退火对TiO2薄膜形貌、结构及光学特性影响

利用射频磁控溅射技术在熔融石英基片上制备TiO<,2>薄膜,采用X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱以及透过谱研究了退火温度和退火气氛对TiO<,2>薄膜的结构、形貌和光学特性的影响.实验结果表明:在大气环境下退火,退火温度越.高,薄膜晶化越好,晶粒明显长大,温度高于700℃退火的薄膜,金红石相已明显形成.实验还发现,退火气氛对金红石相的形成是非常重要的,拉曼光谱反应出Ar气氛退火,抑制了金红石晶相的发育,薄膜仍以锐钛矿相为主.Ar气氛退火的薄膜在可见光范围内的透过率比大气退火的要低,并且由透过率曲线推知:金红石的光学带隙约为2.8 eV,比锐钛矿的光学带隙小0.2 eV.     

(Fe,N)共掺杂TiO2红外光谱的电负性原理研究

采用电负性原理,构建合理的红外光谱模型,对TiO2红外光谱的振动频率与元素电负性之间的各种经验关系进行探究.采用溶胶-凝胶法制备(Fe,N)共掺杂TiO2,利用X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)对样品的物相和红外光谱进行了表征.XRD物相分析表明当煅烧温度为600 ℃时,TiO2样品中的无定形结构己基本转化为锐钛矿型结构.随着煅烧温度升高,TiO2的X射线衍射峰逐渐由宽变窄,衍射强度由弱变强.当煅烧温度为700 ℃时,锐钛矿型的衍射峰基本消失,取而代之的是金红石相的衍射峰,但TiO2的主晶相并没有发生改变.红外光谱分析表明(Fe,N)共掺杂TiO2在650~500 cm-1区间有一个较宽的吸收峰.电负性模拟计算了(Fe,N)共掺杂TiO2红外光谱的伸缩振动频率,获得了Fe、N掺杂的位置、分子结构和键价特征:首先计算出约化质量μ,然后按照经典力学伸缩力常数k与频率V之间满足的关系,结合力常数与电负性关系、键级的计算方法,计算了基本单元都是氧八面体的掺杂金红石、锐钛矿TiO2的分子振动频率.结果表明:通过电负性理论计算的(Fe,N)共掺杂的TiO2的红外光谱与实验测量的红外光谱的伸缩振动频率比较吻合.     

SO_4~(2-)/TiO_2固体酸的红外和拉曼光谱研究

用IR、Raman光谱研究了SO2 -4 /TiO2 固体酸在不同烧结温度下的结构、晶相转变和表面酸中心。结果表明 ,SO2 -4 与TiO2 表面的结合为螯合式双配结构。当烧结温度小于 5 0 0℃时 ,SO2 -4 /TiO2 样品具有较高的结构稳定性 ,晶相结构以锐钛矿为主 ,表面B酸位数目约是L酸位数目的 2倍。当烧结温度大于5 0 0℃时 ,随着烧结温度的升高 ,表面结合的SO2 4 逐渐流失 ,晶相从锐钛矿转变为金红石 ,表面B酸位减少并消失。     

磁控溅射制备纳米TiO2半导体薄膜的工艺研究与光谱分析

通过射频反应磁控溅射在玻璃基片上制备TiO2薄膜。采用X射线衍射仪和Raman光谱仪研究退火温度对薄膜晶体结构的影响;还探讨了磁控溅射氧分压对薄膜性能的影响。结果表明：磁控溅射制备的薄膜在不同温度下退火。300℃退火时薄膜没有结晶;400℃退火出现锐钛矿结构;500℃退火后薄膜锐钛矿结构更完善,（101）方向开始优先生长,是因为锐钛矿结构更完整。随着退火温度的升高晶粒长大拉曼光谱出现红移,拉曼光谱所反应的锐钛矿信息增强,500℃退火时197cm-1出现了Eg振动模式。和标准的单晶TiO2体材料相比,拉曼峰位置都略有红移是纳米量子尺寸效应造成的。氩氧比分别为9∶1、7∶3和6∶4溅射制备的薄膜通过400℃退火后的XRD衍射谱没有明显的区别,但拉曼光谱显示氩氧比为7∶3时结晶要完善些。     

