是控制薄膜厚度、结构等性能的关键步骤，因此这两个阶段中工艺参数的影响成为研究的重点[5]．
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Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2019, 9(3), 203-209 Published Online May 2019 in Hans. https://www.360docs.net/doc/404171668.html,/journal/hjcet https://https://www.360docs.net/doc/404171668.html,/10.12677/hjcet.2019.93030 Research Progress of InGaZnO Target and Thin Film Yingdong Lu1, Shicheng Huang1, YingXiang Liang1, Man Mo2, Zhijie Fang2* 1Guangxi Crystal Union Photoelectric Materials Co. Ltd., Liuzhou Guangxi 2College of Science, Guangxi University of Science and technology, Liuzhou Guangxi Received: Apr. 24th, 2019; accepted: May 9th, 2019; published: May 16th, 2019 Abstract The possible technical obstacles in the promotion and application of In-Ga-Zn-O (IGZO) materials were analyzed, including composition analysis of IGZO, technical analysis of IGZO target material preparation, stability analysis of IGZO-TFT, etc. The photoelectric performance of IGZO can be ad-justed by adjusting the proportion of oxide in IGZO. When using the sintering temperature of 1400?C above, we can get IGZO target with high density and uniform composition; the stability of a-IGZO TFT can be improved by adding shading layer, protective layer, adopting double gate structure, designing compensation circuit and other measures. Keywords IGZO TFT, IGZO Target, Stability, Component InGaZnO靶材和薄膜的研究进展 陆映东1，黄誓成1，梁盈祥1，莫曼2，方志杰2* 1广西晶联光电材料有限责任公司，广西柳州 2广西科技大学理学院，广西柳州 收稿日期：2019年4月24日；录用日期：2019年5月9日；发布日期：2019年5月16日 摘要 对In-Ga-Zn-O (IGZO)材料推广应用过程中可能的技术阻碍进行了分析，包括IGZO的成分分析、IGZO靶材制备技术分析、IGZO-TFT (IGZO薄膜晶体管)稳定性分析等。通过调节IGZO中氧化物的成分比例，可
Tio2薄膜的制备(DOC)
新能源综合报告 实验题目：Tio2薄膜的制备和微细加工 学院：物理与能源学院 专业：新能源科学与工程 学号：1350320 汇报人： 指导老师：王哲哲
一、预习部分（课前完成） 〔目的〕： 1、用溶胶-凝胶法制备Tio2光学薄膜。 2、学习紫外掩膜辐照光刻法制备Tio2微细图形。 3、微细图形结构及形貌分析。 〔内容〕 1、了解溶胶凝胶制备薄膜的原理。 2、了解常见的微细加工的方法。 3、充分调研文献资料，确定实验方案。 4、实验制备和数据分析。 ①、制备出感光性的Tio2薄膜凝胶，掌握制备工艺。 ②、对Tio2凝胶薄膜进行紫外掩膜辐照。 ③、制备出Tio2微细图形并进行热处理。 ④、测试Tio2微细图形的结构和形貌特征，处理并分析数据。〔仪器〕：(名称、规格或型号) 紫外点光源、马沸炉、提拉机、光学显微镜、磁力搅拌器、紫外可见光分光光度计、提供制备Tio2材料的前驱物，溶剂等。 二、实验原理 1、Tio2的基本性质 Tio2俗称太白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型，其中锐钛型二氧化碳活性比金红石型二氧化钛高。
