溅射气体中氩气含量对Y1Ba2Cu3O7-δ薄膜结构和Tc的影响

采用倒筒直流磁控溅射系统在不同溅射气体组分下(氩氧比不同)原位沉积Y1Ba2Cu2O7-δ(YBCO)薄膜.样品的XRD分析发现在Ar含量过高和过低的溅射气氛下沉积的薄膜存在极少量的BaCuO2第二相, 同时显示薄膜的c轴长度, (006), (007)对(005)峰强度比随着溅射气体中Ar含量的变化而发生改变.通过薄膜超导零电阻温度检测发现, YBCO薄膜的超导零电阻温度Tc随之发生改变.这说明在磁控溅射沉积YBCO薄膜过程中, 溅射气体中Ar气含量影响薄膜各元素的化学计量比, Ar含量过高和过低导致沉积YBCO薄膜晶体结构发生畸变, 恶化超导电性.     

LaNiO3/Pd复合薄膜电极材料在碱性溶液中的电化学行为研究

用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上沉积制备金属Pd膜、LaNiO3单层膜和Pd/LaNiO3复合薄膜,利用XRD,SEM,EDS能谱、四元探针和电化学方法系统研究了退火处理和表面覆Pd对Pd/LaNiO3复合薄膜电极的相组织结构、表面形貌、电学以及电化学储氢行为的影响。结果表明,700℃退火1 h后,LaNiO3薄膜具有结晶度较佳的钙钛矿型菱方结构组织和最小的电阻率(0.79 mΩ·cm),退火温度高于800℃后,LaNiO3菱方型结构组织开始分解,电阻率增加。LaNiO3薄膜在空气中退火后其表面化学吸附氧转变为晶格氧,导致LaNiO3薄膜氧元素含量明显增加。电化学测试结果表明,在碱液中金属Pd膜具有良好的析氢电催化活性和较好的电化学储氢性能,其最大放电容量为130 mAh·g-1。退火态LaNiO3单膜电极放电容量很小(27 mAh·g-1),当表面覆Pd后退火态LaNiO3/Pd复合薄膜电极放电容量增加至181 mAh·g-1,扣除其表面Pd膜吸氢容量后LaNiO3薄膜电极的实际放电容量最高达到400 mAh·g-1。LaNiO3表面镀Pd后能极大改善和提高LaNiO3薄膜电极的电催化活性和电化学储氢容量。     

退火处理对LaFeO3/Pd复合薄膜微观结构和在碱液中电化学行为的影响

采用射频磁控溅射装置在Si(111)衬底上分别制备了Pd单膜、LaFeO3单膜和LaFeO3/Pd复合薄膜,利用XRD,SEM,EDS,XPS和电化学测试方法研究了退火处理对LaFeO3/Pd薄膜材料的相结构、形貌、化学组成以及电化学性能的影响。研究结果表明:未退火的溅态LaFeO3薄膜呈无序非晶态结构,随退火温度升高,600℃退火1 h后LaFeO3薄膜晶化为钙钛矿型正交结构,此时薄膜晶粒尺寸呈增大趋势;800℃退火时,随退火时间增加,薄膜晶粒尺寸变化不明显,退火前LaFeO3薄膜表面平整、致密,退火后薄膜表面出现裂纹。XPS分析表明,LaFeO3薄膜中的氧以晶格氧、化学吸附氧和物理吸附氧三种结合状态形式存在,退火后LaFeO3薄膜中化学吸附氧转变为晶格氧。电化学测试结果表明,Pd膜电极和LaFeO3膜电极放电容量很低(3.9~19 mAh·g-1),而LaFeO3/Pd复合薄膜在退火前后的电极放电容量分别达到50和180.7 mAh·g-1,LaFeO3单膜和LaFeO3/Pd复合薄膜电极的交换电流密度I0分别为为3.36和590.51 mA·g-1。镀Pd后能极大改善和提高LaFeO3/Pd复合膜电极的电催化活性和电化学放电容量。     

