TiO2薄膜制备与性能

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

备TiO

2超亲水性薄膜。应用DC(直流) 磁控溅射设备制备TiO

2

薄膜有以下优点:

(1) 能够控制薄膜的化学计量比；(2) 容易获得高纯度的金属钛靶材；(3) 由于

金属钛靶材是导体可以直接应用到DC (直流) 磁控溅射设备上, 避免了应用复杂、昂贵的RF (射频) 磁控溅射设备；(4) 金属钛靶材易于加工成型和与磁控靶连接；(5) 金属钛靶材是热的良导体, 易于冷却避免了工作过程的不稳定；(6) 能够在低温条件下沉积TiO

2

薄膜。溅射时的条件决定了能否出现金红石、锐钛

矿或是非晶结构。同时,TiO

2

膜的晶粒大小也可通过控制溅射过程的参数如沉积速率、溅射气体、氧分压、基体、退火温度以及采用一些特殊的溅射工艺来加以

调节。这样，可以使TiO

2

薄膜的性能满足不同应用领域的需要。

2 国内外研究文献综述

2.1 TiO2的结构

TiO

2

的晶体结构有3种:金红石、锐钛矿和板钛矿。这些结构的共同点是,

其组成结构的基本单位均是TiO

6八面体,而区别是这些TiO

6

八面体是通过共用顶

点还是通过共边组成骨架。锐钛矿结构是TiO

6

八面体共边组成，而金红石和板

铁矿结构则是由TiO

6

八面体共顶点且共边组成。因晶体结构不同，3种晶型的性

能也有差异。就薄膜型的TiO

2

而言，目前只观测到金红石和锐钛矿两种结构，

尚未在TiO

2薄膜中观测到板钛矿结构[2]。影响TiO

2

薄膜结构的因素较多,目前研

究最多的是温度和氧分压对TiO

2

薄膜结构的影响。

表2.1 TiO2的晶体结构

锐钛矿(anatase) 金红石(rutile) 板钛矿(brookite) 所属晶系四方晶系四方晶系斜交晶系

晶格参数a = 0.3785nm ,

c = 0.9514nm

a = 0.4593nm ,

c = 0.2959nm

a = 0.5456nm,

b = 0.9182nm,

c = 0.5143nm

锐钛矿相TiO

2

具有良好的光催化性和光致亲水性。锐钛矿相的光催化性和光

致亲水性的反应原理大同小异，实践中可检测其中任意一项大概判定薄膜是否有

锐钛矿相。与金红石相相比锐钛矿型TiO

2

的光催化活性最好，约为金红石型的

300～2000倍[3]。无定形和板钛矿相的TiO

2

无光催化活性。一定比例的混晶由于两种结构混杂增大了半导体氧化物晶格内的缺陷浓度而显示出更强的光催化活性，何建波等[4] 认为锐钛矿与金红石的质量比为7∶3的混晶(热处理温度670 ℃) 的光催化活性最强。

2.2 TiO2薄膜亲水性原理

TiO

2是一种n型氧化物半导体，对锐钛矿结构的TiO

2

，其禁带宽度约为3.2eV，

相应的截止波长值约为380nm。它在波长短于380nm的紫外线照射下，表面产生氧空穴和电子，对应的Ti4+转化为Ti3+。当表面有水分子时,空穴与水反应生成·OH

羟基，这种·OH羟基使表面与极性水分子的相互作用变强，这样在氧空穴处形成

了亲水区域。也就是说，在紫外光的照射下，H

2O在TiO

2

表面的吸附由物理吸附转

变为化学吸附，宏观上表现为水在其表面的接触角变小。TiO

2

表面的氧与羟基（化

学吸附水）的置换,形成二维毛细管现象。当TiO

2

表面不再受到紫外线照射时,氧空穴有可能捕获电子或者活泼的羟基与其它气体发生化学反应而逐渐失去活性，

宏观表现为水的接触角逐渐变大，即紫外线照射后的TiO

2

薄膜表面的亲水性能具

有一定的寿命。因此，测量水在TiO

2薄膜表面的接触角可以研究TiO

2

薄膜的亲水

性能。

2.3 相关参数对TiO2薄膜结构及其性能的影响

2.3.1 晶粒尺寸

通常认为粒子尺寸越小,其光催化活性越高[5]。纳米尺寸的TiO

2

具有更高的光催化活性，这是因为当半导体颗粒尺寸接近10 nm时，出现量子尺寸效应，即半导体导带和价带变为分立的能级，能隙变宽，从而导带电位更负，价带电位更正,使其获得更强的氧化还原能力，因而催化活性大大提高[6]。

2.3.2 结晶度和晶格缺陷

TiO

2 晶体发育不良，晶格缺陷多，将会降低TiO

2

的光催化活性。因缺陷(如

空位、畸变、界面、位错等)是光生电子-空穴深层捕获的陷阱和复合中心。为了提高光生载流子的分离效率，TiO

2

需要有良好的结晶度、无或少晶格缺陷。

2.3.3表面积和表面预处理

在其它因素相同时，增大TiO

2

的表面积，有助于光生载流子的生成和反应物在表面的吸附，有利于光的吸收，从而使光催化能力提高。表面预处理对薄膜的光催化性能也有一定影响。薄膜表面用水清洗和在室温下保存都会导致其光催化能力的显著下降[7] 。上述光催化能力的下降和失效都可以通过紫外光源的预照射来使其重新激活。

2.3.4 表面羟基

TiO

2 薄膜表面羟基是由于TiO

2

薄膜表面的吸附水与TiO

2

发生水解作用引起

的，可加入一定量的添加剂来提高表面羟基的含量。早期的研究认为，表面羟基在光催化反应中的作用主要是俘获空穴，形成羟基、超负氧离子O

2

-等活性化学

物种，间接实现有机物的氧化，由此得出，TiO

2

薄膜表面羟基含量越高，光催化

活性越强。随着研究的深入，人们开始认识到表面羟基对催化活性的影响有双重作用，即它在俘获空穴以及形成氧化活性物种的同时，也可能成为载流子的复合中心，降低反应活性[8]。

2.3.5 薄膜厚度

薄膜厚度不同，薄膜生长情况会有所差异，影响结晶的完整性；同时厚度的不同会导致薄膜中污染物的传输距离和紫外光的传播距离存在差异，从而影响其光催化性能。当薄膜厚度小于其特征厚度(特征厚度与耗尽层的厚度相当)，其催化活性较低，增加薄膜的厚度能提高其催化活性；当薄膜的厚度与其特征厚度相当时，其催化活性较高；当薄膜的厚度大于其特征厚度时，薄膜对紫外光的吸收会下降[9] ,进而导致TiO

光催化活性下降。

2

3 实验部分

3.1 实验系统介绍

本实验系统为沈阳中科仪的JGP450C型超高真空系统，系统示意图如图3.1所示，拥有三个溅射靶位：一个0.5KVA直流溅射电源，两个SY型500W射频功率源，一次可装载一个基片；2X-8B型旋片泵用于抽低真空，抽超高真空则用涡轮分子