特点：它是一种n型半导体材料，晶粒尺寸介于1~100 nm，TiO2比表面积大，表面活动中心多，因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，呈现出许多特有的物理、化学性质。 应用：在涂料、造纸、陶瓷、化妆品、工业催化剂、抗菌剂、环境保护等行业具有广阔的应用前景，TiO2半导体光催化剂因光催化效率高、无毒、稳定性好和适用范围广等优点而成为人们研究的热点。 纳米TiO2的制备方法： 物理制备方法：主要有机械粉碎法、惰性气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法等； 物理化学综合法：又可大致分为气相法和液相法。目前的工业化应用中，最常用的方法还是物理化学综合法。 2、溶胶-凝胶法的基本概念 溶胶：是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中,并且不停地进行布朗运动的体系。由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高,溶胶是热力学不稳定体系。 溶胶分类：根据粒子与溶剂间相互作用的强弱,通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。 凝胶：是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联,形成空间网状结构,在网状结构的孔隙中充满了液体(在干凝胶中的分散介质也可以是气体)的分散体系。对于热力学不稳定的溶胶,增加体系中粒子间结合所须克服的能量可使之在动力学上稳定。
薄膜材料简介
薄膜材料简介 薄膜具有良好的韧性、防潮性和热封性能，使用非常广泛；PVDC薄膜适合包装食品，并能长时间保鲜；而水溶性PV A薄膜不必开封直接投入水中即可使用；PC薄膜无味、无毒，有类似玻璃纸的透明度和光泽，可在高温高压下蒸煮杀菌。本文将主要介绍几种塑料薄膜的性能及其使用。 从商品生产到销售，再到使用，包装件要经过储存、装卸、运输、货架陈列以及在消费者手中存放，这个过程中即可能遇到严寒、酷暑、干燥、潮湿等恶劣的自然气候条件，也要遭受振动、冲击和挤压等各种机械破坏，甚至还有微生物和虫类的侵害。要保证商品的质量，主要依靠包装材料来保护，所以包装材料非常重要。 塑料薄膜是最主要的软包装材料之一，塑料薄膜的种类繁多，特性各异，根据薄膜的不同特性，其用处也不同，下面介绍几种常见的塑料薄膜： 聚乙烯薄膜 PE薄膜使用大量最大的塑料包装薄膜，约占塑料薄膜总耗用量的40%以上。PE薄膜虽然在外观、强度等方面并不十分理想，但它具有良好的韧性、防潮性和热封性能，且加工成型方便，价格便宜，所以使用非常广泛。 1、低密度聚乙烯薄膜。LDPE薄膜主要采用挤出吹塑法和T模法生产的LDPE薄膜是一种柔韧而透明的薄膜，无毒、无嗅，厚度一
般在0.02～0.1?L之间。具有良好的耐水性、防潮性、耐旱性和化学稳定性。大量用于食品、药品、日用品及金属制品的一般防潮包装和冷冻食品的包装。但对于吸湿性大，防潮性要求较高的物品，则需要采用防潮性更好的薄膜和复合薄膜包装。LDPE薄膜的透气率大、无保香性且耐油性差，不能用于易氧化食品、风味食品和含油食品的包装。但透气性好使它能用于水果、蔬菜等新鲜物品的保鲜包装。LDPE 薄膜的热粘合性和低温热封性好，因此常用作复合薄膜的粘合层和热封层等，但由于其耐热性差，故不能用作蒸煮袋的热封层。 2、高密度聚乙烯薄膜。HDPE薄膜是一种韧性的半透明薄膜，其外观为乳白色，表面光泽度较差。HDPE薄膜的抗张强度、防潮性、耐热性、耐油性和化学稳定性均优于LDPE薄膜，也可以热封合，但透明性不如LDPE。HDPE可制成厚度为0.01?L的为薄薄膜，其外观和薄绢纸很相似，手感舒服，又称拟纸膜。它具有良好的强度、韧性和开口性，为增强拟纸感和降低成本，可加入少量的轻质碳酸钙。HDPE拟纸膜主要用于制作各种购物袋、垃圾袋，水果包装袋和各种食品包装袋等。因其气密性差，不具有保香性，因此包装食品的贮藏期不长。另外，HDPE薄膜因耐热性好，可用作蒸煮袋的热封层。 3、线型低密度聚乙烯薄膜。LLDPE薄膜是近来发展的聚乙烯薄膜新品种,和LDPE薄膜相比，LLDPE薄膜具有更高的抗拉、抗冲击强度，乃撕裂强度和耐穿刺性。在和LDPE薄膜具有同等强度和使用性能的情况下，LLDPE薄膜的厚度可减至LDPE薄膜的20～25%，因而使成本大幅度降低。即使用作重包装袋其厚度也只需0.1?L就能
层状固体润滑薄膜的研究进展
