氧化铟锡纳米晶薄膜的制备及其电致变色性能

采用一锅法合成不同形貌、尺寸的氧化铟锡(ITO)纳米晶,并通过旋涂工艺制备ITO纳米晶薄膜,研究不同形貌、尺寸ITO纳米晶制备的薄膜的近红外光谱调控性能。结果表明:5次旋涂后,ITO纳米晶薄膜的可见光透过率为89.2%,电阻率为54Ω·cm。平均直径为(6.88±1.53)nm的均匀球形ITO纳米晶制备的薄膜表现出最优的近红外光谱调控能力,在施加±2.5 V电压后,其在2000 nm的光谱调制量为39.3%,光密度变化量为0.43。在电致变色前后,ITO纳米晶薄膜始终保持高可见光透过率。ITO纳米晶的电致变色是由于电子注入/脱出导致的局域表面等离子体共振(LSPR)频率和强度变化引起,其电致变色过程是通过电容充放电实现的。

混合反溶剂法制备CsCu_(2)I_(3)纳米晶薄膜及其发光器件应用

近年来,新兴的三元铜基卤化物(CsCu_(2)I_(3))材料由于具有高荧光量子产率、环保无毒、环境稳定、成本低廉等诸多优点,在环保型发光二极管(LED)中的应用备受瞩目。然而,由于难以控制的结晶动力学,制备高质量的CsCu_(2)I_(3)发光层薄膜仍是一个巨大的挑战,这限制了LED器件性能的进一步提升。本文通过使用甲苯与甲醇混合溶剂作为反溶剂来增强反溶剂的钉扎效应,增加CsCu_(2)I_(3)晶体的成核密度,降低薄膜的晶粒尺寸,进而形成了光滑、致密的CsCu_(2)I_(3)纳米晶薄膜。此外,混合反溶剂策略可以有效增强辐射复合效率,显著提高Cs-Cu_(2)I_(3)薄膜的发光性能,相比对照样品(只使用甲苯),混合反溶剂法所制备薄膜的荧光量子产率(PLQY)增加了1.5倍,激子束缚能从~201.6 meV提高至~234.5 meV。最终,相比对照器件,基于混合反溶剂策略的CsCu_(2)I_(3)基LED的最大亮度和最高外量子效率分别提高了5.5倍和1.6倍。本工作的研究结果不仅有助于加深对CsCu_(2)I_(3)薄膜制备过程中结晶规律的理解,而且有助于进一步推动基于CsCu_(2)I_(3)环境友好型LED器件性能的提升。

金属诱导制备纳米晶硅薄膜的研究进展

纳米晶硅是纳米尺度无定形态的硅晶粒,具备体硅所不具有的新颖光电性能,具有显著的量子限域效应,是发光半导体、光伏发电等领域中的关键材料。实验上,非晶硅通过气氛退火获得晶化的纳米晶硅,本质上破坏了非晶硅中的Si-Si共价键,局域生核形成纳米晶硅,因此,晶化温度近达1000℃,晶化时间长达数小时。金属诱导法通过金属与非晶硅直接接触,促使Si与金属在400~600℃的低温条件下形成离子键,弱化了界面处的Si-Si键,为纳米晶硅提供成核位点,有效降低了纳米晶硅的晶化温度并缩短晶化时间。同时,不同诱导金属(如Ni、Pt、Pd、Cu、Au、Al和Ag)与界面处Si原子的结合方式不同,诱导非晶硅晶化的机制和晶化效果不同。基于此,本文归纳汇总了Ni、Al、Cu、Au、Co几种常见金属以及Ag-Cu和Ni-Cu两种合金诱导a-Si晶化的诱导机制、诱导特征及晶化条件,可为纳米晶硅薄膜的制备工艺提供有益参考。