氮掺杂二氧化钛-氧化镍双层薄膜的光电致色特性

以金属钛为靶材、O2/N2/Ar混合气氛为溅射气体,在导电玻璃(ITO)表面磁控溅射一层薄膜,再经300-500℃退火处理制备了氮掺杂TiO2薄膜.采用X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见吸收光谱等对薄膜的微观结构、光学特性和光电化学性能等进行了研究.进而采用化学沉积的方法在TiO2-xNx薄膜表面沉积上一层多孔NiO薄膜,研究表明,制备的ITO/TiO2-xNx/NiO双层薄膜具有明显的光电致色特性,400℃退火处理的氮掺杂TiO2薄膜具有最高的光电流响应,经氙灯照射1h后,薄膜从无色变成棕色,500nm波长处光透过率从79.0%下降至12.6%.     

直流反应磁控溅射方法制备碳掺杂TiO2薄膜及其可见光活性

室温下通过直流反应磁控溅射的方法, 利用碳钛镶嵌靶在Ar/O2气氛中制备了碳掺杂纳米TiO2薄膜, 并通过X射线衍射(XRD)、UV-Vis透射光谱以及光电化学的方法对薄膜进行了表征. XRD测试结果表明, 靶中碳和钛的面积比小于0.10时, 碳掺杂的引入有利于TiO2薄膜的晶格生长, 并随靶中碳面积的增加, 薄膜的结晶度也相应提高. 由透射光谱计算得到的禁带宽度表明, 靶中碳和钛的面积比为0.05时, 薄膜的禁带宽度由纯TiO2薄膜的3.4 eV减小到3.1 eV. 光电测试结果表明, 靶中碳和钛的面积比小于0.10时, 碳的引入可以提高薄膜的光电响应, 面积比为0.10时, 可见光下0 V时薄膜的光电流密度为0.069 μA·cm-2; 但碳和钛的面积比增加到0.16时, 测得的薄膜光电响应异常.     

La1-xCexFeO3钙钛石高变催化剂的XPS研究

采用X射线电子能谱(XPS)实验技术，对具有钙钛石结构的稀土铁复合氧化物高变催化剂进行了研究。结果表明：在La1-xCsxFeO3钙钛石结构中，铈的价态为正四，镧的价态为正三，而铁为正二、正三混合价态，三价铁和二价铁的摩尔比与稀土镧铈的摩尔比具有很好的一致性；在钙钛石ABO3结构中，A位镧、铈能有效控制B位铁的价态。铁具有混合价态是La1-xCexFeO3催化剂具有较高变换催化活性的主要原因。La1-xCexFeO3表面上存在α吸附氧和β晶格氧两类氧种，随铈含量的增加，表面吸附氧增加。     

杂氮钛三环的合成

本文报道了具有N→Ti配位键的2,8,9-三氧杂-5-氮杂-1-钛杂三环[3.3.3.0~(1,5)]十一碳烷的合成及其性质。共制得六个新的化合物。研究了制备它们的最佳条件及化学稳定性。     

纳米粒子TiO2/Ti膜的表征及其光催化活性

以钛酸四丁酯为原料，采用溶胶－凝胶法，在600℃焙烧制备了纳米粒子TiO2/Ti膜，并利用TG－DTA，XRD、SEM、XPS、PL、SPS和EFISPS测试技术，对膜样品进行了表征。结果表明，纳米粒子TiO2/Ti膜表面为高密度的均匀碎片结构，TiO2纳米粒子具有与国际P-25TiO2粒子相类似的组成、结构以及微晶尺寸；在纳米粒子TiO2/Ti膜的表面，Ti主要以＋4价化学态存在。而O主要以晶格氧、羟基氧和吸附氧3种化学态存在。以纳米粒子TiO2／Ti膜的PL光谱测试中，以260nm为激发波长，观察到了峰位在380nm处的PL光谱，该值与SPS信号的响应阈值是一致的，此PL光谱峰可能与导带低的电子向价带顶的能级跃迁有关，同时说明了TiO2纳米粒子的量子尺寸效应的影响要大于库仑作用能和表面极化能的影响。以310nm为激发波长，分别观察到了与锐钛矿和金红石相关的发光信号；以450nm为激发波长，观察到了与表面态相关的弱的发光信号。此外，在光催化降解苯酚实验中，当涂膜3次时，TiO2粒子膜达到最高的光催化活性。     

