TiO2/SiO2双层减反射膜的制备及其性能研究

采用真空电子束蒸发法制备TiO2/SiO2双层减反射膜,实现宽波段范围内的低反射率,以满足砷化镓三结太阳电池对入射光的需求.主要研究了基片温度、电子束流和充氧量对TiO2、SiO2单层膜性能(膜层厚度、折射率)的影响.研究过程中,按照三因素两水平的正交实验进行,用分光光度计对TiO2、SiO2薄膜样品的折射率进行测试.实验结果显示,两种氧化物介质膜的折射率均随基片温度和束流的升高而增加,随氧压的升高而降低,工艺参数对TiO2膜性能影响较大.     

直流磁控反应溅射法制备工艺参数对TiO2薄膜光催化性能的影响

采用直流磁控反应溅射法在未加热衬底上沉积TiO2薄膜,以紫外灯为光源进行了薄膜光催化降解亚甲基蓝溶液的实验,研究了沉积工艺参数和后处理退火温度对薄膜光催化性能的影响.结果表明:经过500℃退火、厚度较大的薄膜样品光催化效率较高;膜厚基本相同的样品,沉积时电源功率较小、Ar/O2流量比例较小的薄膜光催化效率较高.     

Cu∶CdS/TiO2的制备及其光电化学性能研究

采用水热法制备(001)晶面裸露的TiO2纳米片阵列薄膜,并采用水热法进行CdS纳米颗粒复合,探讨不同水热反应时长对复合薄膜结构及性能的影响.为了提高复合薄膜的光电化学性能,在水热反应过程中引入Cu前驱体,并探讨不同掺杂浓度对复合薄膜性能的影响.研究结果表明Cu元素掺杂有效拓宽了CdS复合TiO2纳米片阵列薄膜(CdS/TiO2)的光吸收范围,并且提高了CdS/TiO2的光电化学性能.当水热反应3h,Cu掺杂浓度为1∶1 000时,CdS/TiO2的光电性能达到最佳.     

不同结构TiO2-ZnO异质复合膜光催化活性的研究

采用多靶磁控溅射离子镀技术制备TiO2-ZnO和(TiO2-ZnO)/TiO2两种不同结构的复合薄膜.研究薄膜在pH值分别为5、7和9时对甲基橙的降解,并结合薄膜光催化实验后的透光率、表面形貌和电化学腐蚀性能,探讨TiO2顶层对TiO2-ZnO异质复合薄膜光催化活性的影响.结果表明:两种薄膜的光催化活性均在酸性中最好,依次为碱性和中性,但(TiO2-ZnO)/TiO2薄膜的降解率和降解速率始终高于TiO2-ZnO薄膜,且酸、碱性环境下更明显.光催化实验后,(TiO2-ZnO)/TiO2薄膜表面无变化,TiO2-ZnO薄膜出现明显的腐蚀、溶解形貌,且薄膜透光率在不同环境中的变化相差4～5倍.在不同pH值的3.5wt; NaCl溶液中,(TiO2-ZnO)/TiO2复合薄膜的腐蚀电位和腐蚀电流均优于TiO2-ZnO薄膜.由于TiO2顶层良好的耐酸碱腐蚀性能,(TiO2-ZnO)/TiO2薄膜在pH值较大范围的溶液中表现出更好的光催化活性.     

阳极氧化法制备TiO2有序多孔薄膜

采用二次阳极氧化工艺,以含有氟化铵和水的乙二醇体系作为电解液,在纯钛表面制备有序的TiO2多孔薄膜.通过改变预处理方式、电压、氧化时间和搅拌速度等实验参数来探究其对TiO2多孔薄膜形貌的影响.结果表明,抛光后Ti基片制得的TiO2多孔薄膜表面更加平整;TiO2纳米孔的孔径和孔间距随着阳极氧化电压升高在一定范围内线性增大;TiO2纳米孔的孔径随着阳极氧化时间延长增大,孔壁随时间延长减薄,通过控制氧化时间可以实现纳米孔薄膜向纳米管阵列的转变;搅拌速度在400 r/min时,能够获得有序的自组织TiO2多孔薄膜.     

