柔性不锈钢基底上一维纳米TiO2薄膜的制备和表征

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为了在柔性不锈钢基底上构建一维纳米TiO2 结构，提高柔性染料敏化太阳能电池的效率，本研究先采用直流磁控溅射的方法在不锈钢基底上沉积一层钛膜，然后通过水热反应法和阳极氧化法将其转变成一维结构的TiO2 纳米线和纳米管阵列。研究了溅射参数对钛膜形貌结构、水热参数对TiO2 纳米线结构以及阳极氧化参数对TiO2 纳米管阵列结构的影响，并采用场发射扫描电子显微镜（FESEM ）、X 射线衍射（XRD ）、透射电子显微镜（TEM ）以及光电性能测试的方法对一维TiO2 纳米线和纳米管阵列薄膜进行了表征。
　　对直流溅射工艺参数的研究表明：增大溅射功率，薄膜致密度和沉积速率显著增加。升高衬底温度，钛薄膜致密度和与基底结合强度增加，钛晶粒结晶性能提高。随着溅射气压的升高，钛晶粒不断变大并团聚合并，薄膜致密度和结晶性能提高。延长溅射时间，钛晶粒尺寸变大，结晶度增强，薄膜致密度明显提高。
　　将钛膜置入10mol·L -1 NaOH 溶液在140 ℃水热反应24h 可以制备出锐钛矿型的平行于基底生长的一维TiO2 纳米线薄膜。单根TiO2 纳米线长度达到几个微米，直径约20nm。纳米线之间相互交叉缠绕，形成一个三维网络结构。TiO2 纳米线薄膜较纳米颗粒薄膜具有优异的光电性能。
　　钛膜在1mol·L -1 NaOH 溶液中，220 ℃下水热反应24h，可以制得垂直基底生长的一维TiO2 纳米线薄膜。
　　在0.25wt%NH4F+1wt%H2O/乙二醇体系中通过阳极氧化可以得到一维有序TiO2 纳米管阵列薄膜。当热处理温度为450 ℃时，薄膜有较好的光电性能。与TiO2 纳米颗粒薄膜相比，纳米管阵列薄膜具有更好的光电性能。在0.5wt%NH4F+3wt%H2O/乙二醇体系中60V 电压下制备得到了TiO2 多孔层修饰的TiO2 纳米管阵列薄膜。与纳米管结构相比，多孔-纳米管复合薄膜能更有效地分离电子-空穴对，产生更多的光生载流子，表现出更优异的光电性能。

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作者
吴涛;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名陶杰;
年度 2011
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属表面防护技术;
关键词
不锈钢; 直流磁控溅射; 钛薄膜; 水热法; TiO2薄膜; 纳米管阵列;

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