液相电化学沉积法制备高氮含量CNx薄膜及性能的研究

采用液相电化学沉积法,以二氰二胺的丙酮溶液为沉积液,以镀有ITO(铟锡氧化膜)的导电玻璃为衬底制备了CNx薄膜.初步探讨了沉积温度和沉积电压对薄膜中氮含量的影响.通过XPS、FTIR光谱、SEM和US-Vis光谱对得到的CNx薄膜的化学结合状态、结构形貌和光学性质进行了表征,并用高电阻仪对薄膜的绝缘性进行了分析.XPS结果表明,CNx薄膜中碳氮主要以单键连接,sp3杂化的C—N键占85%.在IR光谱中,仅出现了C—N键和CN双键的吸收峰.SEM图谱显示CNx薄膜呈颗粒状,粒径平均为80nm左右.在水浴加热条件下沉积的CNx薄膜在200～300nm近紫外区为非线性吸收.薄膜的电阻率随氮含量的增加而增大,测量值在1012～1016Ω·cm之间.     

CF4等离子体表面氟化PTMSP膜

本文对聚三甲基硅基丙炔(PTMSP)膜进行CF_4等离子体表面氟化研究。改性的PTMSP膜氧氮选择性显著提高(P_(O_2)/P_(N_2)=4-5,P_(O_2)=10~2-10~3barrer)。等离子体改性条件,如处理时间、单体压力、放电功率对PTMSP膜透气性的影响进行了研究。XPS谱分析表明改性后,膜表层化学组成发生了显著变化、碳硅含量大幅度减小,氟含量随着处理程度的增加而增加,氟碳比与膜的选择性有着密切的关系,当 F/C>1时,膜的P_(O_2)/P_(N_2)可达4以上。     

钕修饰载体的PtRu/Nd/C薄膜结构及电催化性能

采用离子束多靶溅射沉积技术(IBS),在Nd修饰的碳载体上制备了PtRu/Nd/C纳米合金薄膜作为直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂,并对PtRu/Nd/C薄膜催化剂进行了不同条件的氧化处理.应用XRD,XPS,AFM等分析手段研究了薄膜表面的成分、化学状态、结构及表面形貌,并用循环伏安法(CV)测试了薄膜催化剂对甲醇的催化氧化性能.结果表明,由于溅射产生的Pt+,Ru+和稀土Nd膜层之间的相互作用,使PtRu/Nd薄膜的表面形貌发生粗化并抑制了PtRu薄膜表层的择优生长,增大了PtRu/Nd/C薄膜催化剂的电化学比表面积,催化活性明显提高;经氧化处理后,PtRu/Nd/C催化剂表面RuO2物种数量增加,进一步提高了催化剂对甲醇的催化性能,特别是PtRu/Nd/C薄膜催化剂经40min的氧化处理后,出现异常的电流峰.     

总气压与Ar/O2流量比对直流对向靶磁控溅射TiO2薄膜光催化性能的影响

采用对向靶磁控溅射法在不同气压和Ar/O₂流量比条件下, 以氟化SnO₂ (FTO)导电玻璃为基底制备了多晶TiO₂薄膜. 台阶仪测量结果显示所制备TiO₂薄膜的平均厚度约为200 nm. 随着溅射气压的升高, TiO₂薄膜由锐钛矿与金红石混晶结构转变为纯锐钛矿结构. 分别采用场发射扫描电镜(FESEM)和原子力显微镜(AFM)分析了不同气压和Ar/O₂流量比对TiO₂薄膜表面形貌的影响, 结果显示TiO₂薄膜的表面粗糙度随溅射总气压和Ar/O₂流量比的增加而增大. 以初始浓度为100×10^-6 (体积分数)的异丙醇(IPA)气体为目标物检测所制备TiO₂薄膜的光催化性能, 并分析该气相光催化反应的机理, 在紫外照射条件下异丙醇先氧化为丙酮再被氧化为CO₂.当总溅射气压为2.0 Pa、Ar/O₂流量比为1:1时, 溅射所得TiO₂薄膜具备最优光催化活性并可在IPA降解反应中保持较高的催化活性和稳定性.     