采用拉曼光谱技术研究纳米锐钛矿到金红石的相转变

采用化学沉淀法制备出40nm的锐钛矿，并用拉曼光谱对纳米和块体锐钛矿到金红石的相转变过程进行了研究。实验结果表明：对于块体锐钛矿，在950℃保温1h，金红石的特征峰446cm^-1开始出现，随着温度的升高，金红石的特征峰446，610和231cm^-1继续增强，锐钛矿的特征峰639，515和397cm^-1逐渐减弱。在1100℃保温1h，锐钛矿转变为金红石；对于纳米锐钛矿，在900℃保温1h后几乎全部转变为金红石，比块体（微米级）锐钛矿到金红石的相转变温度降低了200℃。     

热处理对爆轰合成的纳米TiO_2混晶的结构相变的影响

采用爆轰法制备了纳米TiO2混晶体,初步研究了不同煅烧温度(600℃和720℃)和不同煅烧时间(1 h,2 h,3.5 h和5 h)对其微结构和结构相变行为的影响,并应用热动力学理论讨论了从锐钛矿相到金红石相的结构相变过程和相变机理.研究表明:随着煅烧温度的升高和煅烧时间的增加,纳米TiO2的粒径逐渐增大,混晶中金红石相的含量逐渐提高.与常规方法制备的纳米TiO2不同的是,在相同煅烧温度和煅烧时间下金红石相的平均生长速率明显低于锐钛矿相.锐钛矿相完全相变为金红石的温度也明显低于常规方法报道的相变温度.该研究会对控制纳米TiO2晶体尺寸和批量合成提供一定的理论和实验指导.     

退火温度对TiO_2纳米薄膜酒精气敏特性影响的研究(英文)

采用直流磁控溅射的方法在Al2O3陶瓷管、硅基片上溅射制备了二氧化钛(TiO2)纳米薄膜材料.将薄膜样品放入管式退火炉中分别在500℃, 700℃和1100℃温度下退火.由于退火温度的不同,薄膜的晶体结构、晶粒尺寸、晶向以及气敏特性都有所不同.利用X射线衍射(XRD)技术和薄膜气敏特性测试,分析了退火温度对薄膜气敏特性的影响.分析结果表明退火温度在500℃时,呈现锐钛矿结构,薄膜具有很好的选择性、很短的反应(恢复)时间.对TiO2薄膜表面进行修饰,发现此TiO2薄膜的最佳工作温度为370℃左右.薄膜的气敏机理也得到了讨论.     

不锈钢丝网上薄膜TiO2光催化剂的Raman光谱研究

用Raman光谱方法来研究用Sol Gel法负载于金属丝网的薄膜TiO2 光催化剂的物相结构、厚度以及粒径大小。研究结果显示 ,薄膜达到一定厚度能够阻止基底Fe元素向薄膜表层的扩散 ;在 4 0 0℃下灼烧制得的薄膜TiO2 光催化剂具有锐钛矿晶型 ,而高于 4 0 0℃时 ,将出现金红石相TiO2 ;锐钛矿晶型TiO2 的Raman特征峰产生偏移 ,表明薄膜粒径的变化 ,通过计算表明 ,薄膜TiO2 的粒径为 10nm左右 ,TEM的分析结果也与之一致。     

二氧化钛微晶结构相变与光致发光

以钛酸四丁脂为前驱体制备了二氧化钛(TiO₂)胶体,将其粉末在不同温度下作热处理,采用差热分析、X射线衍射、荧光光谱等手段对样品进行测试。结果表明,随着热处理温度升高,TiO₂由板钛矿相经锐钛矿相向金红石相转变,在808℃左右出现一级相变。原始粉末样品以及在600℃以下热处理的样品,在400nm处可观察到TiO₂纳米晶的带边发光,在470nm处可观察到表面态发光;当热处理温度达到850℃时,主晶相转变为金红石相,400nm处的带边发光峰消失,位于470nm处发光峰成为最强峰,但强度减弱,并且样品发光的波长范围明显变窄。其原因是,随着热处理温度升高,晶粒不断长大,量子限域效应减弱乃至消失,晶粒的表面状况发生变化,导致样品的荧光发射行为发生变化。     

