以光辅助MOCVD法在有取向Ni衬底及LAO单晶衬底上制备YBCO外延膜的比较研究

采用光辅助金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法,在生长有CeO2/YSZ/Y2O3(YSZ为Y稳定的ZrO2)缓冲层的双轴取向Ni衬底上进行了YBa2Cu3O7-x(YBCO)外延膜生长,并与LaAlO3(100)[LAO(100)]单晶衬底上的YBCO外延膜生长进行了对比.发现在Ni衬底上c轴取向YBCO外延膜的生长温度比LAO衬底上的生长温度低约30℃,但生长速度更快.经分析认为,这种差别主要是由于Ni衬底的热导率比LAO衬底高造成的.Ni衬底及LAO衬底上生长的c轴取向YBCO外延膜的超导极限电流密度(Jc)分别约为0.5 MA/cm2及1.8 MA/cm2.     

二氧化钛超薄膜的组装

近年来LB膜技术和超微粒子研究的发展，将两者有效地结合起来组装了与量子电子学、非线性光学、光电化学、化学生物传感器有关的纳米量级无机半导体材料［‘－‘j．其中TIO。纳米薄膜材料已在太阳能电池反射膜、压电铁电薄膜、电致显示器件［‘j、可逆光电池和超导薄膜［’］研究中都显示了广阔的应用前景．这类薄膜制备多采用化学气相沉积（CVD）技术和原子层外延．也有人把LB技术应用于纳米粒子的组装来制备TIO。超薄膜［”’j二本文利用烷氧基钛在水／空气界面上发生的溶胶一凝胶化反应制备TIO。基胶态粒子及其固态凝聚膜，将其与…     

不锈钢基底上TiO2薄膜型光催化剂的制备和化学结构

采用钛酸正丁酯作为前驱体,通过溶胶-凝胶法在不锈钢基片上制备了TiO2纳米薄膜。利用俄歇电子能谱(AES)和紫外反射光谱等研究手段,对TIO2薄膜的化学结构及基底材料界面相互作用进行了系统研究。结果发现,在不锈钢基底上形成的TiO2薄膜与基底材料发生了明显的界面扩散反应。在TiO2薄膜的形成过程中,不锈钢中Fe元素向TiO2薄膜层扩散,并与从大气氛中扩散到界面的氧发生化学反应,形成铁氧化物界面过渡层。界面氧化过程,导致了Fe向样品表面的偏析和扩散。在高温热处理过程中,Fe可以扩散到TiO2薄膜的表面。薄膜催化剂的紫外反射光谱表明,界面扩散反应导致了Fe扩散进入TiO2薄膜的晶格,从而改变了薄膜催化剂的光吸收性能。     

溶胶-凝胶法制备薄膜型TiO2光催化剂

用TiCl4作原料,通过溶胶-凝胶法在单晶硅基片上制备了TiO2纳米薄膜,并用XRD,AES,XPS以及紫外反射光谱等手段,对TiO2薄膜的结构进行了研究.结果发现,TiO2薄膜以锐钛矿型晶相存在.TiO2薄膜层与硅衬底间无明显的界面扩散反应.掺杂的Pd在还原前的薄膜中以氧化态存在,还原后则以高分散的金属态存在.掺杂的Pt在还原前后均以金属态存在,但还原后产生颗粒聚集.掺杂Pd的TiO2薄膜经还原后,其紫外吸收强度明显提高,主吸收峰发生红移.     

La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4超导双层薄膜的制备及电学输运性能研究

采用Nd:YAG固体激光器在SrTiO3(STO)衬底上成功制备了具有c轴取向的过掺杂La1.8Sr0.2CuO4和欠掺杂La1.9Sr0.1CuO4超导薄膜。分别对薄膜的晶体结构、电学输运性能进行了研究。通过晶体结构分析表明超导薄膜沿<001>晶向生长,沉积后的薄膜超导转变温度(TC)随着薄膜厚度(20～200 nm)的增加而逐渐升高,显示薄膜由二维特征向三维特征过渡。在双层薄膜La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4结构中,其电学输运性能和所加电场的方向有很大关联,反映出电场的方向影响了超导薄膜中空穴载流子的扩散,进而影响了薄膜的超导转变温度和电学输运性能。     