层状固体润滑薄膜的研究进展 康嘉杰1,2 ,李国禄1 ,王海斗2 ,刘家浚3 ,徐滨士2 ,朱丽娜 1,2 (11河北工业大学材料科学与工程学院,天津 300130;21装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重 点实验室,北京 100072;31清华大学机械工程系,北京 100084) 摘要:层状物固体润滑薄膜是固体润滑薄膜中最常用的形式。本文针对4种有代表性的层状物固体润滑薄膜(硫化亚铁、二硫化钼、石墨及二硫化钨薄膜)的制备方法及摩擦学性能进行了详细论述,这些薄膜都具有优良的减摩、耐磨、抗擦伤性能,但不同的薄膜其摩擦学性能有差异,适用工况也不尽相同。关键词:固体润滑;层状物薄膜;摩擦学性能中图分类号:TG156.8 文献标识码:A 文章编号:025426051(2007)0420015204 D evelopm en t of Research on the Layered Soli d L ubr i ca ti on F il m s K ANG J ia 2jie 1,2 ,L I Guo 2lu 1,WANG Hai 2dou 2,L I U J ia 2jun 3,XU B in 2shi 2,ZHU L i 2na 1,2 (11College ofMaterials Science and Engineering,Hebei University of Technol ogy,Tianjin 300130,China;21Nati onal Key Lab f or Re manufacturing,Acade my of A r mored Forces Engineering,Beijing 100072,China; 31Depart m ent of Mechanical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China )Abstract:The layered s olid lubricati on fil m is the most popular f or m a mong s olid lubricati on fil m s .Preparati on methods and tribol ogical perfor mance of f our typ ical layered s olid lubricati on fil m s such as FeS fil m ,MoS 2fil m ,graphite fil m and W S 2fil m were discussed .The results show that all the fil m s possess good fricti on 2reducti on,wear 2resistance and anti 2scuffing p r operties .However,different fil m s have different tribol ogical perf or mance and app licati on working conditi ons .Key words:s olid lubricati on;layered fil m s;tribol ogical perf or mance 作者简介:康嘉杰(1984101—),男,河北张家口人,硕士生,主要从事固体润滑薄膜研究,已发表论文1篇。本文联系人:王海斗,联系电话:010********* E 2mail:wanghaidou@tsinghua .org .cn 基金项目:国家自然科学基金项目(50575225)收稿日期:2006211230 0 引言 固体润滑是指利用某些具有特殊晶体特性的固体材料来改善接触表面之间摩擦磨损程度的润滑方式,其突出的优点是能满足流体润滑无法满足的某些特殊工况对润滑的要求,如高温[1] 、高负荷 [2] 、超低温 [3] 、 超高真空、强氧化 [4] 、强辐射等。固体润滑材料可以 块状或粉末的形式使用,但更多的是以薄膜(涂层)的方式使用。固体润滑薄膜在摩擦时固体润滑剂在对偶材料表面形成转移膜,使摩擦发生在润滑剂内部,从而减少摩擦,降低磨损 [5] 。润滑膜一方面可以防止对偶 材料表面直接接触,另一方面可以减小接触薄层的剪切强度,从而显著减小摩擦系数。固体润滑材料类型可分为层状物、聚合物、软金属和无机化合物4类。层状物(硫化亚铁、二硫化钼、石墨、二硫化钨)固体润滑薄膜是常用的固体润滑材料,具有良好的摩擦学性能。在航空、航天、汽车工业等领域都有应用,但由于起主要作用的固体润滑相本身的差别,这4种固体润滑薄膜有着各自的最适合用途和使用条件要求 [6] 。 1 硫化亚铁固体润滑薄膜 FeS 具有密排六方结构,变形抗力小,易于沿密排 面滑动,塑性流变较强,涂层疏松且多孔,易于储存并保持润滑介质,因此具有良好的减摩性能[729] ,而且其 制备工艺简单,成本低,并可由多种方法制备[10211] 。最常用的方法是低温离子渗硫法,该方法制备的涂层已经开始工业应用,但深入研究发现,同是硫化亚铁涂层,由于不同的制备工艺,它们的结构和摩擦学性能有较大的不同。 