型复合真空计；气体流量由D08-2B/ZM型流量显示仪泵；真空度测量为FZH-2BK

3

控制；基片由温控电源电阻加热。

图3.1 真空实验系统的示意图

3.2 衬底的选择及清洗

选用厚度为1.1 mm的超薄soda-lime 玻璃为衬底，采用化学清洗和超声波清洗相结合的方法去除基片表面的灰尘、纤维、油脂、蛋白质等污染物，然后把清洗好的玻璃片保存在无水乙醇中，使用时用电吹风快速烘干送入真空室。

3.3 直流磁控溅射制备TiO2薄膜的实验步骤

（1）首次做溅射实验，先要擦洗真空室，并用热吹风吹干，调整靶基距为60mm 安装纯度为99%的金属钛靶,然后装好基片。

（2）开始抽真空。用机械泵抽低真空，在真空度低于5Pa时，使用分子泵抽超高真空。如果实验对基片加热有要求，可在分子泵正常工作后开温控电源加热。

（3）当本底真空抽到低于8×10-4Pa时，充入纯度为99.9%的Ar进行预溅射，以除去靶表面的氧化物，当观察到靶表面的辉光颜色由粉红变为蓝白色时或电压稳定在一固定值时，表明氧化物已经除去。

（4）当预溅射完成后，充入纯度为99.9%的氧气及调整相关参数进行正式溅射，溅射时间为2h。

（5）取出溅射完毕的基片，设定退火温度参数在SK-1-12型电阻炉中退火。退火完毕，取出做亲水性实验。

3.4 亲水性测试

薄膜置于坐标纸上用紫外光(λ=254 nm)照射一段时间（此把退火完毕的TiO

2

过程为激活），紫外灯管到膜片的距离为10cm；将1μL的蒸馏水滴在薄膜上，利用坐标纸上的刻度读取水滴的直径，并经计算转化为接触角，由此得到接触角随紫外光照射时间的变化关系。需要设备：λ=254 nm 的紫外灯，坐标纸或直尺，1μL的微量取样计，秒表。

4 实验结果及参数讨论

4.1 氧流量对TiO2薄膜的工作曲线的影响

图4.1 不同氧流量条件下的工作曲线

磁控溅射是利用辉光放电的原理进行工作的，因此首先要研究放电条件。图4.1为不同电流条件下的工作曲线。由图4.1可以看出,刚开始电压随氧分压增加上升较慢,在0.6 sccm附近急剧上升,并于该点处达到最大值，这一点我们称之为临界点。随后电压略微下降。图4.1还表明临界点的位置随电流的增加而向氧分压增大的方向移动。这个结果与文献[10]中的实验结果类似。这种现象可以这样来解释[10,11]：氧反应溅射过程主要是两种作用——靶氧化和溅射作用相互竞争的过程。起始阶段氧气气压较低，靶氧化作用较弱，这时溅射作用是主要的。由于靶表面的氧化很弱，当氧流量很小时，靶表面形成的氧化物被迅速的溅射出去，因此产生恒定电流所需的电压较低，这时靶表面的放电颜色为蓝白色，此过程称为金属模式。随氧气气压升高，靶氧化越来越严重，氧化作用成为主要的，

靶表面形成氧化层。由于氧化物为绝缘体，使得同样的电流条件下，电压急剧上升，放电颜色也逐渐变为粉红色，此过程称为转变模式，靶电压会有强烈的突变即靶电压突然增加，虽然此时有高的溅射速率和高的沉积速率，但靶处于高度的不稳定状态，如果需要在此状态下工作需用等离子体发射监视器与反应快速的阀门对氧流量进行控制。同时由于氧化物的二次电子发射能力要比纯金属的高，又会使电压有一定程度的下降。在临界点，氧化作用与氧化物的二次电子发射作用产生的总的净效果最大，因此电压最高。氧气再增加，氧化作用增加的效果弱于氧化物二次电子发射作用增加的效果，因此电压略有下降。此后，氧气再增加，由于靶表面氧化趋于饱和，因此电压变化不大，此过程称为反应模式。另外由于溅射电流的增加引起溅射作用增强,这必然会导致临界点向氧分压增加的方向移动。

表4.1 金属、转变和反应模式沉积速率的比较

Table 4.1 Comparison of deposition rates in metallic,transition

and reactive modes

相对沉积速率

薄膜材料

金属模式转变模式反应模式Ti,TiO2 1.00 0.41 0.10

Sn,SnO2 1.00 0.42 0.15

Si,SiO2 1.00 1.40

反应模式比金属模式下的电压高并且处于相对稳定状态溅射量和沉积速率相对较低, 能够获得符合化学计量比的薄膜，表4.1[12]比较了金属、转变和反应模式的沉积速率。所以实验中为保证薄膜质量及过程稳定，我们所用氧流量都在反应模式阶段。

4.2 溅射功率的选择及其对薄膜的性能影响

薄膜的性能，即74 W系列和94 W系列。表4.2本文探讨了两个功率系列的TiO

2

和表4.3分别为74 W和94 W系列的溅射条件。

实验结果：74 W制备的薄膜的透明度较94 W系列薄膜的透明度低，74 W制备的薄膜偏银白色雾状，94 W制备的薄膜呈黄色透明度良好且薄膜不均匀处有彩虹出现；94 W系列的薄膜的在紫外光光照2 min后，测量亲水性的水滴直径最大在13～15 mm，而74 W系列的测量亲水性的水滴直径最大在12 mm，且要达到最大直径需要紫外光照射更长的时间。由于94 W系列的薄膜效果总体好于74 W系列薄膜，本文接下来重点探讨94 W系列实验制备的相关参数。

表4.2 74 W系列的薄膜制备条件

功率基片温度工作气压溅射时间氧氩比变化范围退火条件

74 W 300 0C 1.8 Pa~1.6 Pa 2.0 h 1:30～1:5 4500C空气退

火2 h

表4.3 94 W系列的薄膜制备条件

功率基片温度工作气压溅射时间氧氩比变化范围退火条件

94 W 300 0C 2.0 Pa 2.0 h 1:30～1:5 4500C空气退

火2 h

当功率较小时（74 W），部分氩离子所具有的能量有可能低于靶材原子的逸出功，这部分氩离子对溅射成膜没有贡献；即使能量高于靶材逸出功的那部分氩离子所具有的能量也较低，被轰击出来的靶材原子所具有的能量也相应较低，造成靶材原子到达衬底的几率降低,因此薄膜的沉积速率偏低。随着溅射功率的增大，氩离子能量增强，被溅射出来的靶材原子能量相应增大，从而提高了靶材原子到达衬底的几率，最终导致沉积速率的提高，薄膜厚度随功率增加而增加，同时溅射出来的钛原子有足够的能量与氧气充分反应，获得具有化学计量比的薄膜，而高能量的粒子有更充分的能量在玻璃表面迁移结晶从而结晶质量较好，所以94 W的薄膜透明度和亲水性都较好。当进一步增加功率，过大的功率一方面造成溅射出的钛原子不能充分反应,从而成膜质量较差；另一方面,对成膜设备也提出了更高的要求。所以，结合当前的实验条件，94 W功率制备薄膜即能满足薄膜

