基于共溅射ZnO/SnO_(2)异质结薄膜的气体传感器研究

采用射频磁控共溅射法在叉指电极上制备了ZnO/SnO_(2)n-n异质结复合薄膜,系统测试了其气敏特性,并分析了其气敏机理。结果表明,与ZnO薄膜和SnO_(2)薄膜气体传感器相比,ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器具有更低的工作温度、更高的灵敏度以及更快的响应和恢复速度。ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器对乙醇具有较好的选择性,最低检测体积分数为1×10^(-6),最佳工作温度为250℃;对1×10^(-4)乙醇气体的灵敏度可达18.4,响应时间和恢复时间分别为10 s和19 s。

掺杂量对ZnO∶Tb复合薄膜的形貌和光学性能的影响

采用的两步法——先溅射成膜,后退火处理的工艺成功制备了ZnO:Tb复合薄膜,结合XRD、SEM、PL等手段研究了掺杂量对薄膜结构和形貌的影响.发现掺杂量为4.16%时,ZnO:Tb薄膜表面形成新奇T-A-ZnO结构以及不同直径和长度的螺纹状纳米棒;同时出现378 nm和387 nm两个较强的紫外发光峰,以及中心波长位于515 nm的强绿光峰.

TiO_2/ZnO纳米复合薄膜溶胶-凝胶法制备与表征

采用溶胶-凝胶法在普通载玻片表面制备了TiO2/ZnO纳米复合薄膜并进行了SEM、XRD和EDS分析与表征。结果表明,复合薄膜微观结构和结晶化程度都强烈依赖于钛相对百分含量;随着钛含量减少,薄膜微裂纹消失,由晶化相趋向于玻璃态后又逐步趋向于结晶态。

用于复合型薄膜电极的TiO_2-ZnO复合溶胶的研究

为了制备TiO2-ZnO复合型薄膜电极,本研究采用了不同Ti/Zn摩尔比,探讨TiO2与ZnO溶胶混合方法对TiO2-ZnO复合型薄膜结构与性能的影响。溶胶制备方法为溶胶-凝胶法(sol-gel),两种复合溶胶的Ti/Zn摩尔比为3∶1及1∶1。对两种混合溶胶分别进行了差热-热重分析(TG-DTA)及XRD分析。测试结果表明:Ti/Zn(摩尔比)=3∶1复合溶胶的差热-热重曲线在370℃和415℃两个温度点出现较为明显的放热峰。对应XRD分析中也显示热处理后的溶胶中出现了锐钛矿和偏钛酸锌这两种晶相,Ti/Zn(摩尔比)=1∶1复合溶胶的差热-热重曲线仅在450℃出现一个明显放热峰,其对应XRD分析显示,在各个热处理温度下,该复合溶胶仅含有唯一晶相偏钛酸锌。两种混合溶胶测试分析表明,以直接混合TiO2及ZnO溶胶的方式,薄膜中将会出现偏钛酸锌,偏钛酸锌具有高介电常数,即具有较低的绝缘性能和较高的导电性能,用于半导体薄膜中可能会有益于光电性能的提高。本文还采用Ti/Zn(摩尔比)=3∶1混合溶胶在未腐蚀和已腐蚀玻璃载体上进行了镀膜实验,对热处理后的样品进行了表面及断面的SEM研究,发现采用分步热处理方式,可以得到较为理想的薄膜,基体腐蚀与否对薄膜和基体的结合性甚微。

溶胶凝胶工艺制备NaMgZnO复合薄膜结构和发光性能研究

利用溶胶-凝胶旋涂工艺在玻璃基底上生长NaxMg0.2Zn0.8-xO(x=0.02、0.04、0.06)复合薄膜和本征ZnO薄膜.使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和光致发光系统(PL)分别对薄膜的晶体结构、表面形貌、光学透过率和光致发光性能进行表征.结果表明:引入Na元素和Mg元素可有效提高薄膜的结晶质量,随着Na掺杂量的增加,薄膜的晶粒尺寸逐渐增大,x=0.06时,薄膜平均晶粒尺寸相对最大,达到43.9nm.由扫描电镜结果可知,x=0.02时薄膜晶粒较为致密,而当x=0.06时,出现若干较大白色晶粒,可能是过量的Na元素以NaCl的形式析出所致.PL谱分析可知,样品主要有2个发射峰,一个是位于370nm左右强度较大的紫外发射峰;另一个是500nm附近的绿光峰.而组分为Na0.02Mg0.2Zn0.78O复合薄膜的光致发光谱仅有一个强度较大的紫外发光峰,并且其强度远高于其他样品,说明此时薄膜的紫外发光性能得到了明显的提高.

