| 氧化钛、氧化锌纳米薄膜的制备及其浸润性研究 | |
| 杜雯 | |
| Subtype | 工学博士 |
| Thesis Advisor | 陈建敏 ; 冶银平 |
| 2012-05-28 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 氧化钛 氧化锌 磁控溅射 超亲水性 超疏水性 Tio2 Zno Megneton Sputtering Superhydrophilic Superhydrophobic |
| Abstract | 本论文在综述了磁控溅射、薄膜表面浸润性以及氧化钛、氧化锌薄膜材料的研究进展的基础上，确定了以微波 ECR 中频交流磁控溅射技术结合退火、碱热后处理等方法制备特殊浸润性薄膜的研究方向。系统地开展了氧化钛、氧化锌纳米薄膜的磁控溅射制备、形貌控制、表面修饰及其浸润性能研究。取得了以下一些较有意义的研究结果： 1. 通过微波ECR中频交流磁控溅射在低温下制备出了结晶良好的氧化钛纳米薄膜，该方法所制备的薄膜均匀平整致密，其粗糙度仅为几个纳米。镀膜参数溅射电流、氧分压与微波功率对薄膜组成结构性能有着重要的影响。溅射电流和氧分压主要影响薄膜的沉积速率和薄膜的 Ti、O化学计量比；而微波功率主要影响薄膜的粗糙度。通过分析得出最佳的氧分压O2/Ar 为 1/4，而最佳的微波功率电流值为 100 mA。制备了在可见光波段具有良好增透减反性能的锐钛矿相 TiO2纳米薄膜，在可见光波段透射率的最大值分别为：98.6%, 98.8%, 98.8%, 98.5%。在 O2/Ar 气流比为 1/4 条件下制备的 TiO2 薄膜在人眼最敏感的光波长 550 nm 处有最高透射率 98.8%，是一种作太阳电池减反射膜的理想材料。 2. 采用微波ECR中频交流磁控溅射在载玻片上制备了透明、非晶态二氧化钛纳米薄膜。该薄膜不经紫外光照在 150-600 ℃不同温度下退火能够达到超亲水。根据分析，薄膜的超亲水性与 TiO2 的结晶状态并无直接的关系，退火引起的表面粗糙度增加以及表面化学状态的改变即 Ti-OH的增多密切相关。 退火引起的超亲水机理与紫外光致超亲水机理相似。本实验克服以往 TiO2 纳米薄膜必须通过紫外光诱导才能达到超亲水的特殊要求。 3. 通过电子回旋共振微波等离子体增强磁控溅射结合 30% H2O2+200 mg HMT+2 mL HNO3 处理 12小时制备了特殊浸润性纳米棒团簇薄膜。水滴在该纳米棒团簇薄膜表面完全铺展，薄膜具有超亲水性。该薄膜经疏水处理后，薄膜具有超疏水性，当采用紫外光辐照该超疏水薄膜，薄膜发生了从超疏水到超亲水的转变，当停止紫外光辐照后用氟硅烷修饰薄膜又恢复了超疏水性。即该薄膜具有超疏水-超亲水可逆转化的能力。薄膜的微纳米结构以及纳米棒表面的悬键及空位是薄膜具有不经外场刺激超亲水性的重要条件。 薄膜的微纳结构和低表面能氟硅烷的修饰是薄膜具有超疏水性的重要因素。 该纳米棒团簇薄膜的形成机理主要是溶解-定向粘附成核机制。 4. 利用微波ECR中频交流磁控溅射在低温下制备出了纤锌矿相透明氧化锌纳米薄膜。磁控溅射中氧分压对氧化锌纳米薄膜组成、结构、形貌有着重要的影响，得出了制备氧化锌纳米薄膜的最佳工艺参数氧分压为 1/2。该薄膜在较低温度下退火具有不经紫外光照的超亲水性，加之此条件下所制备薄膜粗糙度最小12.12 nm，薄膜具有良好的形貌、结晶性及亲水性。O2/Ar 为 1/2 条件下制备薄膜透明波段中心与太阳光的可见光谱波段相符合。 |
| Funding Project | 磨损和表面工程组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/2862 |
| Collection | 中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 杜雯. 氧化钛、氧化锌纳米薄膜的制备及其浸润性研究[D]. 中国科学院研究生院,2012. |
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