的质量要求，又能不损坏设备和靶材。

4.3 总气压对薄膜性能的影响

从表4.3中可看出制备94 W系列薄膜的工作气压为2.0 Pa，并且在实验中取得了很好的亲水性效果。

晶体的形成主要是由基底温度和到达基底的粒子能量决定的[12] , 在衬底温度相同时, 到达基底的粒子的能量起决定作用。在一定的衬底温度下沉积TiO

2

薄膜，溅射气压是一个重要的参数，较高的气压下，一方面，粒子的平均自由程比较短，相互碰撞几率很大，能量损耗；另一方面，溅射电流不变的情况下，溅射气压的增大也会使溅射电压有所下降，这两方面的作用使得溅射到衬底上的粒子

的能量和表面扩散迁移率降低，不利于TiO

2成膜结晶，生成的TiO

2

多为非晶态。

较低的气压[13]易于金红石结构的形成，如果气压过低，溅射过程不稳定，甚至不能放电，只有溅射气压适中时才有利于锐钛矿结构的形成。

Okimura[14]等解释金红石相是由Ti+和O

2

+反应生成的，当总气压较低时高能

电子与Ti 和O

2发生非弹性碰撞产生了大量的Ti+和O

2

+，而且在低的总气压下，高

能粒子能够在无碰撞的情况下到达基底,所以在低气压下金红石相的TiO

2

生多；

而锐钛矿相是由中性的Ti原子与中性的O

2或O

2

-反应生成的，当总气压较高时，

不但增加了气体粒子的密度和粒子的碰撞次数，而且也降低了阴极靶的电压，粒子的加速和粒子的能量便降低了，因此粒子的离化率较低，在真空室内的气体成

分中，中性的O

2或O

2

-较多，这样在高气压下锐钛矿相的TiO

2

便生成的较多。有

很多研究者在2.0Pa~0.8Pa范围内，都制备出锐钛矿薄膜[15]。所以，本文根据Okimura的解释，结合所用系统磁场强度较强的实际情况，选用较高的2.0Pa作为溅射总气压并得到良好的实验效果。

4.4 氧氩比对薄膜亲水性的影响

表4.4是94 W的薄膜随氧氩比变化薄膜亲水性情况,这些薄膜的制备条件如表4.3所示。从表4.4知，本文在氧氩比1:30～6:30范围内获得良好的亲水薄膜，而在氧氩比2：3处得到的薄膜亲水效果最好。从图4.1反应模式曲线可知这些氧氩比薄膜是在反应模式阶段制备的。在反应模式阶段薄膜的的相对电压稳定，溅射量和沉积速率相对较低，能够获得符合化学计量比的薄膜。

表4.4 94 W系列薄膜随氧氩比变化的亲水性性能

氧氩比变化3:30 2:30 1:30 6:30

未光照的水滴直径d

（mm）

11 12 10 11

光照2min后水滴直

径d(mm)

13 15 14 13.5

晶体的形成主要是由基底温度和到达基底的粒子的能量决定的，由于样品的

基底温度相同，因此起决定作用的就是到达基底的粒子的能量[16]。氧分压增加的结果一方面使得氧气含量增加，由靶溅射出来的粒子受气体分子碰撞的概率变大，从而使到达基底的粒子能量降低;另一方面又会引起溅射电压的增加，从而使溅射粒子的能量增加。在氧流量很小时，由于增加的氧气主要是参与靶氧化，因而溅射粒子由于与气体碰撞而损失的能量较小，并且由于溅射电压的增加，溅射粒子的初始动能也增大，这两种作用总的结果是使到达基底上的粒子能量较大因而易于成膜。但在这种条件沉积的薄膜氧缺陷较多，影响薄膜结晶。氧气分压的大小对镀膜速率的影响很大，而镀膜速率又影响薄膜表面晶体颗粒的长大。随着氧分压的增大，由于靶材的氧化使镀膜速率降低, 因此, 溅射到基片表面的原子就有足够的时间发生重排形成大的晶粒，且晶粒少而不规则。相同溅射电流时，工作气体中氧氩比大时，则溅射电压大(等离子体中Ar+相对减少)溅射出的靶粒子能量较大而易于成膜[17]。从表4.4中知，氧氩比2:30的薄膜效果最好，说明氧的含量太高或太低都不利于薄膜的结晶, 在比较适中的氧氩比下才有利于

锐钛矿型TiO

2

薄膜的生成。

4.5 基片温度对薄膜性能的影响

表4.5 基片温度400 0C制备TiO2薄膜的相关条件

功率基片温度工作气压溅射时间氧氩比变化范围退火条件

94 W 400 0C 2.0 Pa 2.0 h 2:30,3:30 4500C空气退

火2 h

当只改变基片温度为400 0C其他制备条件不变时,如表4.5所示，与基片温度3000C相应氧氩比的薄膜比较，基片温度400 0C的薄膜的亲水效果明显好于300 0C，如表4.6所示：氧氩比2:30的薄膜在紫外光照2 min后水滴最大直径达到16 mm；氧氩比3:30的薄膜在紫外光照2 min后水滴最大直径达15 mm。

表4.6 不同基片温度下的薄膜的亲水效果

基片温度3000C的样品基片温度4000C的样品样品的氧氩比2:30 3:30 2:30 3:30

紫外光照2min的水

15 13 16 14

滴直径（mm）

基片温度通过影响薄膜表面结构、形貌及粗糙度的变化，进而影响薄膜的表

薄膜，面性能。按照薄膜生长的扩散原理[18]观点：在100 ℃至300 ℃制备的TiO

2

因为溅射粒子在薄膜表面沉积的动能较小，扩散能力差，粒子在沉积过程中容易表现出三维的岛状生长，使得薄膜表面由许多球冠状的小岛组成，呈浑圆状，出现团聚，而在有些位置则可能出现较大的空洞。同时，沉积的晶核来不及选择最佳的取向，得不到取向一致的晶核；基片温度在300 ℃至500 ℃时，由于基片热效应，钛原子能够反应充分，薄膜粒子的扩散能力增强，岛与岛之间相连，空洞被填充，薄膜变得致密，晶核开始生长，并出现择优生长的晶面，从而使薄膜表面颗粒的形貌由浑圆状向柱状转变。很多研究者的文献报道[19]，衬底温度在室温时，生成的薄膜基本上为非晶态, 当衬底温度加热到300 ℃与400 ℃时, 有明显的锐钛矿生成。同时基片温度升高导致粗糙度增大，表面形貌发生变化，使薄膜与水的接触角逐渐降低，利于改善薄膜的亲水性能。不同基片温度下，薄膜的紫外可见透射光谱产生明显的“红移”现象。这可能是与量子尺寸有关。当基片温度升高，促进了薄膜中晶体的生长，原团簇颗粒分化生成粒径较小的晶粒，由于量子尺寸效应使得吸收边向长波方向移动，薄膜的表面形貌如图4.2所示。所以，