基于玻璃基底的TiO2自清洁减反射薄膜的研究

采用直流磁控溅射(DMS)技术和能量过滤磁控溅射(EFMS)技术在玻璃基底上制备了TiO2薄膜.用TFC膜系设计软件优化设计了单层和双层减反射薄膜,确定制备工艺参数,根据优化结果分别制备了TiO2构成的单层和双层薄膜.利用SEM、椭偏仪、接触角测定仪和光催化测试系统对薄膜进行了表征和测试.实验结果表明:优化设计的膜层都具有良好的减反射性能,单层和双层薄膜在400~800 nm的平均透射率分别为0.845和0.891.氙灯照射30 min后接触角从61.5°变为28°和8°,后者具有超亲水性.紫外光照下对RhB的降解速率分别为-0.0019 min-1和-0.0034 min-1,具有良好的自清洁性能.单层和双层TiO2薄膜具有自清洁和减反射性能.由高低折射率匹配组成的双层薄膜有较平滑的曲线,光催化降降解性能和亲水性较好.     

Yb3+-Ho3+-F-共掺杂TiO2纳米晶的上转换发光性能及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用溶胶-水热法制备了Yb3-Ho3+-F-共掺杂的TiO2(简写为UC-F-TiO2)纳米粉末.通过XRD,TEM,拉曼光谱,XPS和发光光谱,研究了yb3掺杂浓度对UC-F-TiO2纳米粉末的结构、形貌和上转换发光性能的影响规律.结果表明:UC-F-TiO2纳米粉末颗粒的大小约20 nm,由金红石和锐钛矿两种结构混合组成,且随着yb3+掺杂浓度的增加,金红石结构的TiO2所占比例增加;在980 nm激光激发下,UC-F-TiO2发射出中心在543 nm、647 nm和751 nm处的三个发光带.研究了基于UC-F-TiO2和纯TiO2纳米多孔薄膜光阳极的染料敏化电池的光伏性能.结果表明:与纯TiO2制备的电池相比,将UC-F-TiO2应用于染料敏化电池,电池的光电转换效率提高了29.7;.     

纳米结构WO3/TiO2复合薄膜的制备及应用进展

WO3/TiO2复合薄膜具有许多特性,是一种优良的光电功能薄膜材料.利用先进的制膜技术获得性能优异的纳米结构WO3/TiO2复合薄膜,对提高光电器件的性能及应用具有重要意义.本文着重介绍了溶胶-凝胶法、水热法、电沉积法和磁控溅射法制备纳米结构WO3/TiO2复合薄膜.总结了纳米结构WO3/TiO2复合薄膜在电致变色智能窗、光催化技术、湿度传感器上的应用.最后,针对纳米结构WO3/TiO2复合薄膜现状提出了未来发展趋势.     

TiO2-ZnTiO3纳米复合薄膜的制备及光催化性能

将ZnO粉末加入TiO2溶胶中制备出TiO2/ZnTiO3复合薄膜.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱对其形貌、晶体结构、化学组成和光谱响应特征进行了表征.以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了不同ZnO掺入比例对复合薄膜光催化性能的影响.结果表明,所得材料的光催化性能与复合结构中TiO2的结晶结构有关.Ti/Zn=6∶1时,所得复合薄膜由锐钛矿相TiO2与钙钛矿相ZnTiO3构成,薄膜中晶粒尺寸较小(约为30 nm)、结晶度较高、催化性能最好.在紫外光下5h可使亚甲基蓝(MB)溶液脱色降解率达到94;,明显高于纯TiO2薄膜(87;).     

TiCl4处理对TiO2薄膜显微结构以及染料敏化太阳电池性能的影响

本文通过粉末涂敷法制备了纳米TiO2多孔膜,并用40 mM的TiCL4水溶液对多孔膜进行了表面处理,发现TiCl4处理对多孔薄膜的显微结构有重要影响.通过纳米TiO2多孔膜的表面形貌分析,发现TiCl4处理降低了薄膜因高温烧结而出现的"龟裂"现象,同时薄膜中微空洞数量增加,分布更均匀,进而显著提高了染料敏化太阳电池的光电转化效率.     

硅铝共掺杂对TiO2薄膜结构及性能的影响

采用非水解溶胶-凝胶法制备了Si、Al共掺杂的TiO2薄膜.应用X射线衍射、紫外可见分光光度计研究了Si、Al掺杂对TiO2薄膜晶型转变、晶粒尺寸、光吸收性能及光催化性能的影响.结果表明:适量引入Si、Al后,可显著提高1000℃热处理后TiO2薄膜的光催化活性;当Si/Ti物质的量比为0.2时,薄膜由于混晶结构光催化活性最佳;Si、Al共掺杂能抑制TiO2的晶型转变及TiO2的晶粒生长,且Si、Al共掺杂的抑制作用比单一Si掺杂更有效;当Si/Ti物质的量比为0.15、Al/Ti物质的量比为0.05时,TiO2锐钛矿向金红石的转变温度从750℃提高到1200℃.     