王海斗等[12] 采用两步法即射频溅射Fe 膜与低温离子渗硫复合处理工艺,在非黑色金属表面得到了FeS 固体润滑薄膜,并利用DD92型摩擦磨损试验机评价了FeS 薄膜的摩擦磨损性能。图1为FeS 薄膜与45钢原始表面的摩擦磨损性能曲线。由图1可见,两步法制备的FeS 薄膜为金属Fe 与固体润滑剂FeS 共同组成的复合固体润滑薄膜,与基体结合紧密,具有适当的表面硬度;FeS 薄膜具有优异的减摩耐磨抗擦伤性能,摩擦系数与磨损量明显比45钢原始表面的低,抗擦伤载荷明显提高。 庄大明等[13] 根据离子渗氮原理开发了一种离子渗硫技术,通过化学反应和原子扩散形成厚度在几个至几十个微米之间的FeS 薄膜层。并采用SRV 和MM2000磨损试验机,对在45钢和GCr15钢上FeS 薄膜层试样进行了摩擦学性能试验,结果表明FeS 薄
二氧化钛后处理及设备
二氧化钛后处理及设备 （一）二氧化钛的制浆、分散、湿磨和分级 氯化法氧化工序的半成品粒度已经很细，不需要进行前粉碎。硫酸法经回转窑煅烧后的产品首先要经过磨细才能充分发挥湿磨机的作用。国内几家大的硫酸法钛白粉厂前粉碎基本上都是采用雷蒙磨来实现的（见表1）。 表1 雷蒙磨的具体设备情况 公司名称型号来源 核工业部华原公司雷蒙磨R5M 从德国进口 攀渝钛业雷蒙磨R5M — 裕兴钛白粉厂雷蒙磨R5M — 河南漯河4R、5R雷蒙磨国产 国产的雷蒙磨在质量和使用寿命上远远赶不上进口雷蒙磨，其使用10年以上仍然完好。配备有自动控制的DCS控制系统，以提高研磨效率。 磨细的物料通常由螺旋计量器加到制浆罐中。制浆用脱盐水作稀释剂，进行充分搅拌，固相浓度（质量）25%-30％。制浆的同时加人分散剂，调整pH值至9-12可达到最佳分散效果。此时要求体积电阻率不低于20000Ω·cm,若有可能可用黏度计检测，到黏度最低时为最好，以便湿磨效果充分发挥。 分散剂的种类很多，通常分为有机分散剂、无机分散剂。 有机分散剂主要是烷醇胺类和多元醇（即常用的有三乙醇胺）、二异丙醇胺、山梨糖醇、甘露糖醇等；无机分散剂主要是六偏磷酸钠、焦磷酸钠、碳酸钠、碳酸二氢铵、偏硅酸钠等。通常使用六偏磷酸钠和偏硅酸钠最多。六偏磷酸钠对微细分散体中的固体粒子有很强的分散作用，因为它是一种直链的多磷酸盐玻璃体，其中n为20-100能与分散介质中钙、镁、亚铁等金属离子生成可溶性的配位化合物，起到遮蔽多价阳离子，防止这些带正电荷的离子与带负电荷的二氧化钛产生电中和而凝聚在一起，其分子结构式如下。 氯化法钛白浆料pH值为2. 3左右，呈酸性。大多数工厂都采用偏硅酸钠作分散剂调整pH值达到9-11，以达到最佳分散效果。作分散剂的偏硅酸钠又是包硅膜的一部分，在定量加人后，尚未达到最佳pH值时，可以加人离子膜碱液协助调整pH值到达终点。 近几年，国内金红石型钛白粉产品的产量和产能扩大，进入市场后的信息反馈使生产厂家逐渐认识到，分散单元在后处理中是非常重要的工序，分散的好坏直接影响到湿磨后浆料分级的效果，特别是影响包膜的质量。分散不好，再好的包膜配方也不能生产出满足用户要求和使用性能优良的产品，所以分散的作用应该引起人们充分重视。 分散操作要非常重视以下几种影响分散的因素：①前工序产出的二氧化钛粒度和形态；②制浆的水质要好，选用去离子水，体积电阻率不低于20000Ω·cm;③浆液的pH值是控制分散好坏的重要条件，根据后处理的情况，可以通过小型试验确定最佳pH值（通常为9-11）；④分散剂的选择和用量，也可以通过工业实践确认，通常用量不超过粉料量的1％；⑤浆液的浓度要合适，通常浆液中固体物料为600-1200g/L;⑥分散罐的力学性能如机械搅拌的强度等。 湿磨是后处理中一道重要的工序，不仅硫酸法需要，氯化法也同样需要，国外大型氯化法工厂湿磨的环节往往是一点不能忽视的。湿磨与水选法比较，为获得粒度细而均匀的浆料，在相同的条件下湿磨生产能力是水选法的1. 5-2. 0倍。 湿磨的作用就是进一步磨碎在上道工序产生的聚集粒子、附聚粒子和絮凝粒子。因其粒子间的结合力非常弱，很容易通过机械研磨的方式把它们打开，在分散剂的作用下，可防止它们再聚凝在一块。这样可使一些较粗大的粒子经研磨达到具有应用性能的粒度范围（一）。 湿磨设备主要包括球磨机、振动磨、砂磨机。由于前道工序的进步，金红石型产品的湿磨设备主要选用砂磨机。它是用途较广泛的亚微米级的湿磨设备，就研磨细度而论仅次于胶体磨。
TiO2阵列薄膜
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TiO 2和掺Hf的TiO 2 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，TiO 2和斜方HfTiO 2 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 semiconductors 1 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，Gr?tzel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Gr?tzel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