电泳沉积法制备ZnO/SnO_2复合薄膜及其光催化性能研究

在导电玻璃FTO基底上,利用电泳沉积技术成功制备了ZnO/SnO2复合薄膜,并对样品进行了SEM和XRD表征,并以降解罗丹明B为模型反应,考察不同条件下制备的复合薄膜的光催化活性。结果表明电泳沉积时间为20min时,可得到表面致密均匀的ZnO薄膜,膜厚为0.5μm,且随着电泳沉积时间的延长,薄膜的光催化速率不断增加,沉积时间为20min时,光催化速率达到最大(0.016min-1),如此优异的光催化性能可能是由于异质结构光催化剂ZnO/SnO2减小光生电子-空穴的复合几率,提高了复合催化剂的光催化效率。此外,还研究了热处理温度对ZnO/SnO2复合薄膜光催化效率的影响,结果发现在300℃热处理的光催化薄膜对罗丹明B的降解率最好,活性最高。

Ti/SnO_2/ZnO复合薄膜的制备及其光催化性能研究

以Ti/SnO2为基体,从Zn(NO3)2水溶液中阴极电沉积ZnO,制备了Ti/SnO2/ZnO复合薄膜,用X-射线衍射、扫描电子显微镜和紫外-可见漫反射吸收光谱对其进行了表征,以甲基橙为目标有机物,考察了其光催化活性。实验结果表明,Ti/SnO2/ZnO复合薄膜的光催化活性明显高于Ti/ZnO薄膜,且其催化活性随ZnO的沉积时间而变化。对复合薄膜催化活性提高的原因进行了讨论。

基于双层TiO_2复合ZnO薄膜电池的制备及光电性能的研究

采用二氧化钛(P25)、粘接剂和溶剂经研磨制备致密二氧化钛薄膜,并结合水热法在致密薄膜上制备多孔二氧化钛薄膜,然后再将其浸渍在醋酸锌溶液中制备成TiO2/ZnO复合薄膜,将所制得的复合薄膜分别作为光阳极制备成染料敏化太阳能电池。通过对光电性能的比较研究,底层致密外层多孔二氧化钛薄膜远远优于致密二氧化钛薄膜,而在醋酸锌中浸泡80 min时所得TiO2/ZnO复合薄膜的光电性能最好,光电转换效率高达4.36%。

ZnO/TiO_(2)复合薄膜的制备及其光学性能的研究

利用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备ZnO、TiO_(2)多层复合薄膜.测试手段采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)分别对薄膜的结构、形貌和光学性能进行表征.研究固定浓度的ZnO在不同浓度的TiO_(2)上进行叠涂的复合薄膜的光学性能.实验分别制备浓度为0.45 mol/L/0.45 mol/L、0.45 mol/L/0.55 mol/L、0.45 mol/L/0.65 mol/L、0.45 mol/L/0.75 mol/L的ZnO/TiO_(2)双层膜.实验再进一步研究,在双层膜性能最好的薄膜的浓度基础上增加薄膜层数,制备TiO_(2)/ZnO/TiO_(2)3层膜.结果表明:浓度为0.45 mol/L/0.55 mol/L的双层ZnO/TiO_(2)复合薄膜的结晶质量好,吸光度较强,禁带宽度值为3.39 eV.将ZnO和TiO_(2)薄膜复合后,会产生一个新的杂质能级,电子跃迁时能量增加,载流子迁移速度降低,禁带宽度相对变大.在此基础上叠加第三层薄膜后,与双层膜样品相比(101)衍射峰有所下降,说明叠涂层数太多,反而影响了薄膜的生长.

