溶胶-凝胶旋涂法制备Ag-Zn共掺TiO2薄膜及其光学性能研究

• 作 者: 王磊
• 出 处: 辽宁师范大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 溶胶-凝胶法 TiO2薄膜 Ag掺杂 Ag-Zn共掺 光学性能

薄膜材料的种类繁多,常见的有氧化锌（Zinc Oxide,简称Zn O）、氧化镍（Nickel Oxide,简称Ni O）、二氧化钛（Titanium Dioxide,简称TiO₂）以及掺杂的氧化物薄膜。其中纳米级的TiO₂薄膜因其具有价廉、优良的化学稳定性和光学特性而备受关注。目前,TiO₂薄膜已被广泛应用于新能源的开发、太阳能的利用以及环境净化等方面。本文首先介绍了TiO₂薄膜的结构、性质、用途、常见的改性方法以及制备方法。其次在Si片和玻璃衬底上,选用溶胶-凝胶旋涂法合成了不同溶胶浓度的未掺杂TiO₂薄膜、Ag单掺杂TiO₂薄膜和Ag-Zn共掺杂的TiO₂薄膜。最后利用X射线衍射仪（X-ray diffraction,简称XRD）、扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,简称SEM）和紫外-可见分光光度计（Ultraviolet visible spectrophotometer,简称UV-Vis）等仪器,探究了溶胶浓度、Ag掺杂量和Zn掺杂量对TiO₂的晶格尺寸、表面形貌、吸光度和光学带隙的影响。测试及分析结果如下:（1）所制备二氧化钛都是锐钛矿型。最佳的溶胶浓度是0.5mol/L,在此浓度下样品的结晶度最高,TiO₂的表面孔隙数量最少,在可见光的吸收最好,禁带宽度减小到3.515e V。（2）银元素掺杂后的TiO₂仍然是锐钛矿型。适量的Ag掺杂可以改善TiO₂的结晶质量和光学性能。当Ag掺杂量为1.5at%时,样品沿C轴生长的择优取向性最好,晶粒大小均匀,吸光度曲线的吸收边发生红移,禁带宽度减小到3.476e V。（3）在固定Ag掺杂量不变的基础上,进一步掺入Zn元素。样品的（101）衍射峰强度出现了先减弱后增强的趋势。Ag-Zn共掺杂TiO₂薄膜的表面出现了非常明显的变化,晶粒尺寸和空隙数量均减小。当Zn元素的掺杂量为2.00at%时,样品的（101）衍射峰强度最强,晶粒大小均匀,薄膜表面最为光滑,吸光度曲线的吸收边红移,禁带宽度进一步减小,为3.419eV。