PCVD法制备ZrO~2和YSZ薄膜

以金属β-二酮类有机螯合物Zr(DPM)~4和Y(DPM)~3为挥发性源物质, 采用微波等离子体化学气相淀积法于较低的温度下(420～560℃)成功地在多孔α-Al~2O~3陶瓷,非晶玻璃等衬底上制备出致密的ZrO~2和YSZ薄膜材料.XRD分析结果表明,纯ZrO~2薄膜中除了单斜相外还存在着亚稳态的四方相.当掺入的Y~2O~3 摩尔百分含量大于或等于7%时,ZrO~2完全被稳定成立方相.SEM观察表明, 在等离子体内的不同区域中生成的薄膜形貌有所不同.XPS检测了YSZ薄膜中Zr3d~5~/~2和Zr3d~3~/~2 的电子结合能,发现较ZrO~2的标准值低0.7eV.由TEM观察和由XRD衍射峰半宽度计算, 所制备的ZrO~2和YSZ薄膜中微晶粒径在10nm左右     

具有SiC缓冲层的Si衬底上直接沉积碳原子生长石墨烯

石墨烯是近年发现的一种新型多功能材料.在合适的衬底上制备石墨烯成为目前材料制备的一大挑战.本文利用分子束外延(MBE)设备,在Si 衬底上生长高质量的SiC 缓冲层,然后利用直接沉积C原子的方法生长石墨烯,并通过反射式高能电子衍射(RHEED)、拉曼(Raman)光谱和近边X 射线吸收精细结构谱(NEXAFS)等实验技术对不同衬底温度(800、900、1000、1100 °C)生长的薄膜进行结构表征.实验结果表明,在以上衬底温度下都能生长出具有乱层堆垛结构的石墨烯薄膜.当衬底温度升高时,碳原子的活性增强,其成键的能力也增大,从而使形成的石墨烯结晶质量提高.衬底温度为1000 °C时结晶质量最好.其原因可能是当衬底温度较低时,碳原子活性太低不足以形成有序的六方C-sp2环.但过高的衬底温度会使SiC 缓冲层的孔洞缺陷增加,衬底的Si 原子有可能获得足够的能量穿过SiC薄膜的孔洞扩散到衬底表面,与沉积的碳原子反应生成无序的SiC,这一方面会减弱石墨烯的生长,另一方面也会使石墨烯的结晶质量变差.     

Ta2O5/Si薄膜界面结构及光催化活性

利用溶胶-凝胶法和旋转镀膜法在单晶Si(110)基底上制备了Ta2O5光催化剂薄膜. 薄膜颗粒的晶粒度和大小随着热处理温度的升高而增加. 利用扫描俄歇电子能谱(AES)的表面成分分析、深度剖析和线形分析技术研究了热处理温度对Ta2O5/Si 样品膜层和基底的界面化学状态和相互作用的影响规律. 研究表明, 在700 ℃以下热处理时, Ta2O5/Si薄膜界面处以扩散作用为主;在800 ℃高温热处理时,在界面扩散的同时也引发界面反应, 生成了SiO2物种, 界面扩散和界面反应会对薄膜和基底元素的化学价态发生影响. 在紫外光下降解水杨酸的光催化活性的研究表明, 在600 ℃下焙烧制备的Ta2O5/Si薄膜具有与TiO2/Si薄膜相当的光催化活性.     

衬底温度对ZnO薄膜生长过程和微结构的影响

从原子尺度上去研究薄膜生长过程中温度对薄膜取向性、缺陷结构以及薄膜完整性的影响和作用规律, 对于解释薄膜生长的物理本质、控制生长条件、提高薄膜制备的质量具有重要意义. 本文应用基于反应力场的分子动力学方法研究了ZnO薄膜(000l)表面作为衬底的薄膜沉积生长过程, 初步讨论了衬底温度(200、500和800 K)变化对沉积较薄ZnO膜质量的影响, 部分结果与实验观察相符. 结果表明, 衬底温度在500 K左右时, 沉积原子结构径向分布函数曲线特征峰尖锐、明显, 有序度较高, 注入和溅射对薄膜完整性影响较小, 沉积形成的薄膜结构稳定而又致密. 在预置衬底表面平坦的情况下薄膜呈现一种链岛状的生长模式, 每原子层均具有两种生长取向, 导致其生长前锋交汇处形成了一种新的有序缺陷.     