二氧化钛纳米晶囊泡微乳液在聚氨酯涂饰体系中的应用

以钛酸丁酯为原料,十六烷基三甲基溴化铵与十二烷基苯磺酸钠自组装形成的囊泡为微反应器,制备了二氧化钛纳米晶囊泡微乳液.将二氧化钛纳米晶囊泡微乳液与水性阳离子聚氨酯复配,得到聚氨酯/TiO2囊泡微乳液(UPC/TVM)复合皮革涂饰剂,采用TEM、马尔文粒径分析和紫外漫反射等方法,研究了TiO2囊泡微乳液和聚氨酯配比对涂饰剂分散、成膜、涂饰性能的影响.研究结果表明,TiO2囊泡微乳液与聚氨酯形成均一的微乳液,粒径尺寸在80 nm左右.TiO2囊泡微乳液的加入,使得UPC/TVM3膜与UPC膜相比,抗张强度、断裂伸长率和吸水性都有所提高并出现明显的抗紫外效果.UPC/TVM复合皮革涂饰剂应用实验结果表明涂层的抗水性提高,耐折性能没有改变.     

GaAs基底TiO2/SiO2减反射膜的反射率性能分析

本文设计并制备了适用于砷化镓(GaAs)多结太阳电池的TiO2/SiO2双层减反射膜,通过实测反射谱来验证了理论设计的正确性。利用编程分析了TiO2、SiO2单层膜的厚度及其折射率对双层膜系反射率的影响。结果显示,在短波范围(300～600 nm),TiO2膜厚对反射率的影响要大于SiO2,而SiO2折射率对反射率的影响比TiO2大;在中波范围(600～900 nm),随着单层膜的厚度和折射率的增加,双层膜系反射率存在一个最小值,变化趋势是先降低,而随后增加。同时,计算结果得到SiO2和TiO2的最优物理膜厚分别为78.61 nm和50.87 nm,此时在短波段中心波长λ1=450 nm处最小反射率为0.0034%,在中波段中心波长λ2=750 nm处最小反射率为0.495%。采用电子束蒸发法在GaAs基底上淀积TiO2/SiO2双层膜,厚度分别为78 nm和50 nm。实测短波和中波相应的反射率极小值分别为0.37%和2.95%,与理论结果吻合较好。     

Zn2+掺杂高岭石基纳米TiO2光催化材料的表面特性研究

基于高岭石表面是以Si-O键为主的亲水表面且具有巨大比表面积,易于复合光催化优异的TiO2膜.以高岭石为基材,溶胶-凝胶法制备了具有光催化活性的Zn2掺杂TiO2/高岭石复合光材料.采用XRD、FrIR、Raman、XPS等技术对材料的晶体结构、分子结构、表面元素组成及化学态、纳米TiO2晶体膜的覆盖面积进行表征分析.结果表明:Ti-O与高岭石结构的Si-O发生化学键合,在高岭石表面形成Si-O-Ti键合的纳米TiO2晶体膜,占高岭石表面积的91.35;.掺杂的Zn2只是在TiO2晶体表面复合氧化成红锌矿,而不能进入TiO2晶格.物理化学复合增加了基材高岭石表面晶体缺陷,有利于TiO2晶体表面光生载流子的增生和传输.     

Sm2O3/TiO2对亚甲基蓝染料的光催化降解行为研究

采用浸渍法制备Sm2O3掺杂TiO2的负载型光催化剂Sm2O3/TiO2,考察其在紫外可见光区对亚甲基蓝的光降解行为.利用XRD、N2吸附、SEM、TEM、XPS和ICP-OES等手段表征Sm2O3/TiO2样品,考察Sm2 O3掺杂量和亚甲基蓝浓度对亚甲基蓝紫外光降解活性的影响和催化剂Sm2O3/TiO2的催化稳定性.结果表明,Sm2O3/TiO2对亚甲基蓝的紫外光降解活性高于TiO2,这归因子掺杂Sm2O3引起TiO2的晶体缺陷.这种晶体缺陷作为光生电子和空穴的陷阱实现光生电子-空穴对的有效分离,从而提高Sm2O3/TiO2的光催化活性.Sm2O3/TiO2对亚甲基蓝的光降解活性随着Sm2O3掺杂量的增加先增大后减小,随着亚甲基蓝浓度的增大而减小.Sm2 O3掺杂量5.0wt;的Sm2O3/TiO2对亚甲基蓝紫外光降解的7次循环实验未出现明显失活.     