基于硫化铅纳米晶植入的钙钛矿薄膜结晶动力学与光伏性能研究

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经得到飞速发展,然而钙钛矿离子的本征不稳定性会诱导其在快速结晶时形成低质量的薄膜,使得钙钛矿器件在环境稳定性方面仍面临巨大挑战。本文基于激光制备的无配体硫化铅纳米晶在钙钛矿晶内的可控植入,创新性地提出构筑晶内异质界面改善钙钛矿薄膜结晶动力学和稳定性的调控策略。结果表明,晶内植入硫化铅纳米晶能够抑制钙钛矿中间相生成,并加快形核速率,减缓钙钛矿长大速率,显著提升了钙钛矿薄膜结晶质量和环境稳定性。基于硫化铅纳米晶晶内植入的钙钛矿太阳能电池最高光电转换效率达到22.12%,且在未封装、40%相对湿度条件下经过5 000 h仍能保持其初始效率的95%以上,在惰性气氛、85℃下的热稳定性超过1 000 h。

各向同性富铁FePt纳米晶薄膜的形成及其磁性

采用直流溅射多层膜结合退火技术 ,制备了不同富铁量的各向同性Fe Pt纳米晶永磁薄膜。对这些永磁薄膜的研究表明 :在 5 0 0℃退火 3min～ 10min得到的所有不同富Fe量的Fe Pt永磁薄膜是各向同性的 ;它们的磁滞回线都显现单相的硬磁行为 ;所有的薄膜显示出剩磁增强效应 ,其剩磁随富Fe含量的增加而增大。磁力显微镜观测表明 ,在热退磁状态下Fe Pt薄膜显现出不规则的横跨数个晶粒的岛状畴 ,其大小是平均晶粒尺寸的 7倍～ 10倍。

CoFe_(2-x)RE_xO_4(RE=Tb,Dy)纳米晶薄膜的化学合成及磁性

以溶胶－凝胶法制备了稀土铽或镝掺杂的钴尖晶石铁氧体纳米晶薄膜．考察了Ｔｂ或Ｄｙ的掺杂量及晶化条件对晶相的影响．结果表明，稀土离子的掺杂量ｘ超过０．３时，样品很难形成尖晶石单相．原子力显微镜对纳米晶薄膜表面形貌的观测显示，溶胶－凝胶法制备的薄膜粒度可控制在２０～５０ｎｍ，且具有较高的表面平整度．对于厚度为２００ｎｍ的薄膜，均方根粗糙度仅为４～５ｎｍ．磁特性研究发现。

电化学氧化生长纳米晶TiO_2光催化薄膜结构与性能表征

用电化学阳极氧化方法在Ti上制备纳米晶TiO2 薄膜 .结果表明 ,将工业纯钛片暴露于电介质溶液并加一定电压 ,Ti表面将氧化生长TiO2 薄膜 .适当控制氧化电压、溶液温度 ,可以得到非晶氧化膜 ,再进行控制条件下的晶化处理 ,得到锐钛矿相纳米晶TiO2 薄膜 ,其晶粒度约在 10～ 30nm .研究了电化学氧化过程氧化膜生长动力学 ,发现在 0～ 80V电压范围内 ,氧化膜随电压增加而增厚 ,在一定电压下氧化膜有一恒定的厚度 ,氧化膜厚度和氧化电流随时间而逐步降低呈对数规律 ,氧化膜生长过程受电场作用下离子通过膜的迁移所控制 .用TEM、X -衍射表征TiO2 薄膜的晶体形貌与相结构 .用光谱仪测定了薄膜对入射光的吸收特性 ,表明电化学氧化制备的纳米晶TiO2 薄膜对近紫外入射光产生强烈的吸收 ,显示纳米结构的量子效应 .

纳米晶TiO_2薄膜的制备、表征及其光催化性能的研究

采用sol gel法制备TiO2薄膜。用XRD、UV vis、AFM对其结构、光谱吸收及表面形貌进行了表征。以具有典型偶氮染料结构的甲基橙水溶液为目标反应物,对膜的光催化性能进行了研究。结果表明,在普通玻璃衬底上得到了比较好的锐钛矿型TiO2薄膜,其紫外吸收谱带拓宽,该膜对低浓度甲基橙有较好的光催化降解功能。