简述薄膜材料的特征举例说明薄膜材料的用途不少于4例
简述薄膜材料的特征举例说明薄膜材料 的用途不少于4例 【篇一：简述薄膜材料的特征,举例说明薄膜材料的用途 (不少于4例)】 第四章薄膜材料与工艺 1、电子封装中至关重要的膜材料及膜技术 1.1 薄膜和厚膜 1.2 1.3成膜方法 1.4 电路图形的形成方法 1.5 膜材 料 2、薄膜材料2.1 导体薄膜材料 2.2 电阻薄膜材料 2.3 介质薄膜材 料 2.4 功能薄膜材料 1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术 薄膜和厚膜电子封装过程中膜材料与膜技术的出现及发展，源于与 电器、电子装臵设备向高性能、多功能、高速度方向发展及信息处 理能力的急速提高系统的大规模、大容量及大型化要求构成系统的 装臵、部件、材料等轻、薄、短、小化晶体管普及之前真空电子管 的板极、栅极、灯丝等为块体材料，电子管插在管座上由导管连接，当时并无膜可言 20世纪60年代，出现薄膜制备技术在纸、塑料、 陶瓷上涂刷乃至真空蒸镀、溅射金属膜，用以形成小型元器件及电 路等进入晶体管时代从半导体元件、微小型电路到大规模集成电路，膜技术便成为整套工艺中的核心与关键。 1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术薄膜和厚膜与三维块 体材料比较：一般地，膜厚度很小，可看作二维膜又有薄膜和厚膜 之分经典分类：制作方法分类：块体材料制作的（如经轧制、锤打、碾压等）——厚膜膜的构成物一层层堆积而成——薄膜。 Ａｌ特点Ｓｉ基ＩＣ常用导体材料与作为ＩＣ保护膜的ＳｉＯ间的 附着力大对于ｐ型及ｎ型Ｓｉ都可以形成欧姆接触可进行引线键合 电气特性及物理特性等也比较合适价格便宜作为ＩＣ用的导体普遍 采用随环境、气氛温度上升，Ａｌ与Ａｕ发生相互作用，生成金属 间化合物，致使接触电阻增加，进而发生接触不良当Ａｌ中通过高 密度电流时，向正极方向会发生Ａｌ的迁移，即所谓电迁移在５０ ０以上，Ａｌ会浸入下部的介电体中在ＭＯＳ元件中难以使用尽管 Ａｌ的电阻率低，与Ａｕ不相上下，但由于与水蒸气及氧等发生反应，其电阻值会慢慢升高。 al与au会形成化合物al端子与au线系统在300下放置2～3ｈ， 或者使气氛温度升高到大约４５０，其间的相互作用会迅速发生， 致使键合部位的电阻升高此时，上、下层直接接触，au、al之间形
二氧化钛薄膜的研究进展(2-24)
二氧化钛薄膜的研究进展 引言 TiO2是一种性能稳定的半导体材料，具有氧化活性高，对人体无毒害、成本低和无污染等特点，在许多领域有广泛的用途。TiO2薄膜具有良好的化学稳定性、电学性能、优良的光催化特性和亲水性，使其在污水处理、空气净化、电子材料、光学材料、生物材料和金属表面防护等方面呈现出巨大应用潜力。目前，TiO2薄膜的制备方法有很多，大体可以分为两大类：物理法和化学法。物理法主要是利用高温产生的物质蒸发或电子、离子、光子等高能粒子的能量所造成的靶物质溅射等方法，在衬底上形成所需要的薄膜；化学法是利用化学反应在基片上形成薄膜的方法。[1] 制备方法 1 溶胶-凝胶法 溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水和络合剂，经搅拌和陈化后形成溶胶，然后利用浸渍-提拉法、旋转涂层或喷涂等方法涂在基片表面，经过焙烧后形成薄膜。常用的钛醇盐主要有：钛酸乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸丁酯、钛酸四丁酯、四氯化钛和三氯化钛等等。 姚敬华等[2]人以钛白粉厂价格低廉的偏钛酸为原料,采用溶胶-凝胶法,结合微乳化技术和共沸蒸馏的工艺路线,制备了纳米锐钛矿型TiO2粉体。用电镜(TEM)及X射线衍射(XRD)技术进行了表征。结果表明:TiO2结晶良好,分布均匀,无团聚现象。将一定量偏钛酸和NaOH按一定量比混合,再按一定固液比用水稀释,搅拌均匀后转入蒸馏瓶中,在沸腾状态下回流2 h后转入烧杯.在搅拌条件下,缓慢加入一定体积的浓硝酸至沉淀溶解,得到浅白色半透明状溶液。在此溶液中加入一定体积的8%DBS溶液和二甲苯,搅拌30 min静置,液体分为3层(3相),取中间相进行蒸馏,至馏出液中不分层为止,过滤,将滤渣在80℃烘 4 h后,放入茂福炉,在650℃下灼烧3 h后得纳米TiO2微粒。
非晶硅薄膜太阳电池的研究进展及发展方向