薄膜拥有良好的亲水效果，但当温度升高400 0C 在300 0C的基片温度下制备的TiO

2

时亲水效果更好。

图4.2 二氧化钛薄膜形貌图（SEM）

4.6 热处理对薄膜性能的影响

表4.7 薄膜的退火条件

退火设备退火温度气氛保温时间

SK-1-12型电阻炉4500C 空气2小时

当未退火薄膜做亲水性检测时，亲水效果很差水滴直径在4～5 mm；薄膜的

薄膜亲水效果明显，亲退火条件如表4.7所示，在450 0C空气气氛保温2小时TiO

2

水效果如表4.4所示。

薄膜比金红石相的薄膜有较高的光催化活性。因一般认为锐钛矿相的 TiO

2

此，在制备过程中热处理温度的控制也是关键技术之一。当热处理温度低于

以非晶态存在，400 ℃时有少量锐钛矿结构生成，450 ℃时完400 ℃时，TiO

2

全为锐钛矿结构，随着温度提高，开始出现金红石相的衍射峰并逐渐增强，在

700 ℃两相共存，到达800 ℃后几乎为单一的金红石型。当锐钛矿和金红石共存时，可通过下式计算晶相中锐钛矿的质量分数

W

A = 1/ (1 + 1. 265 I

R

/ I

A

)

I A , I

R

分别为锐钛矿和金红石的最强衍射峰强度[20]。

薄膜退火温度对晶粒形成和生长的大小有明显的影响。温度越高,薄膜沉积

的晶粒粒径就越大。薄膜在退火过程中，能够获得足够的自由能进行表面迁移，获得足够的能量互相团聚和生长，发生结晶或再结晶现象，从而进行晶体结构重构，表面粒子粒径也会因薄膜的热处理温度不同而有所不同，形成相貌也不同，对薄膜的晶体结构有一定的影响。热处理温度直接影响薄膜的晶型、晶粒大小和比表面积，进而影响薄膜的光催化性能，因此，薄膜经过不同温度的热处理，光催化活性不同。当温度过低时，TiO

2

薄膜中一部分有机物未完全分解而炭化，覆

盖了一部分活性中心，使TiO

2 薄膜的光催化活性低，此时TiO

2

薄膜主要以光催化

活性很低的无定型为主。随着温度的升高，有机物被充分灼烧掉而且TiO

2

也主要

转变为光催化活性较高的锐钛矿型，光催化活性得到提高；当温度进一步升高时，晶粒不断增大，比表面积则由于微孔被烧结以及晶粒增大等因素而减小，晶型由

锐钛矿型向金红石型转化，导致TiO

2

薄膜的光催化活性降低。退火温度低于

450 ℃时结晶性差，退火温度较高时，向锐钛矿结构转化快，结晶好，成膜牢固。但当温度高700 ℃时，金红石相出现，且生长很快[21]。所以，450 0C空气退火保温2小时能够获得良好亲水效果。

直流反应磁控溅射法成功制备了良好亲水性的TiO

薄膜,制备参数如基片温

2

度、溅射气压、氧分压、退火温度等对薄膜的结构、形貌及其亲水效果都有一定的影响。实验中得出溅射过程的反应模式工作曲线。在基片加热到300 ℃或400 0C，经450 ℃空气退火处理后就可沉积出结晶良好的锐钛矿TiO

薄膜。我们在94

2

W的功率下探讨基片温度和氧流量对薄膜性能的影响，并得出了最佳制备工艺。最后得到最佳制备工艺：工作气压2.0Pa，基片温度400 0C，溅射功率94 W，氧氩比2:30，空气退火2小时。

本论文的研究工作是在方应翠副教授的悉心指导和帮助下完成的。方应翠老师不仅在研究上给予谆谆教导，还在学习和生活上给予了热心关怀和帮助。她认真严谨的科研作风、忘我的工作精神，以及对科学孜孜不倦的追求，谦逊的待人风格使我受益匪浅。在此，谨向导师致以最衷心的感谢和最崇高的敬意！

其次感谢在大学传授给我知识以及给我帮助和鼓励的老师，同学和朋友，谢谢你们！

薄膜面板开关按键技术资料

薄膜面板开关按键技术资料 薄膜开关、薄膜面板是近年来国际流行的一种集装饰性与功能性为一体的电子整机产品的新的操纵系统，已成为我国电子产品升级换代、出口产品不可缺少的配套部件。 薄膜开关、面板集开关按键、面板功能文字、标记、商标、透明窗及显示于一体，并且采用多层整体密封结构。因此它具有耐磨擦、防水、防尘、防有害气体、寿命长、性能稳定等特点。为了整机的整洁，面板可以擦洗，字符不受损伤，色彩丰富、保新性好，安装方便。不仅如此，薄膜开关、面板的应用，更能充分体现产品功能与色彩独具匠心的构思，以提高产品的外观质量和增加产品的时代气息。 薄膜开关、面板已广泛用于智能化电子测量仪器、医疗仪器计算机控制、数控机床、电子衡器、邮电通讯、复印机、电冰箱、微波炉、电风扇、洗衣机、电子游戏机等各类工业及家用电器产品。 薄膜开关

薄膜面板

薄膜面板 薄膜面板是一种由弹性薄膜(PVC/PC/PET)加工而成的具有一定功能字符指示的装饰性面板，具有防水、防尘、耐摩擦、不褪色等优良特点，目前广泛用于家用电器、通讯设备、仪

器仪表、工业控制等领域。 薄膜面板的印刷工艺要分为正面和反面印刷，分别应用于不同材质和类型的薄膜面板上。大致可以分为平面类和压鼓类。 平面类薄膜面板是最简单的面板类型，主要是用不同颜色的文字、线条、色块对各个功能部位加以指示或加以区分，用户可以根据自身的需要来选择不同的薄膜材料及双面胶。 压鼓类薄膜面板是在平面型薄膜面板的基础上新开发出的一种较为美观而且实用的面板。它的制作流程是，是在普通面板的基础上，通过一种压制模具，将面板经过热压后使按键部位微微凸起形成立体按键。这种立体键不仅能准确地给定键体的围，提高辨认速度，使操作者的触觉比较敏感，同时还增进了产品外观的装饰效果。 制作面板的薄膜应当具备哪些条件？ 面板薄膜是将彩色油墨丝印至透明高分子聚合物背面，一旦丝印完成并切割成形，此层就成为彩色面膜层。面膜层为薄膜开关的组成部分，它能清楚地显示开关的功能、显示颜色、面膜类型以及开关的操作位置，它还能起保护作用。 作为薄膜开关的面板，它主要担负着产品外观的装饰与防护作用，因此用于制作面板的薄膜，至少应具备以下条件：①良好的外观：指制作面板的薄膜表面平整、光泽一致，没有机械性损伤、划痕、夹杂物及色斑等表面缺陷。②较好的耐候性：面板层是薄膜开关曝露在自然环境中的表面层，其面板材料要能在一定自然环境条件下，不变形、开裂、老化和变色等。③较好的耐化学性：面板层将有可能触及不同的化学药品，但对常见的大多数化学品而言，如醇类、醚类、矿物油类应有一定的耐受能力。④尺寸稳定性好：要求制作面板的薄膜，在一定的温度围（一般为-40℃~55℃）尺寸尺寸无明显变化。⑤弹性要求：要求面板层薄具有一定回弱性能，同时，弹性变形要小，可以用材料的延伸率判断，一般来说延伸率大，弹性变形量也大，加弹性能就差。根据上述要求，常用于面板的薄膜通常有聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PE)、聚酯及聚胺酯等几种薄膜。 如何选择薄膜面板的用材品种？ 适合于制作面板层的薄膜材料，按照其种类通常可以分为PC、PVC、PET三种；按照其表面状态又可以分为砂面（半透3明膜）与光面（透明膜）。 PC材料的物理特性与化学特性的综合指标较好，其适应的油墨也较广泛，是薄膜开关 面板层应用最为普遍的材料。PC材料有砂面与光面之区分，选择砂面状材料的理由是因为