液相沉积低温制备染料敏化太阳能电池光阳极及表征

本研究采用液相沉积法在恒温与变温两种条件下进行沉积,选用FTO导电玻璃与柔性PET-ITO作为基底.由XRD结果可知产物均为锐钛矿相二氧化钛,80℃条件下结晶性更好;SEM测试结果表明TiO2薄膜层为多孔结构.变温条件制备的电池效率最高,而60℃恒温条件制备的电池效率略高于80℃.FTO作为基底在梯度温度下制备组装的电池效率达到5.71;,相同条件下制备的柔性基底组装的电池效率为4.07;.     

磁控溅射（TiO2-ZnO）/TiO2梯度复合薄膜的制备及光致亲水性研究

采用磁控溅射离子镀设备制备了(TiO2-ZnO)/TiO2梯度复合薄膜,通过TEM、AFM、Raman、XPS分析了复合薄膜的结构、形貌和表面羟基含量,以甲基橙作为有机降解物,研究了(TiO2-ZnO)/TiO2梯度复合薄膜与普通TiO2-ZnO复合薄膜和TiO2薄膜在光催化性能和光致亲水性能上的差异。结果表明:(TiO2-ZnO)/TiO2梯度复合薄膜具有以主体为TiO2-ZnO层、顶层为TiO2的梯度结构,且薄膜表面致密、粒径均匀(10～14 nm),光催化性和亲水性均优于普通TiO2-ZnO复合薄膜和TiO2薄膜,且其光波响应范围红移至450 nm、表面羟基含量高达12.53%,同时梯度复合薄膜的抗光腐蚀性能良好,4 h以后其润湿角仍保持不变。     

乙酰丙酮对PMMA负载锐钛矿型TiO2薄膜及其光催化性能影响

以钛酸丁酯作为钛源,水为溶剂,乙酰丙酮(AcAcH)为表面修饰剂,采用微波水热辅助溶胶-凝胶法制备了纳米晶二氧化钛水溶液,利用提拉镀膜法在聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基板上沉积得到了透明TiO2纳米晶薄膜.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)等对TiO2纳米颗粒和薄膜的晶相组成、表面形貌及光学性能进行表征.同时通过紫外光光催化降解罗丹明B研究了TiO2薄膜的光催化性能.结果表明:通过引入乙酰丙酮,可以得到高度分散、晶相为锐钛矿型的TiO2水溶胶,在PMMA基板上沉积得到的薄膜表面平整、致密,具有良好的透光率,经过180 min紫外光照射,对罗丹明B的降解率达到90;以上.     

钙钛矿太阳能电池的制备工艺与光伏性能研究

设计和制备结构为FTO玻璃/TiO2致密层/TiO2介孔层/CH3NH3PbI3吸收层/C电极的钙钛矿太阳能电池.采用两步法制备CH3NH3PbI3吸收层:首先通过旋涂技术制备PbI2薄膜,然后将PbI2薄膜在浓度为0.044 mol/L的甲基碘化胺/异丙醇(MAI/IPA)溶液中分别浸泡反应0.5 h、2.5 h、3.5 h和4.0 h后获得CH3NH3PbI3吸收层.研究了浸泡反应时间对CH3NH3PbI3吸收层的结构和形貌以及对电池光伏性能的影响.结果表明:PbI2薄膜在MAI/IPA溶液中反应后形成四方结构的CH3NH3PbI3晶粒,当浸泡反应3.5 h时,CH3NH3PbI3晶粒的平均尺寸最大,均匀性较好;XRD图谱中只有CH3NH3PbI3的特征峰,而PbI2的特征峰完全消失.同时,该条件下制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能最佳,其开路电压0.881 V、短路电流密度达到22.17 mA/cm2,光电转化效率6.79;,且在整个可见光区的光子-电子的转换效率接近50;.