對向靶磁控濺射法制備TiO2納米薄膜及其性能研究.pdf

1、TiO2材料由于具備高催化活性、無毒性和化學穩定性等優點而被廣泛應用于資源與環境領域,TiO2薄膜因比粉體易于從反應體系中分離與回收利用而備受關注。本文將一種新型物理沉積技術,即對向靶磁控濺射法應用于TiO2薄膜制備過程,可有效避免濺射粒子對沉積薄膜的轟擊作用,提高靶材的利用率,所制備薄膜與基底結合牢固。
　　以兩個對向平行放置的鈦靶為濺射靶材,分別選取Ar與O2為工作氣體和反應氣體,采用直流反應濺射法在FTO導電玻璃基底上制備了

2、TiO2納米薄膜。通過FE-SEM和AFM對不同濺射時間段的TiO2納米薄膜進行表面形貌分析,結果顯示TiO2納米薄膜在基底上呈先層狀后島狀(Stranski-Krastanow)的生長模式。
　　通過臺階儀、XRD、FE-SEM、HR-TEM、AFM和UV-Vis等表征手段,詳細分析了對向靶磁控濺射過程各個條件參數對所制備 TiO2納米薄膜晶體結構、表面形貌與光學性質的影響。濺射功率主要影響 TiO2納米薄膜的沉積速率,薄膜厚度

3、與濺射功率呈線性增加的關系;當濺射功率大于280 W時薄膜開始由非晶狀態轉化為銳鈦礦結構,但結晶度較低。退火處理可使 TiO2納米薄膜獲得足夠自由能,促進TiO2顆粒的表面遷移與相互團聚,并提高薄膜的結晶度。Ar/O2流量比是影響靶面上濺射過程與氧化過程速率的決定性因素,當Ar/O2流量比低于1:1時濺射過程進入靶面氧化模式,薄膜沉積速率和結晶度均有所降低;當Ar/O2流量高于1:1時,隨著濺射室內氧氣流量的增加,薄膜由純銳鈦礦結構轉變

4、為銳鈦礦-金紅石混晶結構。高濺射氣壓會抑制金紅石的生長,當濺射氣壓小于2.5 Pa時,沉積在基底上的TiO2納米薄膜結晶度隨濺射氣壓的升高而提高;若濺射氣壓繼續增大則會導致沉積薄膜的結晶度下降。
　　以異丙醇(iso-propanol,簡稱IPA)氣體為目標降解物檢測所制備薄膜的光催化活性;以 TiO2納米薄膜電極的瞬態光電流檢測薄膜的光電性能,研究確定具備最優光催化活性和光電性能的TiO2納米薄膜制備條件為:濺射功率350 W,