TiO_2晶型及其相变的高温拉曼光谱研究

本文测量了锐钛矿型和金红石型TiO2常温至1923K的高温拉曼光谱,观察了锐钛矿型TiO2在1373K～1473K间发生相变,不可逆转化为金红石型TiO2,分析了特征峰随温度变化的规律以及两种结构相的温度依赖性。并为不同晶型TiO2的研究、生产和应用提供重要的实验依据。     

退火温度对Ti0.95Fe0.05O2纳米颗粒结构和磁性的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备了磁性Fe掺杂TiO2基稀磁半导体的纳米颗粒,在空气氛围中以不同温度对样品进行退火处理.通过差热/热重综合热分析仪(TG-DTA)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)分析了纳米颗粒的结构和相变温度.研究发现:退火温度450℃和500℃时样品为锐钛矿结构,在600℃时既有锐钛矿相,又有金...     

Effect of thermal annealing on the structure and microstructure of TiO2 thin films

Nanostructured TiO₂ thin films have been prepared through chemical route using sol-gel and spin coating techniques. The deposited films were annealed in the temperature range 400–1000°C for 1 h. The structure and microstructure of the annealed films were characterized by GAXRD, micro-Raman spectroscopy and AFM. The as-deposited TiO₂ thin films are found to be amorphous. Micro-Raman and GAXRD results confirm the presence of the anatase phase and absence of the rutile phase for films annealed up to 700°C. The diffraction pattern of the film annealed at 800 to 1000°C contains peaks of both anatase and rutile reflections. The intensity of all peaks in micro-Raman and GAXRD patterns increased and their width (FWHM) decreased with increasing annealing temperature, demonstrating the improvement in the crystallinity of the annealed films. Phase transformation at higher annealing temperature involves a competition among three events such as: grain growth of anatase phase, conversion of anatase to rutile and grain growth of rutile phase. AFM image of the asdeposited films and annealed films indicated exponential grain growth at higher temperature.      

Structural study of TiO2 thin films by micro-Raman spectroscopy

The Raman spectroscopy method was used for structural characterization of TiO₂ thin films prepared by atomic layer deposition (ALD) and pulsed laser deposition (PLD) on fused silica and single-crystal silicon and sapphire substrates. Using ALD, anatase thin films were grown on silica and silicon substrates at temperatures 125–425 °C. At higher deposition temperatures, mixed anatase and rutile phases grew on these substrates. Post-growth annealing resulted in anatase-to-rutile phase transitions at 750 °C in the case of pure anatase films. The films that contained chlorine residues and were amorphous in their as-grown stage transformed into anatase phase at 400 °C and retained this phase even after annealing at 900 °C. On single crystal sapphire substrates, phase-pure rutile films were obtained by ALD at 425 °C and higher temperatures without additional annealing. Thin films that predominantly contained brookite phase were grown by PLD on silica substrates using rutile as a starting material.     

稀土钇、镧掺杂TiO2薄膜的拉曼谱分析

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上用旋涂法制备了未掺杂、掺杂钇和掺杂镧的TiO₂薄膜样品,对样品在700—1100 ℃范围内进行退火处理,并对样品的拉曼光谱进行了分析.分析表明:随着退火温度的升高,未掺杂TiO₂薄膜发生了从锐钛矿相经混相最终向金红石相的转换,掺杂钇和掺杂镧对TiO₂薄膜的晶相转换起阻碍作用,掺杂镧的阻碍作用更强;稀土掺杂能使TiO₂薄膜晶粒细化,并使晶粒内部应力增大从而阻碍晶格振动,掺杂镧比掺杂钇的效果 关键词： 2薄膜')" href="#">TiO₂薄膜 稀土掺杂 拉曼光谱 溶胶-凝胶     

锐钛矿型二氧化钛纳米粉体的IR光谱与光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2光催化剂,研究了不同温度下焙烧TiO2粉体的XRD和FT-IR光谱。400℃焙烧后,相应有机物的红外吸收峰消失,随着焙烧温度的升高,粉体粒径变大,800-420cm-1之间的吸收峰逐渐锐化,700℃焙烧的FT-IR谱的423cm-1为金红石型TiO2的特征Ti-O键振动。500℃焙烧的锐钛矿型TiO2粉体对水杨酸具有较好的光催化活性。     

