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复旦大学
硕士学位论文
二氧化钛薄膜的制备及其光致特性研究
姓名:沃松涛
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:章壮健
20040516
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摘要
本论文主要研究了用不同方法制备具有光催化特性和亲水特性的纳米薄膜,并探
讨了相关成膜条件、下艺参数对薄膜性能的影响。第一章对二氧化钦的晶型、机理、应用及
仍存在的问题进行了概述第二章研究了溶胶一凝胶法制备光致薄膜,探讨溶胶配比及
工艺对光致薄膜的性能影响第三章研究了利用锐钦矿型三氧化钦浆料及无机砧结剂
如低温釉和硅胶制备杀菌陶瓷第四章研究了利用溶胶一凝胶法制备复合薄膜,测
量了薄膜分解亚***蓝的吸收度曲线,并与第三章所述方法制各的杀菌陶瓷进行了亚***蓝
分解比较。第五章研究了直流磁控溅射制备掺杂的成膜特点。第六章运用电化学的
方法对薄膜的光电特性和亲水性机理进行了研究。
主要结果如下
溶胶一凝胶法制备纳米薄膜,溶胶中各种配方比例对薄膜的性质有明显的影响。
薄膜厚度的增加,合适的退火温度和退火时间,加镀扩散阻挡层和适宜的溶液
值,可以增强薄膜的光催化性和亲水性。
用锐钦矿浆料和低温釉作为钻结剂制备杀菌陶瓷时,低温釉与锐钦矿浆料的混合会导致
低温釉熔点的升高,不利于烧结利用二次烧结时,止氧化钦会由于低温釉的熔化而被
包裹,显示表面无锐钦矿结构的二氧化钦。
利用锐钦矿型浆料及硅胶作为钻结剂制备杀菌陶瓷时,退火温度不能高于,否则
晶相的变化会导致光致特性降低无机私结剂硅胶的浓度影响着制备的薄膜的光催
化性能光催化性能随硅胶在溶胶中比例的增加而降低,另外一定范围内硅胶浓度
的增加有助于薄膜的亲水性,这是由于本身具有的亲水性所导致利用这种方法制
备的杀菌陶瓷还具有良好的抗洗涤剂、腐蚀剂、消毒剂及沸水的能力,但是这种方法制
备的薄膜具有多孔性,容易吸附污物。
对于溶胶一凝胶法制备的复合膜来说,比在时薄膜性能达到最仕,它
与直接利用锐钦矿浆料制备的薄膜相比具有优异的致密比。退火温度在退
火时间在时薄膜性能达到最佳。薄膜厚度在一定范围内的增加会明显增加活性,并
且这种方法制备的薄膜也具有良好的光致亲水性,但是光催化活性仍显不足。
通过直流磁控溅射方法制备的掺杂薄膜是锐钦矿型。当掺杂适量时,对
薄膜的结晶有优化作用,同时伴随着金红石相及形成。薄膜的光催化能力及
光致亲水性都有了显著的改善。并且随着掺杂的增加,掺杂薄膜有红移现象产
生。当掺杂过量时,破坏了二氧化钦原有的品格结构,劣化了薄膜表面态,光催化
活性和光致亲水性反而降低。
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通过循环伏安实验对紫外光照下薄膜电极的研究表明,紫外光照下薄膜电极
可存在两种光电化学过程,一是产生光电流的快过程二是光生电子与表面的相互
作用产生引起表面结构变化的慢过程。薄膜的光致亲水性的转变速率与循环伏
安图氧化峰的形成均与所用紫外光的波长有关,原因在于不同波长的紫外光的光子能量
和被薄膜吸收的量不同。认为薄膜的光致亲水性的转变可能与光生电子与表
面的相互作用产生十的慢过程导致的表面结构变化存在一定的内在联系。
关键词溶胶一凝胶法,磁控溅射法,二氧化钦,光催化亲水循环代安
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第一章综述
国内外纳米仇光催化技术的研究现状
能够在紫外线田照射下将。分解为氢气和氧气被及
发现距今为止己经有三十年的历史,当时的能源危机使这个现象受到无
数研究者的瞩目。自从和等报道能够将水中的氛化物
分解并首次提出了用光催化剂处理污水至今也有二十五年的历史由于应用纳
米可以利用太阳光,不需加热加压等反应条件,规模可大可小,可在较低
的成本下对人类生存的绝大多数污染进行治理。年和
等人报道了薄膜在紫外光照射下,表面具有亲水亲油双亲特性,它的超亲
水性使其具有防雾功能,双亲特性使建筑玻璃具有自清洁功能。二氧化钦这种材
料的独特性能引起了人们浓厚的兴趣,已经被认为在日常生活中具有极光明的前
景,并且在环境领域、现代工业领域、卫生医疗领域受到越来越多人的重视。
近年来,科学家在光致特性的原理,动力学到光致特性效果及应用等
各方面做了大量的研究从而使在环境治理,太阳能存储与转换
光电转换方面展现出广阔的前景。
在环境保护方面的应用
为了有效解决污水、废