Ga和Cu/In衬底上电沉积金属Ga

在酸性水溶液中,分别在金属Ga和Cu/In衬底上进行了Ga电沉积的研究。用循环伏安法研究了导电盐、pH值对电沉积Ga的影响。系统研究了Ga的沉积过程,发现Ga会逐渐向薄膜内部扩散,在Cu/In界面上与CuIn合金反应生成CuGa₂合金。针对Cu/In薄膜和Ga薄膜是活泼金属的特点,在溶液中加入三乙醇胺有效地保护了Cu/In薄膜和Ga金属薄膜不被氧化,并且提高了Ga沉积的电流效率。在Cu/In薄膜上制备出了均匀光亮的金属Ga薄膜。对电沉积出Cu-In-Ga预置层进行了硒化处理,得到了质量较好的Cu(In_1-xGa_x)Se₂(CIGS)薄膜,并制备了太阳电池。电池效率达到了9.42%。     

CeO2(111)和CeO2(100)的界面调控合成及在Pt(111)上的结构转变

氧化铈基催化材料在催化反应中存在显著的晶面效应,为了在分子尺度上理解其催化化学,需要可控合成具有明确表面结构的氧化铈.因此,我们研究了Pt(111)上氧化铈纳米结构和薄膜的生长.人们通常使用金属-氧化物之间的强相互作用来解释Pt/CeO_x催化剂上的催化过程,然而对于Pt与CeO_x之间的强相互作用仍旧缺乏原子尺度上的了解.我们的结果表明, Pt与氧化铈之间的相互作用可以影响氧化铈的表界面结构,这可能会进而影响Pt/CeO_x催化剂的性质.在Pt(111)上生长的氧化铈薄膜通常暴露CeO_2(111)表面.我们发现Pt(111)表面厚度在三层以内的氧化铈薄膜,其结构是高度动态且随着退火温度升高而变化的,这种动态结构变化可归因于Pt和氧化铈间的界面电子作用.当氧化铈薄膜的厚度增大到三层以上,其负载的氧化铈团簇开始表现出迥异于三层以下氧化铈纳米岛的优异的热稳定性,表明Pt与CeO_x之间的界面电子作用主要影响厚度在三层以内的氧化铈纳米结构.采用常规的反应沉积方法难以获得完全覆盖Pt(111)衬底的规整氧化铈薄膜,而我们通过采取一种两步的动力学限制生长方法,制备出了完全覆盖Pt(111)衬底的氧化铈薄膜.对于Pt(111)上厚度约为3-4层的氧化铈薄膜,在超高真空中于1000 K退火会导致氧化铈薄膜表面形成CeO_2(100)结构.这是因为高温还原促进了c-Ce_2O_3(100)缓冲层的形成,该缓冲层被Pt的界面电子转移以及相匹配的超晶格所稳定,并进一步成为顶层CeO_2(100)结构生长的模板.进一步在900 K的氧气中处理则可将薄膜CeO_2(100)表面完全转变为CeO_2(111)表面.因此, Pt(111)上氧化铈纳米岛和薄膜所展现的结构动态变化是由Pt-CeO_x界面作用与氧化铈层间作用相互竞争所决定.本研究提供了对氧化铈负载Pt催化剂的原子级理解,虽然Pt/CeO_2催化剂活性增强的原因常被简单归结于界面强相互作用,我们的研究在原子尺度上进一步表明Pt/CeO_2在还原条件下易形成界面Ce_2O_3层.此外,本研究提供了不同晶面二氧化铈模型催化剂的构筑方法,可将对氧化铈晶面效应和Pt/CeO_x催化剂的研究推进到分子尺度.     

气相助剂辅助绝缘衬底上石墨烯生长：现状与展望

借助化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)技术在绝缘衬底上直接生长的石墨烯薄膜,在能源存储/转换等领域有着广阔的应用前景。然而,绝缘衬底表面石墨烯的生长呈现成核密度高、畴区尺寸小、生长速率低等特点,获得的石墨烯薄膜往往具有较高的晶界密度和较低的层数均匀度,严重制约着石墨烯基器件性能的发挥。在反应体系中引入气相助剂可有效降低碳源裂解和石墨烯生长的能垒,从而实现石墨烯品质与生长速率的提升。本文综述气相助剂辅助绝缘衬底上石墨烯制备的方法：首先对绝缘衬底上石墨烯的生长行为进行分析;随后着重介绍几类常见的气相助剂辅助石墨烯生长的策略和机理;最后,总结绝缘衬底上制备高品质石墨烯存在的挑战,并对未来的发展方向进行展望。     

塑料太阳能电池研究进展

塑料太阳能电池是目前国际上比较活跃的研究领域,它具有制备工艺简单、可制备在柔性衬底上、材料的化学结构可调等优点.重点介绍以共轭聚合物-富勒烯衍生物混合物为活性层的体异质结结构塑料太阳能电池研究进展.从活性层薄膜的微观形态结构调控、电极接触界面、光场在电池各层中的空间分布以及叠层结构等几个方面综述了影响塑料太阳能电池效率的因素和提高效率的方法.最后简要介绍了塑料太阳能电池所面临的问题和挑战.     