方酸菁功能材料修饰纳米晶TiO_2薄膜电极的光电转换性能研究

考察了三种方酸菁染料修饰纳米晶ＴｉＯ２薄膜电极表面应用于光电化学太阳能电池进行光电转换的情况，发现它们的光电化学性能参数按照Ｓｑ３＞Ｓｑ２＞Ｓｑ１的顺序，随着染料在纳米晶ＴｉＯ２上吸附力的增强而提高。其中，Ｓｑ３的光电转换效率为２．１７％，它在６５０ｎｍ处的最高单色光光电流效率ＩＰＣＥ值达到６．２％，表明方酸菁是一类优良的光电转换功能材料。

有序中孔纳米多晶TiO_2薄膜的Li^+嵌脱行为

以三嵌段高分子非离子表面活性剂为结构导向剂,在非水条件下,合成了具有均一孔径分布(6.5nm)、高比表面积的稳定的中孔纳米多晶TiO_2薄膜.用循环伏安与电位阶跃技术研究了薄膜的Li^+离子嵌入反应.结果表明,由非离子表面活性剂导向而成的中孔TiO_2薄膜具有较大的Li^+离子嵌入容量,伏安特性中双电层电容效应非常显著,Li^+离子在脱嵌过程中电荷传递系数在0.15～0.4之间,嵌入系数为(4.7～55)×10^(-12)cm^2/s.这些结果显示了具有大的比表面中孔TiO_2薄膜具有不同一般Li^+离子嵌入TiO_2薄膜的电化学反应特征.

TiO_2纳米晶薄膜电极的瞬态光电流特性

采用 Ti Cl4 水解法制备 Ti O2 纳米微粒 ,并研究这种微粒形成的纳米晶薄膜电极的瞬态光电流特性 .利用能带模型和循环伏安特性讨论 Ti O2 纳米晶薄膜电极光生电荷的产生及转移动力学规律 .

氢稀释对纳米晶硅薄膜晶化特性的影响及薄膜生长机理

以SiH4与H2作为前驱气体,采用射频等离子增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅薄膜.利用Raman散射和红外吸收光谱等技术,对不同氢稀释比条件下薄膜的微观结构和键合特性进行了研究.结果表明,随着氢稀释比增加,薄膜的晶化率明显提高,而氢稀释比过高时,薄膜晶化率呈现减少趋势.红外吸收光谱分析表明,纳米晶硅薄膜中氢的键合模式与薄膜的晶化特性密切相关.随着氢稀释比增加,薄膜中整体氢含量和SiH2键合密度明显减少,而在高氢稀释比条件下,氢稀释比增加导致薄膜中SiH2键合密度和整体氢含量增加.

氢稀释对纳米晶硅薄膜微结构的影响

采用电感耦合等离子体化学气相沉积技术制备了氢化纳米硅薄膜,利用Raman散射、X射线衍射、红外吸收等技术对不同氢稀释条件下薄膜的微观结构和键合特性变化进行了研究。结果表明,较高的氢稀释比导致薄膜从非晶硅到纳米晶硅的结构转化,随着氢稀释比的增加,所沉积薄膜的晶化度及纳米晶硅的晶粒尺寸单调增加,纳米硅颗粒呈现在(110)方向的择优生长趋势。键合特性分析显示,随氢稀释比增加,薄膜中整体键合氢含量减小,而SiH2键合比例呈现显著增加趋势,该结果反映了氢原子刻蚀和纳米硅界面面积比的同时增强。光学吸收谱分析表明,通过改变反应气体的氢稀释比,可实现从1.72～1.84eV光学带隙可调的纳米硅薄膜制备。

射频PECVD法高压快速制备纳米晶硅薄膜

采用传统的射频等离子体增强化学气相沉积技术，在较高的工作气压（133～266Pa）下，以0．4nm／s速率制备出优质的氢化纳米晶硅薄膜。薄膜的晶化率约60％，平均晶粒尺寸约6．0nm，暗电导率为10^-3～10^-4／Ω·cm。红外吸收谱显示，薄膜中没有Si-O、Si-C、Si-N等杂质键，随晶化率的提高，Si-H键也逐渐消失。

TiO2纳米晶薄膜溶胶凝胶法制备及其光学性能

通过溶胶凝胶浸渍提拉法成功制备了表面平整的氧化钛纳米晶薄膜.XPS结果确定了该薄膜的元素组成及价态.TG分析结果表明大量无定形Ti(OH)2向锐钛矿型TiO2转变发生在390℃左右.显微共焦Raman光谱确定了不同温度热处理所得薄膜的相结构.SEM形貌图显示TiO2薄膜表面粒子疏松,晶粒多在20nm～30nm之间.另外研究了Fe3+掺杂对TiO2薄膜光学吸收性能的影响.