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。

各种薄膜的区别和应用

| PC、PET、PMMA、PI、PP等膜片材特性及应用 一、PC薄膜 1. 特性 一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高、蠕变性小、尺寸稳定；具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能、尺寸稳定性、电性能和阻燃性。 使用温度：-30～120℃，厚度：0.07～1.0mm，表面效果：光面、沙面、拉丝面 2. 适用范围：艾柯特胶带阻燃PC薄膜广泛用于电子元器件、电器外壳、开关面板、接线盒及充电器外壳、汽车仪器仪表及有阻燃要求的面板印刷等。印刷级磨砂PC薄膜适用于特种印刷、头盔、标牌、铭板、防护罩等。防刮花PC薄膜应用于手机、MP3、MP4、DVD、背光源等电子产品的视窗镜片。 二、PET薄膜 1. 特性 PET膜又名耐高温聚酯薄膜。具有优异的物理性能、化学性能及尺寸稳定性、透明性、可回收性。机械性能优良，其强韧性是所有热塑性塑料中最好的，抗张强度和抗冲击强度比一般薄膜高得多，且挺力好，尺寸稳定，还具有优良的耐热、耐寒性和良好的耐化学药品性和耐油性。 使用温度：-60～120℃，厚度：0.125mm-0.35mm，表面效果：光面、沙面、拉丝面 2. 适用范围：艾柯特胶带PET薄膜分为：PET热收缩膜、PET抗静电膜、PET高光亮膜、PET反光膜、化学涂布膜等，其中化学涂布膜主要是为了提高PET薄膜的表面性能，用丙烯酸乳液涂布可提高PET的印刷适性，用聚氨酯水溶液涂布能加强镀铝层与PET基膜的结合力；PET高光亮膜因其优异的机械性能和光学性能主要应用于高档真空镀铝产品和激光防伪基膜；PET反光膜因其优良的光学性能以及耐老化、热稳定好等特点，主要应用于反光广告牌、交通反光标识和工业安全标志等。 三、PMMA薄膜 1. 特性 PMMA膜又名聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，无毒环保，具有良好的化学稳定性和耐候性。良好的综合力学性能，在通用塑料中居前列，而且PMMA树脂在破碎时不易产生尖锐的碎片。美国、日本等国家和地区已在法律中作出强制性规定，中小学及幼儿园建筑用玻璃必须采用PMMA树脂。 使用温度：-30～80℃，厚度：0.5mm-8mm，表面效果：光面、沙面、拉丝面 2. 适用范围：艾柯特胶带PMMA薄膜应用范围非常广，已广泛应用汽车工业（信号灯设备、仪表盘等）、医药行业（储血容器等）、工业应用（影碟、灯光散射器）、电子产品的按键(特别是透明的）、日用消费品（饮料杯、文具等）等。同时因其优异的光学特性，白光的穿透性高达92%。PMMA制品具有很低的双折射，特别适合制作影碟和高级光学镜片等。 四、PI薄膜 1. 特性 PI薄膜又称聚酰亚胺薄膜，是一种新型的耐高温有机聚合物薄膜，它是目前世界上性能最好的薄膜类绝缘材料,具有优良的力学性能、电性能、化学稳定性以及很高的抗辐射性能、耐高温和耐低温性能。

锂离子电池正极材料制备与表征.

第 32卷第 1期吉首大学学报 (自然科学版 Vol. 32 No. 1 2011年 1月 Journ al of Jishou University (Natural Science Edition J an. 2011 文章编号 :1007-2985(2011 01-0088-05 正极材料 Li(Ni 1/3C o 1/3Mn 1/3 1-x Cr x O 2的合成与表征 *梁凯 1, 2, 莫如宝2, 刘建本 2, 何则强 1, 2 (1. 生态旅游应用技术湖南省重点实验室 , 湖南吉首 416000; 2. 吉首大学化学 化工学院 , 湖南吉首 416000 摘要 :采用草酸盐共沉淀法合成一系列的 Li(Ni 1/3Co 1/3M n 1/3 1-x Cr x O 2正极材料 (0 x 0. 1 , 用 X 射线衍射仪 (XRD 和扫描电子显微镜 (SEM 分析合成 产物的晶体结构及表面形貌 ; 利用充放电仪测定了产物的电化学性能 . 结果表明 , 合成的 L i(N i 1/3Co 1/3M n 1/3 1-x Cr x O 2(x =0. 01, 0. 03, 0. 05, 0. 07 均保持 - 2NaFeO 2层状结构相 , 属于空间 R3m 点群 . L i(Ni 1/3 Co 1/3M n 1/3 0. 95Cr0. 05O 2的电化学性能最佳 , 首次放电容量达 158. 6mA h/g, 在 2. 5~4. 5V 区间 30次循环后比容量衰竭率仅为 3. 92%.Li(Ni 1/3Co 1/3M n 1/3 0. 95Cr 0. 05O 2和 Li(Ni 1/3Co 1/3M n 1/3 CrO 2的电极阻抗变化不同 , 进而影响其电化学性能 . 关键词 :锂离子电池 ; 正极材料 ; 掺杂 ; 电化学性能 中图分类号 :O614. 111; T M 912. 9 文献标志码 :A 锂离子电池因具有比能量高、循环性能好、自放电小、无记忆效应等优点[1], 近年在数码相机、笔记本电脑、电动车及军用通信等领域得到广泛运用 . 目 前 , 研究较多的正极材料主要有层状 LiCoO 2[2]、 LiNiO 2[3]、 LiM nO 2[4]及三元材料 Li(Ni 1/3Co 1/3M n 1/3 CrO 2[5]、尖晶石状 LiMn 2O4[6], 橄榄石型 LiFePO 4[7]等 , 但这些材料都各有优缺点 :如市场上占据领导地位的商业化正极材料LiCoO 2是运用最为成熟的正极材料 , 但 Co 元素价格昂贵且对环境会造成污染 [8]; 尖晶石状 LiMn 2O 4价格相对低廉且较为安全 , 但由于 Jahn Teller 效应 [9]等原因 使得材料循环性能较差 ; 橄榄石型 LiFePO 4具有循环性能好、安全无污染等优点 ,