用拉曼光谱研究溶胶－凝胶法制TiO_2的析晶过程

本文报道了用拉曼光谱研究溶胶一凝胶（Ｓｏｌ一Ｇｅｌ）法制备ＴｉＯ＿２粉末的析晶过程。结果发现在４００～５００℃时析出锐钛型晶体，在６００℃前锐钛型开始向金红石型晶体转变，６００～７００℃析出的是锐钛型与金红石型的混合晶体，到８００～９００℃时完全转变成金红石晶体析出。析晶温度和转化温度比一般工业法制ＴｉＯ＿２粉末的相应温度要低得多。其原因初步用溶胶一凝胶法本身的反应机制和凝胶的多孔网络特性加以阐明。     

工业纯钛微弧氧化膜的结构及拉曼光谱分析

采用微弧氧化技术,用处理电压为300, 350, 400, 450, 500 V在工业纯钛表面制备了5块氧化膜试样,利用扫描电镜和拉曼光谱研究了处理电压对氧化膜结构的影响。结果表明：氧化膜表面布满了微孔,其尺寸随处理电压的升高而增加,而微孔密度则呈相反的变化趋势。氧化膜主要由锐钛矿和金红石相组成,其相含量与处理电压的大小密切相关。当处理电压较低时,氧化膜主要由锐钛矿相组成; 随着处理电压的升高,氧化膜中金红石相的相对含量增加; 当处理电压在400～450 V时,金红石相含量增加迅速,并成为主晶相。     

二氧化钛薄膜的结构和光催化活性关系

用化学气相沉积法合成了具有不同晶体结构的二氧化钛薄膜，研究了二氧化钛薄膜的结构和光催化活性的关系．用XRD、AFM研究了薄膜的晶体组成和形貌，用亚硝酸根研究了薄膜的光催化活性．结果表明在制备温度低于573 K或高于773 K时，薄膜的结构分别为锐钛矿型或金红石型．而在上述温度之间生成的薄膜具有混合的晶型结构，特别是在623 K附近，制备的薄膜具有最高的光催化活性．进一步研究表明，当金红石与锐钛矿微晶体的比例在0.5?0.7时，催化剂薄膜具有高活性．     

Effects of thermally induced anatase-to-rutile phase transition in MOCVD-grown TiO2 films on structural and optical properties

Titanium dioxide (TiO₂) films with a thickness of 550 nm were deposited on quartz glass at 300 °C by metalorganic chemical vapor deposition. The effects of post-annealing between 600 °C and 1000 °C were investigated on the structural and optical properties of the films. X-ray diffraction patterns revealed that the anatase phase of as-grown TiO₂ films began to be transformed into rutile at the annealing temperature of 900 °C. The TiO₂ films were entirely changed to the rutile phase at 1000 °C. From scanning electron spectroscopy and atomic force microscopy images, it was confirmed that the microstructure of as-deposited films changed from narrow columnar grains into wide columnar ones. The surface composition of the TiO₂ films, which was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy data, was nearly constant although the films were annealed at different temperatures. When the annealing temperature increased, the transmittance of the films decreased, whereas the refractive index and the extinction coefficient calculated by the envelope method increased at high temperature. The values of optical band gap decreased from 3.5 eV to 3.25 eV at 900 °C. This abrupt decrease was consistent with the anatase-to-rutile phase transition. Received: 4 October 2000 / Accepted: 4 December 2000 / Published online: 23 May 2001     

温度条件对反应电子束蒸发制备TiO2薄膜结构和性能的影响

研究基片温度(120～300 ℃)和热处理温度(400℃)对电子束蒸发TiO₂薄膜的结构和光学性能的影响.XRD分析表明,在120 ℃, 200 ℃和300 ℃的普通玻璃基片上采用电子枪加热蒸发制备的TiO₂薄膜具有非晶态结构,沉积态薄膜经过400 ℃保温1 h的热处理后得到的相为具有(004)取向的锐钛矿相,晶粒大小在3.6～8.1 nm之间.透射谱分析表明,薄膜的折射率随着基片温度的升高而增加;热处理后,薄膜的折射率也相应提高,其原因来自于薄膜的晶化.