碳化钨纳米晶薄膜电极在对硝基苯酚电化学还原中的催化性能

采用磁控溅射物理气相沉积和等离子体增强化学气相沉积技术,在金属镍基体上制备具有纳米晶结构的碳化钨薄膜;采用循环伏安、准稳态极化和恒电位阶跃等电化学方法研究了对硝基苯酚(PNP)在碳化钨纳米晶薄膜电极上电化学还原的特性和机理。研究表明,采用磁控溅射物理气相沉积技术制备得到的薄膜是由直径为20nm的WC1-X构成,在这种薄膜电极上,PNP电化学还原在电位为-0.95V(Vs.SCE)时,出现一个电流密度为6.0mA·cm-2还原峰,还原反应的表观活化能为12.0kJ·mol-1;而采用等离子体增强化学气相沉积技术制备得到的薄膜是由直径为35nm的纯相WC构成,PNP在该薄膜电极上电化学还原峰电位为-1.05V(Vs.SCE),还原电流达10.0mA·cm-2,表观活化能为10.9kJ·mol-1。PNP在这两种碳化钨薄膜电极上都经过两步不可逆的电化学反应还原成对氨基苯酚,控制步骤为电极反应的电荷传递过程。

利用金刚石纳米粉引晶方法制备高硼掺杂金刚石薄膜

利用金刚石纳米粉引晶方法在SiO2衬底上合成了高硼掺杂金刚石薄膜,并利用范德堡法、扫描电镜、激光拉曼方法对不同掺杂量下生长的样品进行了表征。SEM和拉曼谱分析表明,少量掺杂时有利于提高金刚石薄膜的质量,但是随着掺杂量的增加,金刚石薄膜质量开始明显下降;并且拉曼谱峰在500cm-1和1200cm-1开始加强,呈现重掺杂金刚石薄膜的典型特征。其电导率随着温度升高而升高,表明导电性质为半导体导电。

混晶纳米TiO_2薄膜光催化降解亚甲基蓝

以钛酸四丁酯为原料采用浸渍提拉法在普通瓷片表面制备TiO2混晶薄膜,用XRD对薄膜进行表征,选用亚甲基蓝催化降解考察TiO2混晶薄膜的催化能力,探讨了紫外光光照强度、亚甲基蓝初始浓度和pH对光催化降解的影响。结果表明:600℃煅烧4h可制备金红石为13.2%的混晶薄膜,平均粒径为22nm;初始浓度在0.313～0.937mg/L,催化反应符合一级动力学方程,半衰期随初始浓度的增加而减小;在光照强度为40W和pH为13时降解率为45.6%,并可多次重复使用。

TiO_2光催化纳米薄膜的晶化处理

TiO2光催化纳米薄膜在400℃~800℃温区内恒温退火1h^2h,以消除膜内非晶,提高薄膜光催化活性。热处理前后试样的检测结果表明:退火使TiO2薄膜内非晶晶化,晶粒长大,光响应电流增大。随退火温度的升高,TiO2薄膜出现由非晶→锐钛矿→金红石的转变。其中,600℃退火1h的TiO2薄膜为锐钛矿加金红石的混晶结构,光电流密度最大IUV=41.2A/m2,光催化活性最好。

氢在钯纳米晶薄膜中的扩散

采用电刷镀工艺制备了厚度 <1μm的钯膜。AFM和SEM观测表明钯膜由半球型的纳米晶簇构成 ,晶簇尺寸在 2 0～ 3 0nm之间 ;在薄膜中没有发现裂纹和气孔。利用电化学剥离方法测定了氢在α薄膜的扩散系数( 2 98～ 3 2 8K)。氢的扩散行为符合Arrhenius定律。扩散系数比相同温度下体材料的扩散系数低 1个数量级 。