塑料力学性能测试标准大全-

塑料力学性能测试标准 GB/T 1039-1992塑料力学性能试验方法总则 plastics--General rules for the test method of mechannlcal properties GB1040 塑料拉伸试验方法 Plastics--Determination of tensile properties GB/T_1041-1992 塑料压缩性能试验方法 Plastics--Determination of compressive properties GB/T 1043-93 硬质塑料简支梁冲击试验方法 Plastics--Determination of charpy impact strength of rigid matericals GB/T 14153-1993硬质塑料落锤冲击试验方法通则 General test method for impact resistance of rigid plastics by means of falling weight GB/T 14484-1993 塑料承载强度试验方法 Test method for bearing strength of plastics GB/T 14485-1993 工程塑料硬质塑料板材及塑料件耐冲击性能试验方法、落球法Standard methods of testing for impact resistance of plats and pats made from englneering plastics by a ball(falling ball GB/T 15047-1994 塑料扭转刚性试验方法 Test method for stiffness proporties in tirsion of plastics GB/T 15048-1994 硬质泡沫塑料压缩蠕变试验方法 Cellular plastics,rigid--Determination of compressive creep GB/T 12027-2004 塑料-薄膜和薄片-加热尺寸变化率试验方法 Plastics--film and sheeting-Determination of dimensional change on heating GB/T 2013525-1992 塑料拉伸冲击性能试验方法 Test method for tensile-impact property of plastics GB/T 11999-1989塑料薄膜和薄片耐撕裂性试验方法埃莱门多夫法 Plastics--Film and sheeting--Determination of tear resistance--Elmendorf method GB/T 10808-1989 软质泡沫塑料撕裂性能试验方法 Cellular plastics--Tear resistance test for flexible materials

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

明胶膜的力学性能

抗拉强度=最大应力；断裂伸长率=最大应变 1、戊二醛交联明胶成膜弹性模量达27MPa Bigi, S. Panzavolta, K. Rubini. Relationship between triple-helix content and mechanical properties of gelatin films[J]. Biomaterials, 2004,25 (25) :5675–5680. 2、转谷氨酰胺酶(mTG)改性明胶可食性薄膜抗张强度达18.3 MPa, 韧度达8.4 J/cm2 丁克毅,刘军，Eleanor Brown，Maryann Taylor. 转谷氨酰胺酶(mTG)改性明胶高强度薄膜的制备[J]. 食品与生物技术学报，2006，27（1）：1-4. 3、NaCS-starch复合膜的力学性能：TS从14.5 MPa(不含淀粉的NaCS膜)开始下降到4.01 MPa （含淀粉75%）。而E % 从27.94%(不含淀粉的NaCS膜)增加到41.44%（含淀粉75%）,增加了1.48倍。 Guo Chen, Bin Liu, Bin Zhang. Characterization of composite hydrocolloid film based on sodium cellulose sulfate and cassava starch[J]. Journal of Food Engineering,2014,125:105-111. 4、不同羟丙甲纤维素(HPMC)和羟丙基淀粉(HPS)配比的膜的力学性能：17MPa左右 Liang Zhang, Yanfei Wanga, Hongsheng Liu, Long Yu等.Developing hydroxypropyl methylcellulose/hydroxypropyl starch blends for use as capsule materials[J]. Carbohydrate Polymers, 2013,98 () :73–79 5、当戊二醛用量为2. 5 m L时使明胶膜的抗拉强度由2 2 .5 MP a增加到3 2 MP a 左右; 当 搅拌时间约为4 0 m i n时可使交联明胶膜具有最大的抗拉强度61左右。 林海莉,曹静,李艳. 戊二醛交联明胶膜的制备与性能研究[J].化学工程与装备, 2010,(6):56-58. 6、

薄膜面板设计应注意的几个问题

薄膜面板设计应注意的几个问题 文字是操作功能的媒介，直接向操作者提示功能的作用，或对仪器性能作出解说。当采用分立元件时，其面板通常是将文字标注在分立元件的附近。而薄膜开关的面板，一般没有外置的元件，是以色块来表示模拟的键盘或元件的。为此，文字可直接标注在这个功能键盘的色块上，这样更为方便、直观。文字除了上述的特定作用外，在某种程度上起着对产品外观的修饰作用，为此应注重文字的规范化。此外，对文字形体的选择还应兼顾到制作图文的工艺———丝网印刷的特点。因此，对于通常所用的例如仿宋体，因其笔画纤细无力，细微的笔峰较难表现，与色块的力度不相适应；宋体与正楷，古朴有余，新意不足，与新潮的设计风格难以协调。我们建议，采用照相排字法制备文字，并推荐采用黑体与细线圆角体。这种字体笔画横竖等宽，字体方整易辨，与整体设计适应性强，工艺的再现性也较好。 所谓形意图案，是指除法定部分标志符号外，根据仪器某一操作内容的特点而精心设计的一组特定的图形标志，以取代文字的陈述，形意图案是近年来在产品外观上逐步得到应用的一种以图代文的解说形式。由于薄膜面板得天独厚的条件，使它能充分地发挥形意图案的效果，从而使外观更具有时代的气息。形意图案的特点是寓意形象，简练明快，表达力强，增进记忆，能起到文字注释难以起到的效果。为此在设计时，也要遵循这些原则，图案切勿牵强附会，使人百思不得

其解，这样反而会影响对仪器的使用。初用形意图案时，宜再辅以功能的文字，待为人们所接受，约定俗成后，再单独运用。 由于薄膜开关的面板是采用透明状的聚碳酸脂（PC）经特殊表面处理的材料制作而成的，因此凡是仪器的显示部分，可与面板制成一个整体，无须挖孔开窗。这是金属面板无法实现的。透明窗孔有两种类型：一种是供显示元件指示参数用，称为显示窗；另一种是供发光二极管（LED）指示之用，以提供操作元件的执行情况，称为指示窗。各透明窗宜设计成透明有色，这样可隐蔽底部的元件，活跃面板的气氛，区分动作的功能。选择适当的透明色彩，还可以起到对发光数显示元件的滤色增光的作用，使数字显示更为清晰。转载请留下链接薄膜面板https://www.wendangku.net/doc/1a18812785.html, 谢谢。

TiO2薄膜制备与性能解读

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

薄膜开关材料

薄膜开关材料 一、面板（印刷层） 1、材料的种类：面板层的材料要求，除了平整性与印刷适应性外，更重要的是要具有可挠性及高弹性的特点。常用的材料见下表： 名称使用温度厚度（mm）表面效果理化特性价格适用范围 聚氯乙烯PVC 60℃0.175～0.5亚光/亮光 常温下对酸、碱和盐类稳定。 耐磨性好，耐燃自熄，消声 消震，电绝缘性好。热稳定 性较差 低廉普通标牌、面板 聚碳酸脂 PC -60～120℃0.175～0.25亚光/亮光 是制作薄膜开关电路最理想 的基材。 其中有纹理PET适合对表面 要求较高或具有液晶显示窗 的产品。 适中 适用范围最为广泛， 除可满足大多数薄 膜开关面板的要求 外，其中光面PC的 高透光率更可满足 带液晶显示窗的要 求。 聚脂PET -30～120℃0.1～0.2亚光/亮光 耐药品性良好，不溶于一般 有机溶剂，不耐碱。具有优 良的机械性能、电性能、刚 性、硬度和热塑性塑料中最 大的强韧性，吸水性低，耐 磨损、耐摩擦性优良，尺寸 稳定性高。拉伸强度能与铝 膜媲美，大大高于PC、PVC。 适中，但 经过表面 纹理处理 较贵 是制作薄膜开关电 路最理想的基 材。其中有纹理 PET适合对表面要 求较高或具有液晶 显示窗的产品。 2、材料的各项特性： 项目聚氯乙烯（PVC）聚碳酸酯(PC)聚酯（PET 弯折寿命差较好优良