第33卷增刊2012年12月 太阳能学报 ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA Vol．33Suppl Dec.， 2012收稿日期：2012-07-24基金项目：国家高技术研究发展（863）计划（2011AA050518）；国家重点基础研究发展（973）计划（2012CB934302）；上海市科委项目 （11DZ2290303） 通讯作者：李海华（1974—），女，博士、副教授，主要从事微纳电子学与器件制造方面的研究。lihaihua@sjtu．edu．cn 文章编号：0254- 0096（2012）增刊-0001-06非晶硅薄膜太阳电池的研究进展及发展方向 李海华，王庆康 （上海交通大学微纳科学技术研究院，“薄膜与微细技术”教育部重点实验室、“微米纳米加工技术”国家级重点实验室，上海200240） 摘要：介绍了非晶硅薄膜太阳电池的最新研究进展，微纳光学结构和金属表面等离子体特性引入到非晶硅薄膜 太阳电池可大大降低薄膜厚度和提高光电转换效率。叠层串联的非晶硅太阳电池及非晶硅和多晶硅、单晶硅组成的异质结结构可增加宽带太阳光谱吸收范围，提高光电转换效率，是非晶硅薄膜电池的发展方向。关键词：非晶硅；太阳电池；叠层；微纳结构；异质结中图分类号：TM615 文献标识码：A 0引言 太阳能是可再生能源领域中最具发展前景的资 源。作为太阳能利用的重要组成部分，光伏发电是一种清洁的、用之不竭的可再生绿色新能源。利用太阳电池可以无任何材料损耗地将太阳能转换为人 类可利用能量的最高级形式— ——电能。太阳电池的应用可解决人类社会发展的能源需求方面的3个问 题：开发宇宙空间时， 利用太阳能提供持续可用地即时转化电能；解决目前地面能源面临的矿物燃料资 源减少与环境污染的问题；日益发展的消费电子产品随时随地的供电问题等。特别是太阳电池在发电 过程中不会给人们带来任何噪声、 辐射和污染，与其他形式的可再生能源（如风力发电）相比，由于不存 在任何可动的部分，所以系统稳定性高，维护成本相对较低；在使用中不释放包括CO 2在内的任何气 体， 这些对满足能源需求、保护生态环境、防止地球温室效应具有重大意义。 制作太阳电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应，根据所用材料的不同，太阳电池可分为：1）硅太阳电池；2）以无机盐如砷化镓Ⅲ-Ⅴ化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3）功能高分子材料制备的太阳电池；4）纳米晶太阳电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳电池材料的一般要求有：半导体材料的禁带不能太宽；要有较高的 光电转换效率；材料本身对环境不造成污染；材料便 于工业化生产且材料性能稳定。 基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳电池材料，这也是太阳电池以硅材料为主的主要原因。目前，硅基薄膜太阳电池因其成本低、质量轻、转换 效率较高、 便于大规模生产，而具有较大的优势，从而成为国际上研究最多，发展最快的薄膜电池，也是 目前唯一实现大规模生产的薄膜电池。本文简要地综述了非晶硅太阳电池的国内外现状和最新研究进展，并讨论了非晶硅太阳电池的发展及趋势。 1国内外产业现状 非晶硅（a-Si ）薄膜太阳电池虽然早已出现［1］，但由于光电转换效率低、衰减率（光致衰退率）较高等问题，一直制约其发展。随着其技术的不断进步， 光电转换效率得到迅速提高［2］ 。传统的晶硅太阳电池利用纯硅锭切割而成的硅片将光转换为电流。因为晶硅价高且晶片脆，因此太阳电池模块的加工生产过程需要特殊处理。且该种电池需要封装和其他组件，使得晶硅模块价格昂贵，但其工作寿命达20 25a ，能效为14% 23%。非晶硅薄膜太阳电池为第二代产品，有望实现更低的成本，大多采用连 续性卷对卷生产工艺［3］ ，而晶硅电池采用分批生产工艺。虽然仍与晶体硅电池相比存在差距，但其用料少、工艺简单、能耗低，成本有一定优势；尤其因为其沉积分解温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔
薄膜流研究进展
薄膜流研究进展 班级：机械工程专硕1班 学号：6160805020 姓名：程帅 摘要：液体在重力作用下以薄层形式沿壁面向下流动，称为液体薄膜流。它具有小流量、小温差、高传热传质系数、高热流密度、结构简单、动力消耗小等独特优点，己作为一项高效传热传质技术在化工、能源、航天、石油、制冷、电子等许多工业领域得到了广泛应用。本文介绍了非牛顿流体层流降膜流、新型薄膜覆盖材料、薄膜流涎机。正是由于实际应用的重要性和迫切性，在液体薄膜流的水动力过程和传热传质特性力一面，近几十年来开展了大量的深入研究。本文通过全面阐述液体薄膜流动和传热特性的研究现状，分析目前研究中存在的问题与不足，为未来研究提供借鉴。 关键词：液体薄膜流、非牛顿流薄膜流、新型薄膜覆盖材料、薄膜流涎机 1.液体薄膜流表面特征 对于液膜沿倾斜壁或垂直管壁向下流动的情形，从实验上观察到三种不同的流动状态:当Re=4T/v<20~30 (T为单位湿周的体积流率，v为流体的运动粘度)，流动为层流，膜表面呈平滑状态且膜厚为常数;当200