团簇离子枪对CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的影响研究

以氩离子团簇为溅射源,对采用一步旋涂法制备的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜进行溅射实验,通过XPS分析检测样品表面Pb元素的价态变化。结果表明,新制备的钙钛矿薄膜材料表面没有检测出Pb⁰,而经过团簇离子枪溅射的样品中部分Pb²⁺还原成Pb⁰,证明了氩离子团簇刻蚀对钙钛矿材料具有破坏作用。一方面,溅射时间的增加以及团簇离子枪能量的增大均会加大钙钛矿材料的损伤程度;另一方面,离子枪团簇规模大小与溅射损伤程度呈近抛物线关系。因此,在进行此类样品表面清洁时,应尽量减小离子枪能量和溅射时间,选择较小或较大的团簇规模以减少对样品的损伤。该研究对于钙钛矿样品在进行XPS检测和数据分析时具有参考价值。     

溶胶法制备的二氧化硅与二氧化钛复合薄膜的性能

在室温下, 采用溶胶法在玻璃基板上制备了厚度约为100 nm的均匀、透明的纳米SiO2-TiO2复合薄膜.研究了不同温度处理后薄膜的超亲水性、光催化能力等光致活性.通过XPS对薄膜表面及近表面元素的化学态的研究发现, Ti在表面及近表面不仅以Ti4＋形式存在, 也存在少量Ti3＋.紫外光照射后, 部分Ti4＋ 转变成了Ti3＋. XRD研究表明, 该薄膜中的TiO2主要以锐钛矿形式存在, 而且其晶粒大小为14～20 nm.用AFM研究了SiO2-TiO2薄膜的表面形貌及不同的温度处理对TiO2颗粒大小的影响.     

TiO2/SiO2/CeO2复合纳米薄膜超亲水性能的研究

采用溶胶凝胶法在载玻片表面制备了均匀透明的TiO2-SiO2-CeO2超亲水性薄膜，并用X射线衍射、傅立叶红外光谱、紫外-可见分光光度计研究了SiO2及稀土铈添加对TiO2薄膜表面特征及超亲水性能的影响。结果表明，Ti02-SiO2-CeO2薄膜亲水性能及亲水持续效应显著提高。实验中掺杂的铈是以三价离子态引入的，由于Ce^3 在高温下很容易氧化，故在薄膜中铈主要以四价态形式存在。Ce^4 在光激发下很容易捕获光生电子生成Ce^3 离子，光生空穴则与表面氧离子反应形成氧空位，而氧空位对亲水性的提高具有关键作用。添加SiO2后，薄膜表面的羟基含量增加，这主要是由于TiO2与SiO2复合在表面形成Lewis酸所致。表面稳定的羟基可使亲水性在暗中保持较长时间，因而亲水持续效应提高。添加SiO2及稀土铈后，薄膜中TiO2晶粒尺寸变小，量子效应增强，这也导致亲水性提高。因此添加稀土铈及SiO2后，薄膜表面的氧空穴增多，薄膜的超亲水性及亲水持续效应提高。     

一种在室温合成具有宽带隙CdS的简单方法

采用简单的磁控溅射方法, 在室温合成了CdS多晶薄膜. 在溅射CdS多晶薄膜过程中, 分别在Ar 气中通入0%、0.88%、1.78%、2.58%和3.40% (体积分数, φ)的O₂, 得到不同O含量的CdS多晶薄膜. 通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见光谱仪对得到的CdS多晶薄膜进行表征.分析结果表明: O的掺入能得到结合更加致密, 晶粒尺寸更小的CdS多晶薄膜; 与溅射气体中没有O₂时制备的CdS多晶薄膜的光学带隙(2.48 eV)相比, 当溅射气体中O₂的含量为0.88%和1.78% (φ)时, 制备得到的CdS多晶薄膜具有更大的光学带隙, 分别为2.60和2.65 eV; 而当溅射气体中O₂的含量为2.58%和3.40% (φ)时, 得到的CdS光学带隙分别为2.50 和2.49 eV, 与没有掺杂O的CdS的光学带隙(2.48 eV)相当; 当溅射气体中O₂的含量为0.88% (φ)时, 制备的CdS多晶薄膜具有最好的结晶质量. 通过磁控溅射方法, 在溅射气体中O₂含量为0.88% (φ)条件下制备的CdS多晶薄膜表面沉积了CdTe 多晶薄膜并在CdCl₂气氛中进行了高温退火处理, 对退火前后的CdTe多晶薄膜进行了表征. 表征结果显示: CdS中掺入O能得到结合更紧密、退火后晶粒尺寸更大的CdTe多晶薄膜. 通过磁控溅射方法, 在CdS制备过程中于Ar 中掺入O₂, 在室温就能得到具有更大光学带隙的CdS多晶薄膜, 该方法是一种简单和有效的方法, 非常适用于大规模工业化生产.     

