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作为一种重要的过渡金属氧化物材料,TiO2具有优异的光学、光催化以及电学性质,在许多领域具有潜在的应用价值,已成为国内外研究的热点。TiO2是一种宽带隙半导体,具有较高的介电常数和折射率。TiO2可以以三种晶相结构存在,分别为锐钛矿(Anatase)、金红石(Rutile)和板钛矿(Brookite)。其中,金红石相结构致密,在所有温度下是最稳定的晶相。由于金红石相的高折射率以及高介电常数,人们往往认为其在光电子的应用方面是最有前途的。而锐钛矿相具有较好的电子传输性能。制备具有纳米结构的TiO2材料、对TiO2进行改性处理,以使其更好地满足在光催化、化学传感器、微电子器件、光电器件、太阳能电池等方面的应用,是本论文选题的出发点。本文中,我们首先用电子回旋共振等离子体辅助脉冲激光沉积(ECR-PLD)、继而退火处理,制备了TiO2纳米晶薄膜。未经退火的样品为锐钛矿相和金红石相的混合结构,退火处理导致相变的发生,薄膜的结晶度依赖于退火温度。N2气氛中经900℃退火30分钟后,薄膜转变为纯金红石相,且具有(110)面择优取向,平均晶粒大小约为45nm。 TiO2纳米晶薄膜在可见光至近红外区具有较高的透过率,高温退火后吸收边发生红移。在成功制备TiO2纳米晶薄膜的基础上,开展了TiO2薄膜的掺N研究。通过对O2和N2混合气体的ECR微波放电形成氧氮等离子体,在此等离子体氛围中激光烧蚀Ti靶,其中活性O与激光烧蚀产物Ti反应形成TiO2膜层,活性N原位掺入沉积生长过程中的TiO2膜层。分析表明,以此方法制备的N掺杂TiO2薄膜呈锐钛矿和金红石的混合相,N原子取代了TiO2晶格中的部分氧原子,N掺杂使得TiO2薄膜的吸收边发生红移。我们用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si衬底上沉积金属Ti膜,继而对该Ti膜阳极氧化制备高度有序的TiO2纳米管阵列。通过对阳极氧化过程的考察和阳极氧化条件对TiO2纳米管形貌影响的比较,摸索了制备大小均匀、取向整齐、形状规则的TiO2纳米管的理想条件,得到了平均孔径20-40nm的TiO2纳米管,退火后的TiO2纳米管呈锐钛矿相,但是纳米管的形貌不受退火处理的影响。通过两步法制备了ZnO/TiO2复合纳米结构,尝试以ZnO修饰TiO2、改变TiO2与周围环境之间的电荷传输特性,以期改善光电化学特性。用阳极氧化方法制备的TiO2纳米管主要呈锐钛矿相,用原子层沉积方法在TiO2纳米管内填充的ZnO薄层则呈六角纤锌矿相。锐钛矿相的TiO2作为间接带隙半导体并不发光,ZnO/TiO2复合纳米结构的光致发光主要为源自自由激子辐射复合的ZnO的近带边紫外辐射,退火处理可以提高紫外PL发光强度,但也会引入氧空位而出现可见波段的PL成分。虽然退火处理可以增加瞬态光电流,却未能取得预期的提高ZnO/TiO2复合纳米结构光电化学特性的结果。