第六章 薄膜材料及其应用
第六章 薄膜材料及其应用（1） 主要内容 一、超硬薄膜 二、智能薄膜 三、纳米薄膜 四、三族元素氮化物薄膜 五、巨磁和庞磁薄膜 六、铁电薄膜 七、红外敏感薄膜 八、人工周期调制材料 一、超硬薄膜 材料的硬度不仅取决于材料的宏观性质（弹性和塑性），而且 也取决于材料的微观性质（原子间的相互作用力）。合成超硬材料对于了解原子间相互作用的微观特性与宏观特性间的基本关系，以及纯技术的应用都十分重要。 超硬材料（包括已有超硬材料和理论预言超硬材料）可以分为三类： 1. 由周期表中第2、3周期的轻元素所形成的共价和离子-共价化合物； 2. 特殊共价固体，包括各种结晶和无序的碳材料； 3. 与轻元素形成的部分过渡金属化合物，如：硼化物、碳化物、氮化物和氧化物。 超硬材料的特点 1. 超硬材料在正常条件下大多是亚稳相； 2. 绝大多数超硬材料都是共价型或离子型固体； 3. 过渡金属化合物超硬材料具有共价键和金属键； 4. 超硬材料在元素周期表中都由位于中间位置的主族元素组成，这些元素具有最小离子、共价或金属半径，且固态中的原子间具有最大的结合能； 5. 元素中电子壳层的周期填充使固体中的原子半径或分子体积呈规律性变化； 6. 元素固相在变化时，如具有最小摩尔体积，则具有最大的体弹性模量、最大的结合能和最高的熔点。满足Aleksandrov 关系： k 为体弹性模量，Vm 为摩尔体积，Ec 为结合能 对单一元素的固体， 绝大多数在1-4； （一）由原子序数较小的元素形成的超硬化合物 这些超硬材料由位于第2、3周期中的元素如：铍、硼、碳、氮、氧、铝、硅、磷 的化合物组成。它们能形成三维刚性点阵、原子间具有较强的共价键。典型的离子-共价化合物例子是氧化物，如：刚玉Al2O3，超石英（SiO2的高压相）。 这些超硬化合物主要有：BeO 、B6O 、P2O5、Al-B-O 系统、CNx 、SiC 、Be2C 、Si3N4及其它硼碳化合物、硼磷化物、硼硅化物等。 （二）碳材料 由于C 原子间存在不同类型的化学键合，所以C 存在大量的同素异构体和无序相。如 sp3 C 杂化键合形成的金刚石，是最硬的的已知材料。所以可将碳划到特殊材料。 单晶金刚石的维氏硬度达70-140GPa 。另一sp3 C 杂化键合形成的六方金刚石具有与金刚石类似的力学性质。近年来，利用各种沉积技术，制备了高sp3 键合度的非晶碳膜，也称类金刚石薄膜。它的显微硬度达到70GPa 。足球烯C60是有C 的sp2 原子键合形成m c V E k ∝160.5/E kV c m -≡
氢化非晶硅_a_Si_H_薄膜稳定性的研究进展
廖乃镘:男,1979年生,博士研究生,从事氢化非晶硅红外敏感薄膜材料研究 Tel :028********* E 2mail :liaonaiman @https://www.360docs.net/doc/404171668.html, 李伟:通讯联系人,教授,博士生导师 Tel :028********* E 2mail :wli @https://www.360docs.net/doc/404171668.html, 氢化非晶硅(a 2Si ∶H )薄膜稳定性的研究进展 廖乃镘,李 伟,蒋亚东,匡跃军,李世彬,吴志明 (电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054) 摘要 氢化非晶硅(a 2Si ∶H )是一种重要的光敏感薄膜材料,其稳定性的好坏是决定能否应用于器件的重要因 素之一。介绍了a 2Si ∶H 薄膜稳定性的研究进展,论述了a 2Si ∶H 薄膜的稳定性与Si 2Si 弱键的关系,分析了光致衰退效应(S 2W 效应)产生的几种机理,提出了在薄膜制备和后处理过程中消除或减少Si 2Si 弱键以提高a 2Si ∶H 薄膜稳定性的方法。 关键词 氢化非晶硅 稳定性 光致衰退效应 物理模型 稳定化处理 R ecent Progresses on the Stability of H ydrogenated Amorphous Silicon Thin Films L IAO Naiman ,L I Wei ,J IAN G Yadong ,KUAN G Yuejun ,L I Shibin ,WU Zhiming (State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices ,U ESTC ,Chengdu 610054) Abstract The a 2Si ∶H thin film is an important light 2sensitive material that has received