钛硅复合氧化物局域结构的研究

用XAFS（X-ray absorption fine structure）分析了由溶胶-凝胶、液相浸渍和化学气相沉积等三种方法制备的二氧化钛和二氧化硅复合氧化物的Ti K边结构.结果表明:溶胶-凝胶法制得的复合氯化物中的钛分散很好,液相浸渍法次之,而化学气相沉积法最差.不论哪种方法,随钛含量（或钛硅原子比）的增加,边前特征峰A2降低,钛的第一配位层Ti－O的配位数和键长增加;在复合载体中既有钛中心对称的八面体6配位TiO6的结构也有钛中心对称性差的四面体4配位TiO4或五面体5配位结构,并且随钛含量增加,钛的局域结构越来越接近锐钛矿型二氧化钛.根据XAFS、XRD、IR表征结果,提出了钛硅复合氧化物模型.     

等离子体增强磁控溅射沉积碳化硅薄膜的化学结构与成膜机理

以CH4和Ar为工作气体,单晶硅为溅射靶,通过微波电子回旋共振(MW-ECR)等离子体增强非平衡磁控溅射方法在不同的CH4流量和沉积温度下制备了a-Si1-xCx∶H薄膜.利用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,X光电子能谱(XPS)和纳米硬度仪等表征方法研究不同沉积参数下薄膜的化学结构、化学配比和硬度的变化.结果表明:室温(25℃)下随CH4流量由5cm·3min-1增加到45cm3·min-1(标准状态)时,薄膜中Si—CH2键,C—H键含量逐渐增加,Si—H键变化不明显;膜中C原子百分比由28%增至76%,Si原子百分比由62%降至19%.当CH4流量为15cm3·min-1时,随沉积温度的升高,薄膜中Si和C原子百分比含量分别为52%和43%,且基本保持不变;膜中Si—H键和C—H键转化为Si—C键,薄膜的显微硬度显著提高,在沉积温度为600℃时达到29.7GPa.根据分析结果,提出了室温和高温下a-Si1-xCx:H薄膜生长模型.     

直流负偏压对类金刚石薄膜结构的影响

在不同的直流负偏压下利用直流射频等离子体辅助化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积得到了类金刚石薄膜,用拉曼光谱、红外光谱和原子力显微镜对薄膜的结构和形貌进行了表征.结果表明:无偏压时,沉积得到的薄膜呈现类聚合物结构且表面比较粗糙,而叠加了偏压后,薄膜表现出类金刚石薄膜的结构特征,随着偏压的增大,膜中的氢含量和sp3碳含量均逐渐减小,且薄膜的表面粗糙度逐渐减小.     

室温下镀钯多壁碳纳米管对苯的气敏响应特性

在酸氧化后的多壁碳纳米管上化学还原镀钯,用水将镀钯后的碳管清洗至中性并配制成悬浊液,将悬浊液旋涂在真空溅射的叉指金电极表面,干燥后作为气敏膜,把气敏膜暴露于一定浓度的苯气体中,检测传感器的电流变化,并计算其灵敏度。镀钯后的多壁碳管在室温下对苯响应和回复迅速,电导变化与苯气体的浓度呈良好的线性关系,其线性回归方程y=0.0041x 0.1288,r=0.9546。Pd颗粒对苯分子和碳管壁结构缺陷间的电子转移的促进作用可能是多壁碳管镀钯后产生良好气敏响应的原因。