耐化学腐蚀能力较好一般优良最高耐温60℃140℃160℃ 耐磨损能力差较好优良（纹理膜）绝缘性能极好较差优良 透明度一般较好极好压鼓清晰度优良优良优良 温度级别压鼓时有限制优良优良 抗紫外线能力是否否 3、材料的比较： 适合制作薄膜面板的材料主要有：PVC（聚氯乙烯）、PC(聚碳酸酯)、PET(聚酯），厚度一般分为0.125\0.175\0.25三种，从表面分为砂面、亚光面和光面三种。 PC材料的物理特性与化学特性的综合指标较好，其适应的油墨也较广泛，是薄膜开关面板层应用最为普遍的材料。PC材料有砂而与光面之区分，选择砂面状材料的理由是因为薄膜开关的使用多是电子整机产品，作为操纵控制系统的面板不希望受光线的干扰，而砂面状的表面只呈漫反射状，不会产生明亮的反；同时，由于表面呈紊乱的砂粒状，具有掩蔽划痕的作用，与之相反，光而材料就不具备以上特点。但是作为光面材料，已经在背面印刷后，色彩会显得更为鲜艳夺目，在装饰性要求较强且又不需经常触动的场合，往往选择光面材料制作面板，或者由于某些显示区域如LCD液晶显示屏的特殊需要而考虑，选用光面材料较为有利。 PVC薄膜材料的价格较低，约为PC材料的二分之一，当生产民用普及型的产品，如果选择PVC材料,可降低生产成本，同时PVC材料的延展性较好，可采用冷压加工立体的图文。光面PVC 板材一般的厚度在0.5毫米以上，两面约有PE或水胶纸保护，大部份用于制作装饰性的面板；砂面的PVC材料一般厚度在0.3毫米以下，它一般以定尺的片材供应，没有卷材。

材料制备与表征复习范围2

1材料的性能与材料的成分密切相关，而与其结构无关。这句话对吗？ 答：不对。高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。 2什么是能带理论？绝缘体、半导体、和导体的能带结构如何？ 答：在形成分子时，原子轨道构成具有分立能级的分子轨道。晶体是由大量的原子有序堆积而成的。由原子轨道所构成的分子轨道的数量非常之大，以至于可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的，即形成了能带。在0K时电子在能带中所占据的最高充填能级称为费米能级。固体的能带可以用能态密度表示，它表示了在单位能量间隔内电子状态的数目。能态密度为零的区间称为禁带，最高完全占据的能带称为价带，最低未完全占据的能带称为导带。 金属材料中导带被部分充填，因而具有电子导电性。 半导体和绝缘体的导带都是空的，价带完全充满，两者的区别是禁带的宽度不同。 绝缘体：价带为满带，禁带较宽达3～6eV，满带电子不能或较难激发到相邻的空带半导体：价带为满带，禁带宽度为0.1～1.5eV，一定条件下满带电子可激发到相邻的空带，从而在满带上留下空穴，空带中的电子和满带中的空穴都参与导电。导体：价带部分填入，电子很容易跃迁到高能态形成电流，或价带为满带，但与相邻空带相连或重叠，相当于一个未满的能带。 4. 超导体的主要性能指标有几个？简述其主要应用领域？ 答：三个1）临界温度Tc 2）临界磁场强度Hc 3）临界电流密度Jc 应用领域：超导输电、超导发电机、电能的超导储存、超导磁悬浮、电磁炮、超导计算机、生物超导、医学检测等。 5 超导材料零电阻效应迈斯纳效应 答：具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。 在较高的温度时是导体或半导体，甚至是绝缘体，可是当温度降到某一特定值Tc时，它的直流电阻突然下降为零，这一现象称为零电阻效应。 超导态下，外磁场的磁化使超导体表面产生感应电流，感应电流在超导体内产生的磁场正好和外磁场相抵消，导致超导体内部磁场为零，即具有完全抗磁性，这种现象就是迈斯纳效应。 6 介电常数的概念 答：介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米(F/m)。 定义为电位移D和电场强度E之比，ε=D/Ε。电位移D的单位是库/二次方米(C／m^2)。 7 材料按组成结构分为哪几种材料；按性能分为哪两种材料？ 答：从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。 按化学状态分类金属材料无机物非金属材料陶瓷材料有机材料高分子材料 按物理性质分类高强度材料耐高温材料超硬材料导电材料绝缘材料磁性材料透光材料半导体材料 按状态分类单晶材料多晶质材料非晶态材料准晶态材料 按物理效应分类压电材料热电材料铁电材料光电材料电光材料声光材料磁光材

TiO2薄膜的结构及性能研究

钛氧膜的结构及性能研究 1 前言 TiO2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,可使镀有钛氧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；而金红石相钛氧膜是很好的人工心脏瓣膜材料。对于TiO2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。在TiO2性能方面的研究,尤以对其生物相容性和光催化性能的研究最为丰富。 Ti-O膜作为生物活性材料在生物体内可以长期稳定存在且不与生物组织发生物化反应，即具有良好的生物相容性，但其缺点在于植入生物体内后，不能有效地在材料表面形成有正常的细胞并维持长期的活性。国内外很多的研究者采用各种表面改性工艺方法，对材料表面进行生物活化或有机/无机复合等使材料表面挂带—COOH、—OH、—NH2等反应性基团，然后通过形成共价键使生物分子如蛋白质、多肽、酶和细胞生长因子等固定在材料表面，充当邻近细胞、基质的配基或受体，在材料表面形成一个能与生物体相适应的过渡层，以达到活化钛氧膜表面的效果。目前，对钛氧膜的表面改性方法主要包括离子表面注入法，碱处理以及酸活化处理等方法。 作为半导体光催化剂,纳米TiO2薄膜可以利用部分太阳光能,使反应在常温常压下进行,并且反应速度快,对污染物治理彻底,没有二次污染,十分符合环境治理中高效率低消耗的要求。加之TiO2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。TiO2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,TiO2的薄膜型光催化剂已引起人们的极大兴趣。 2 氧化钛的能带结构与晶体结构 2.1氧化钛的能带结构 氧化钛的能带结构如图1-1所示［1］。以金红石相为例，锐钛矿相的结构基本与其一致。氧化钛能带结构是沿布里渊区的高对称结构，3d轨道分裂为e g与t2g 两个亚层，但它们全是空的轨道，电子占据s和p能级；费米能级处于s、p能带和t2g能带之间；最低的两个价带相应于O2s能级。接下来6个价带相应于O2s 能级，最低的导带是由O3p产生生的，更高的导带能级是由O3p产生的。利用能带结构模型计算氧化钛晶体的禁带宽度为3.0（金红石相）、3.2（锐钛矿相）。