热氧化复合薄膜制备针叶状纳米ZnO

采用射频磁控复合溅射技术,在Si(111)衬底上制备Zn/SiO2复合薄膜,本文讨论了不同退火时间下形成的晶状氧化锌,并对其进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及选区电子衍射(SAED)分析和表征。可以看出,由于不同材料的结晶温度不同,在空气中700℃退火热处理,使金属锌从复合薄膜中析出并氧化,形成针叶状氧化锌结晶体,ZnO晶体为六方纤锌矿结构。

衬底温度对AlN/ZnO复合薄膜结构形貌的影响

采用直流反应磁控溅射法在ZnO/Si基片上制备了良好(002)(c轴)取向的AlN薄膜,利用XRD、AFM对不同衬底温度下制备的AlN薄膜的结构、形貌进行了分析表征。结果表明,在一定温度范围内(450～650℃),随着衬底温度的升高,晶粒逐渐长大,沉积速率增大,表面粗糙度先减小后增大;AlN(002)择优取向呈改善趋势,取向度先增大后减小,600℃时达到最佳。

Cu层溅射时间对两种ZnO复合透明导电薄膜光电性能的影响

本文采用射频反应磁控溅射法溅射ZnO靶,直流磁控溅射法溅射Cu靶,在玻璃衬底上制备了不同复合结构的Cu、ZnO透明导电薄膜,研究了Cu层溅射时间对薄膜结构形貌和光电性能的影响。结果表明Cu夹层对膜系的导电性起主要作用,电阻率先随沉积Cu层溅射时间的增加而显著降低,后变化趋于平缓。样品可见光范围内透射率随Cu层溅射时间增加而降低。并且比较相同条件下制备的两种薄膜后得出,ZnO/Cu薄膜电阻率相对较低,ZnO/Cu/ZnO薄膜透射率相对略高。

溅射功率对ZnO/TiO_2复合薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃基底制备了ZnO/TiO_2复合薄膜,利用SEM、XRD对薄膜的表面形貌和晶体结构进行了表征,分析了不同溅射功率对薄膜的亲水性和光催化性能的影响。结果表明,溅射功率为140W时,再经500℃退火2h处理后的薄膜具有锐钛矿和金红石混晶结构,并具备最佳的亲水性能;随着溅射功率的增加,ZnO/TiO_2复合薄膜的光催化性能升高。

磁控溅射和退火制备ZnO/SiO_2复合薄膜

采用射频磁控溅射和退火处理的方法在单晶硅衬底上制备了ZnO/SiO2复合薄膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和接触角测量等测试手段研究溅射气压、溅射功率、氧氩比和退火温度等对复合薄膜成分组成、组织结构及润湿性能的影响。研究表明,复合薄膜中主要有ZnO、SiO2、Zn2SiO4 3种物相,且分别以六方纤锌矿结构、无定形态和硅锌矿型等形式存在。随着溅射和退火工艺的改变,复合薄膜的接触角在41°～146°间变化,组织形态由颗粒状向纳米竹叶状变化。溅射气压0.5 Pa,溅射功率120 W,氧氩比(O2∶Ar)为0∶30,退火温度为700℃的条件下获得具有六方纤锌矿结构的ZnO纳米组织,该组织呈现出竹叶状,在薄膜表面交错排列形成了无序多空隙的微观形貌,使复合薄膜具有超疏水性,接触角为146°。

SiO_2/ZnO复合薄膜改性及二甲基二氯硅烷修饰的搪瓷表面疏水性能研究

采用水热法,通过反应釜中高温高压在搪瓷表面制备了SiO_2/ZnO复合薄膜。研究了不同反应温度、水热时间与溶胶配比对其疏水性能的影响。利用SEM、红外光谱仪、全自动视频微观接触角测量仪分析了薄膜的微观结构与性能,最后对搪瓷表面进行光泽度、白度、耐酸度的测试。结果表明,反应温度在220℃,水热时间为14 h,SiO_2溶胶与ZnO溶液配比为1∶1时制备的SiO_2/ZnO复合薄膜,经过DDS修饰疏水性能最优,接触角达到150.3°。SiO_2/ZnO复合薄膜对搪瓷的光泽度与白度基本没有影响,不影响表面实际观感,同时搪瓷表面耐酸性为一级。

ZnO·TiO_(2)双层复合薄膜的制备及其光学性能的研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel),分别以乙酸锌(Zn(CH_(3)COO)_(2)H_(2)O)、钛酸酊酯(Ti(OC_(4)H9)_(4))为锌源和钛源,在玻璃衬底以及硅衬底上制备了不同浓度的、均匀的、结晶质量良好的单层ZnO、TiO_(2)薄膜及双层的ZnO·TiO_(2)复合薄膜。结果表明,所制备的单层本征ZnO、TiO_(2)薄膜分别沿(002)、(101)晶面生长,且当本征ZnO、TiO_(2)的浓度分别为0.45 mol/L、0.65 mol/L时,择优取向生长最明显。ZnO·TiO_(2)复合薄膜的(101)、(004)特征峰明显,且0.45 mol/L/0.55 mol/L的双层ZnO·TiO_(2)复合薄膜结晶质量最好;薄膜表面最为平整,粒子分布均匀,粘连现象最少;对紫外光的吸收最强,禁带宽度为3.39 eV。