significant attention nowadays because of its unique properties.The stability of this thin film is a key factor which is fatal in the application of commercial devices.This paper summarizes and commends some researches on the stability of a 2Si ∶H thin films based on recent literature ,and discusses the relationship between the weak bonding of Si 2Si and the stability of the films.It introduces the mechanisms of light 2induced degeneration of a 2Si ∶H thin films and also recommends some methods of film fabrication and post 2treatment techniques in order to reduce the weak bonding of Si 2Si in a 2Si ∶H thin films. K ey w ords a 2Si ∶H ,stability ,light 2induced degeneration ,physical model ,stabilization treatment 0 前言 氢化非晶硅(a 2Si ∶H )薄膜具有光吸收率高、电阻温度系数 (TCR )相对较大(1.8～8%/K )[1]、禁带宽度可控、可大面积低 温(<400℃)成膜、基片种类不限、生产工艺较简单、与硅半导体工艺兼容等突出优点,在红外成像、太阳能电池、液晶显示、复印机感光鼓等领域得到快速发展。 众所周知,在无掺杂a 2Si 薄膜中,由四配位Si 原子组成的无规网络具有很高的内应力。为了减小内应力,a 2Si 无规网络中的弱Si 2Si 键有自发断裂倾向,形成三配位的Si 原子和1个悬挂键缺陷。所以,无掺杂的a 2Si 薄膜中的悬挂键密度很高(1018cm -3或更高),电学性能很差,不能满足器件的应用要求。 a 2Si ∶H 中引入的H 原子饱和或部分饱和了a 2Si 薄膜中的悬挂键(DB )缺陷态,使它的DB 密度大大下降(可以降低到(1～5)×1015cm -3),使a 2Si ∶H 薄膜成为一种十分重要的光电材料。然 而,可移动H 的存在也带来了一些不利的影响,如H 原子在a 2 Si ∶H 薄膜中扩散,容易引起弱Si 2Si 键的断裂和H 的聚集,导致悬挂键的移动和悬挂键密度的增加等。事实上,10at %的H (约5×1021cm -3)才能大幅度减少DB 密度,比实际a 2Si ∶H 薄膜中的DB 密度大了1～2个数量级,所以H 在a 2Si ∶H 薄膜中的利用效率是很低的[2]。此外,H 在a 2Si 薄膜中不只是以Si 2H 键方式存在,同时还存在(Si H HSi )n 、分子氢(H 2)及双原子氢化 合物等键合方式,而只有Si 2H 键合方式的H 才对增强红外吸收起重要作用。上述a 2Si ∶H 薄膜中的H 在受到光照后会发生不同的反应,如H 扩散、H 逸出、产生新的复合中心和陷阱中心等,从而改变a 2Si ∶H 中薄膜H 的键合方式、分布状态、含量和悬挂键密度,使a 2Si ∶H 薄膜的光电特性发生变化。 要使a 2Si ∶H 材料在器件上得到广泛应用,就要求它具有低的DB 密度和稳定的光电特性(长时间使用后性能不变)。但是,由于光致衰退效应(即S 2W 效应)的存在,会使基于a 2Si ∶H 薄膜材料的器件性能降低甚至失效,这是a 2Si ∶H 器件化应用的重大障碍之一。本文总结了近年来a 2Si ∶H 薄膜材料稳定性的研究进展,分析了S 2W 效应产生的机理及消除或减小这种效应的方法。 1 S 2W 效应机理及物理模型 a 2Si ∶H 薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内 部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler 2Wronski 效应[3]。这是制约a 2Si ∶H 薄膜应用的主要原因。只有正确理解S 2W 效应的机理,才能解决好a 2Si ∶H 薄膜的稳定性问题。对S 2W 效应的起因,至今仍有不少争议,造成衰退的微观机制 也尚无定论,成为迄今国内外非晶硅材料研究的热门课题。总的看法认为,S 2W 效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响a 2Si ∶H 薄膜材料的