TiO2薄膜的结构及性能研究

钛氧膜的结构及性能研究 摘要：主要介绍关于钛氧膜的能带结构，晶体结构以及钛氧膜的生物相容性能和表面活性等问题，还有钛氧膜的化学处理方法。 关键字：钛氧膜结构生物相容性表面活性 TiO2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,可使镀有钛氧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；而金红石相钛氧膜是很好的人工心脏瓣膜材料。对于TiO2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。在TiO2性能方面的研究,尤以对其生物相容性和光催化性能的研究最为丰富。 Ti-O膜作为生物活性材料在生物体内可以长期稳定存在且不与生物组织发生物化反应，即具有良好的生物相容性，但其缺点在于植入生物体内后，不能有效地在材料表面形成有正常的细胞并维持长期的活性。国内外很多的研究者采用各种表面改性工艺方法，对材料表面进行生物活化或有机/无机复合等使材料表面挂带—COOH、—OH、—NH2等反应性基团，然后通过形成共价键使生物分子如蛋白质、多肽、酶和细胞生长因子等固定在材料表面，充当邻近细胞、基质的配基或受体，在材料表面形成一个能与生物体相适应的过渡层，以达到活化钛氧膜表面的效果。目前，对钛氧膜的表面改性方法主要包括离子表面注入法，碱处理以及酸活化处理等方法。 1 氧化钛的能带结构与晶体结构 1.1氧化钛的能带结构 氧化钛的能带结构如图1-1所示［1］。以金红石相为例，锐钛矿相的结构基本与其一致。氧化钛能带结构是沿布里渊区的高对称结构，3d轨道分裂为e g与t2g 两个亚层，但它们全是空的轨道，电子占据s和p能级；费米能级处于s、p能带和t2g能带之间；最低的两个价带相应于O2s能级。接下来6个价带相应于O2s 能级，最低的导带是由O3p产生生的，更高的导带能级是由O3p产生的。利用能带结构模型计算氧化钛晶体的禁带宽度为3.0（金红石相）、3.2（锐钛矿相）。

聚乙烯的力学性能

聚乙烯的力学性能 XXX （学号：57011090XX 学院：材料学院专业班级：高分子092班） 摘要：聚乙烯是半结晶热塑性材料。它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依赖于使用的聚合方法。聚乙烯的力学性能一般，拉伸强度较低，抗蠕变性不好，耐冲击性好。冲击强度LDPE>LLDPE>HDPE，其他力学性能LDPE

掺杂型TiO2薄膜的能带结构研究 - 《厦门大学学报(自然

TiO2复合薄膜的能带匹配和协同效应研究 曹艳芳，徐晓明，吴平平，韩国彬* （厦门大学化学化工学院，福建厦门361005） 摘要：以钛酸正丁酯（Tetrabutyl titanate，TBOT）和正硅酸四乙酯（Tetraethyl orthosilicate，TEOS）为前驱体，采用溶胶法制备TiO2以及PdO、NiO、SnO2和SiO2分别与TiO2复合的溶胶，利用浸渍提拉法在玻璃基片上制备TiO2、PdO／TiO2、SnO2／TiO2、NiO／TiO2和SnO2／SiO2／TiO2复合薄膜，并通过薄膜对亚甲基蓝的光降解效率研究添加不同能带结构类型的金属氧化物（MO x）对TiO2光催化性能的影响，探索金属氧化物与TiO2的能级匹配及其协同规则．实验结果表明：TiO2复合薄膜中金属氧化物的价带和导带电位都应高于TiO2的价带和导带电位，使TiO2的价带电子易被激发迁移到金属氧化物的导带上，空穴则留在TiO2的价带上，这样的能带结构匹配才能够实现电子和空穴的更有效分离，降低复合几率，从而能够较大程度地提高复合薄膜的光催化效率． 关键词：MO x／TiO2复合薄膜；禁带宽度；光催化效率 中国分类号：O 648 文献标志码：A 1972年，Fujishima[1]首次发现半导体TiO2电极能够在紫外光照射下催化电解水，从而开辟了半导体光催化这一新的领域．氧化物半导体光催化技术引起国内外学者的极大关注，这是由于从能源利用角度来看，它可以利用太阳光作为驱动力活化催化剂，驱动氧化还原反应，降解有机污染物[2-6]，改善环境．TiO2是n型半导体，导带底跟价带顶之间有宽度为E g的禁带．如图1所示，当吸收光子能量hv大于或等于E g时，价带电子跃迁到导带，空穴留在价带上．导带电子是良好的还原剂，可以将吸附TiO2表面的O2（空气或溶液中）还原成活性氧自由基（O2-·），O2-·继续参加光催化反应，生成羟基自由基（HO·）和其他强活性自由基；带正电的空穴具有极强的氧化能力，易与吸附在TiO2表面的H2O和氢氧根（OH-）反应生成羟基自由基HO·．HO·是一种非常活泼的自由基，可以氧化多种有机物，将其氧化成无机小分子，CO2，H2O等． ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 收稿日期:2015-03-22 录用日期：2015-05-11 基金项目:校企合作项目(0042-K81280) *通信作者：hangb@https://www.wendangku.net/doc/1a18812785.html,

材料制备与表征复习资料

2009级《材料制备与表征》复习范围一．铁电材料 1、感应式极化：离子晶体中最主要的极化形式是电子位移极化和离子位移极化，这两种极化都属于感应式极化，极化强度大小依赖于外施电场。线性关系，E=0，P=0。 2、自发极化：铁电体所表现的自发极化，却是不依赖于外电场，并能随外电场反向而发生反转。非线性关系，E=0，P≠0。 3、铁电体(ferroelectric)：具有自发极化，且自发极化方向能随外场改变的晶体。它们最显著的特征，或者说宏观的表现就是具有电滞回线。 4、电滞回线(hysteresis curve)：铁电体在铁电态下极化对电场关系的典型回线。 5、电畴（domain）：在铁电体中，固有电偶极矩在一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴或畴。 6、畴壁（domain wall）：畴的间界。 7、铁电相变：铁电相与顺电相之间的转变。当温度超过某一值时，自发极化消失，铁电体变为顺电体。 8、居里温度（Curie temperature or Curie point）：铁电相变的温度。 9、铁电体的分类：1）按结晶化学；2）按力学性质；3）按相转变的微观机构；4）按极化轴多少。 10、铁电陶瓷：在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化能为外电场所转向的陶瓷称为铁电陶瓷。 典型的铁电材料BaTiO3 什么是电畴？电畴是如何形成的，180°畴和90°畴有何异同？ 答：在铁电体中，固有电偶极矩在一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴或畴。 电畴的形成过程：新畴成核、畴的纵向长大、畴的横向扩张和畴的合并四个阶段。 180°畴自发极化方向相反，反平行，在晶体中不产生应力；180°畴前移速度比侧向移动速度快几个数量级。畴壁薄。90°畴的自发极化方向相互正交，有应力产生。新畴的发展主要依靠外电场推动90°畴壁的侧向运动。畴壁较厚。 自发极化与铁电体的概念？ 答：自发极化：铁电体所表现的自发极化，却是不依赖于外电场，并能随外电场反向而发生反转。非线性关系，E=0，P≠0。 铁电体(ferroelectric)：具有自发极化，且自发极化方向能随外场改变的晶体。它们最显著的特征，或者说宏观的表现就是具有电滞回线。