退火温度对Cu_(NPs)@ZnO纳米复合薄膜结构与光学性能的影响

使用磁控溅射结合惰性气体冷凝的方法制备了Cu纳米粒子,通过将Cu纳米粒子沉积与ZnO离子束溅射原位复合的方法制得了CuNPs@ZnO纳米复合薄膜,并研究了退火温度对CuNPs@ZnO纳米粒子复合薄膜的结构和光学性能的影响。通过对样品的表征发现所得产物中存在着低温条件下难以形成的立方相、岩盐结构的ZnO。并且,样品的微观形貌、结晶性和光学性能随着退火温度的变化而发生显著地变化。

ZnO/Au复合薄膜的制备及SERS性能的研究

为了研究ZnO/Au复合薄膜中不同浓度的金纳米颗粒对表面增强拉曼光谱(SERS)的影响,通过光还原反应将Au纳米颗粒沉积在ZnO薄膜上作为活性基底形成ZnO/Au复合薄膜,实现SERS基底的制备。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和EDS元素分析对样品进行性质表征,发现制备的ZnO薄膜均匀密布于玻璃衬底上,且金纳米颗粒成功地沉积在ZnO表面。利用探针式台阶仪测得ZnO薄膜的厚度为50 nm。以低浓度罗丹明B(10^-9 M)作为探针分子,改变Au纳米颗粒的浓度,进行SERS测试。结果表明,ZnO/Au复合薄膜具有良好的拉曼增强效应,在620 cm^-1,1355 cm^-1,1502 cm^-1,1646 cm^-1等位置出现了罗丹明B的明显特征峰。对比ZnO/Au复合薄膜中不同浓度的金纳米颗粒对检测罗丹明B的SERS增强效果,发现3 g·L^-1浓度下拉曼活性增强效果最佳。

ZnO/SiO2复合薄膜的制备及其阻隔性能研究

目的为了进一步提高氧化锌(ZnO)沉积复合薄膜对氧气的阻隔能力,探索其应用于食品和药品包装材料的可行性。方法采用射频磁控溅射技术(RF),以ZnO和二氧化硅(SiO2)为靶材,在PET塑料表面同时沉积,制备ZnO/SiO2复合薄膜包装材料,并详细分析SiO2的引入对ZnO沉积膜微观结构和阻隔能力的影响,优化ZnO/SiO2的制备工艺。结果SiO2的引入,使ZnO纳米颗粒的形状由片状燕麦变成了球形,当功率密度比PSiO2/PZnO为0.67,氩气流量为20 mL/min,沉积时间为20 min,工作气压为0.5 Pa时,ZnO/SiO2复合薄膜的氧气透过率降低为0.462 mL/(m^2·d),水蒸气透过率有所增加,为0.367 g/(m^2·d)。结论引入合适比例的SiO2,可有效提升ZnO沉积层对氧气渗入的阻隔能力,但SiO2引入量过高时,会加剧纳米裂纹,对复合薄膜的阻隔能力不利。

ZnO/Ecoflex自驱动柔性压电传感器及其人体姿态监测微系统设计

压力传感器是可穿戴电子设备的重要组成部分,但在能量供应、灵活性和皮肤适应性方面仍存在各种问题。研制了一种主要由ZnO/Ecoflex复合薄膜构成的自驱动柔性压力传感器,并构建了人体姿态监测系统,可用于动态监测人体姿态信号和其他运动参数。在外部压力应力的作用下,所制备的传感器表现出优异的灵敏度(0.068 V/N)、良好的线性度(约0.98)、宽的测量范围(5~80 N)以及卓越的耐久性(超过10000次循环)。此外,基于制备的传感器设计了硬件电路,建立了人机交互测试系统,实现了对人体姿态信号的远程传输功能。因此,这项工作不仅开发了一种新型的无铅化自驱动压力传感器,还设计了人体姿态监测微系统,为信号处理和智能传感提供了新思路,在医学研究、个性化识别和人机交互方面具有重要的应用潜力。