薄膜型中温固体氧化物燃料电池 (SOFC)研制及性能考察

用一种廉价的湿化学方法 ,在Ni_YSZ阳极基膜上制备出致密的YttriaStabilizedZirconia(YSZ)薄膜 .薄膜的厚度约为 10 μm ,致密均匀 ,无裂纹等缺陷 .以Ni_YSZ阳极基膜 ,YSZ薄膜和锶掺杂锰酸镧阴极 (LSM )组装的SOFC单电池 ,在 80 0℃下功率密度达 0 1W /cm2 .研究分析表明 ,YSZ薄膜的IR降 (包括电极 /YSZ薄膜的接触电阻 )较小 ,不是影响电池性能的主要因素 ,大的阳极过电位是影响电池性能的主要因素 .     

CSD法超导薄膜的形成机制和超导电性研究

利用化学喷雾沉积法（CSD法）在未定向的ZrO2单晶衬底上获得了零电阻温度高于85K和转变宽度为2K、厚度小于5μm的YBa2Cu3O7-δ超导薄膜，以XRD、XPS和SEM等手段研究了不同制备条件下薄膜的晶体结构、电子结构和显微表貌，讨论了材料膜形成机制及其与超导电性的关系。     

用椭偏光谱法测量很薄固体膜的光性

本文讨论了利用棉偏光谱法测量很薄固体膜的光性的原理和方法,包括椭偏计算模型的建立、模型的合适性等问题,考察了环境介质-薄膜-衬底三根系统和环境介质-薄膜-界面过渡层-衬底四相系统,并引入了一种简化椭偏计算的方法。此外,本文也给出了两个研究实例,包括Si衬底上的Pt膜和PtSi膜。     

不同含钴阴极在YSZ薄膜电解质固体氧化物燃料电池中的性能

固体氧化物燃料电池阴极材料的阻抗对固体氧化物燃料电池的性能有较大影响.我们通过XRD、对称电池以及单电池性能测试等方法比较系统地研究了4种最为常用的含钴阴极材料直接用于钇稳定化氧化锆（YSZ）电解质薄膜与通过引入SDC夹层后用于YSZ电解质薄膜后的性能.我们发现,不同的含钴阴极材料与YSZ材料之间都不同程度地发生相反应,在应用于YSZ电解质薄膜上时,相反应大大降低了含钴阴极材料的性能,在使用了SDC夹层后,单电池的功率输出显著提高.     

复合阳极共烧制备致密La0.7Ca0.3Cr0.97O3-δ连接体薄膜的研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)陶瓷连接材料的低成本薄膜化制备是现在公认的技术难题。为了改善传统NiO/YSZ阳极与LaCrO3基连接材料的共烧匹配性能,将化学性质稳定的Y0.7Ca0.3Cr0.9Zn0.1O3-δ(YCCZ)连接材料创造性地引入到NiO/YSZ阳极中,制备NiO/YSZ/YCCZ(6∶4∶2,m/m/m)三相复合阳极,并进行烧结特性、微观结构、电导率、热膨胀系数等系列性能的对比测试,结果表明NiO/YSZ/YCCZ新型复合阳极具有优良的综合性能。以NiO/YSZ/YCCZ为支撑体,采用浆料浸渍法制备湿膜,1 400℃空气条件下共烧,成功制备致密La0.7Ca0.3Cr0.97O3-δ连接体薄膜。     

染料敏化太阳电池中双层结构TiO2薄膜空间的电子分布与接触界面转移过程

采用电化学阻抗谱(EIS)研究了双层结构TiO2薄膜的电子积累和与电解液接触界面的电子转移过程. 通过制备纳米颗粒单层和纳米颗粒/亚微米颗粒双层2种不同微结构的TiO2薄膜电极, 对其电容分布、 局域态密度、 薄膜内部电子传输和固/液界面电子转移过程进行了研究. 分析了纳米颗粒/亚微米颗粒双层结构电极对染料敏化太阳电池(DSC)性能的影响. 结果表明, 一定数量的电子会积累在亚微米颗粒层中引起薄膜电极化学电容的增加. 在纳米颗粒层上端覆盖亚微米颗粒后降低了界面复合电阻, 但对薄膜电极的传输性能影响较小. 因此在筛选和制备DSC散射层材料时除应具有良好的光散射性能外, 还应考虑材料的化学电容和界面转移电阻等因素.     

ZnS∶TbF_3薄膜电致发光器件性能的研究

用射频磁控溅射和扫描电子束蒸发方法研究制备了ZnS∶TbF3薄膜的交流电致发光器件。研究了制备ZnS∶TbF3薄膜电致发光器件的几种因素对电致发光器件性能的影响 ,诸如 ,磁控溅射过程中衬底温度 ,发光层厚度 ,退火等。