介绍二氧化钛是一种最有效的材料作为催化剂或光伏设备照片,色素增感太阳能电池等[1][2]和水净化亚博网站下载系统。为进一步改善光学响应,如匹配太阳辐照度最大的带隙,我们已经检查了依赖的带隙晶格常数[3 - 5]。据报道,在二氧化钛纳米粒子的情况下带隙变得更广泛的[6],而对于nano-porous材料变得更窄的[7]。亚博网站下载yabo214一个类似的行为,增加纳米粒子的表面能比大部分值和减少综述研究中发现yabo2142O3-MgO-ceramics [8]。这导致了结论,这两个结构,纳米颗粒和综述,表现备受争议。而纳米粒子可以很容易产生yabo214许多不同的处理方法,寻找合适的处理方法nano-porous材料仍在进行中。亚博网站下载反蛋白石结构已申请生产nano-porous二氧化钛[9],是最有前途的方法,因为它有孔隙大小的精确控制的优势,而是昂贵。提出另一个nano-porous二氧化钛薄膜的制造方法使用carbon-nano-tubes nano-templates(问):问的处理包括两个步骤,增长nano-templates和随后溶胶-凝胶方法应用以达到nano-porous二氧化钛薄膜。 被发现后问的增长由等离子体增强化学气相沉积(PECVD) "使用金属催化剂Pd、镍、铁基板[10],这一技术得到了改进,所以它成为实现生产组织分布式问阵列平面衬底的广泛领域。金属表面作为催化剂的分解acetylen气体,导致问[11]的增长,顶部设有一个纳米金属粒子。通过改变工艺参数非晶碳层(CL)可以生产这种技术也显示有趣的光电性质。 二氧化钛的溶胶-凝胶处理已经在文献中报道(12 - 14),同时也生产薄膜的方法[14]。这些二氧化钛薄膜的微观结构由较低的烧结纳米粒子密度比先进的溅射方法如射频螺旋磁控溅射(4、15),但足够好所需的应用程序。yabo214 在本研究,我们介绍一种新的制造方法nano-porous二氧化钛薄膜的纳米结构模板,如问或CL和sol-gel-dip-coating方法。 实验镍表(99.99%,Nialco、日本)和乙醇清洗,然后存放在问或CL PECVD室",氨和乙炔气体的流动在2:1的比率分解为碳和氢等离子体的援助,其他地方描述的细节(10、11)。根据工艺参数、温度、电场的等离子体和气体分子速度由入口气体流量控制,沉积的微观结构变化与波浪表面非晶态CL或厚或薄的问。沉积了一层的微观结构特点是通过扫描电子显微镜(SEM、JEOL 5600 30 kV)和透射电子显微镜(TEM)和300千伏JEOL 3010例。问或CL是否形成,由加工参数控制,尤其是温度控制问成核或问增长的竞争,只有大约650的最适温度oC导致好问最小厚度约为5 nm和密集,几乎均匀分布。 使用这些碳镍复合材料作为纳米级模板,由溶胶-凝胶沉积二氧化钛薄膜的技术。前体溶液包含titanium-tetra-iso-propoxide(方式确定)、乙醇(和光纯化学有限公司从kouichi),和di-ethanol-amine (DEA, Kishida化学公司)和6 h混合水解反应完成后。这种液体标本下降缓慢,移除,垂直和干空气24 h,允许凝胶发生。不同的退火温度的形成,锐钛矿相或金红石相,可以控制。这个序列的浸涂和退火应用一次或三次。标本被以x射线衍射(XRD) Rigaku Rint2000使用Cu-Kα和jsp数据表明衍射峰基地。 结果与讨论x射线衍射测量的结果如图1所示。CL的山峰(图1)、问(图1所示。e)在浸涂Ni-sheets出现在47岁o和55o27岁,而一个小高峰o只出现在CNT-specimens明显。浸涂的二氧化钛薄膜后,碳峰较弱,另外二氧化钛的峰值出现,这很好对应的数据锐钛矿和金红石相。标本被在中等温度显示在25岁o锐钛矿(101),37岁o锐钛矿(112)峰(图1 b, c)和标本向更高的温度显示以下金红石的山峰,在24 (100)o在27日,(110)o,(100)32o,分别。比较标本,浸涂一次(图1 b)和三次(图1 c),峰值高度增加,而宽度减少,表明一个更致密的结晶后续涂层后用更少的缺陷。
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图1所示。x射线分析二氧化钛层)CL衬底,b)锐钛矿电影一次下降,c)三次下降,d)金红石电影,e)问衬底。 |
微观结构的特点是SEM图2所示为标本浸涂一次。模式的厚二氧化钛地区,以下称为电线,出现四个组合的鲜明对比,CL)锐钛矿,b)金红石CL, c)锐钛矿在问,在问d)金红石。导线之间的地区几乎是裸的CL(图2 a, b)或均匀涂上一个较小的厚度(图2 d)或者不均匀涂层(图2 c) CNT的基质。涂层尺度图2 c(部分显示二氧化钛的电影而不是电线)可以解释的粗糙度镍片、划痕等。之间的连接导线的三分,而锋利的锐钛矿的情况(图2 a、c),而他们更圆润金红石(图2 b, d),这可以解释为快扩散退火温度越高。在标本的边缘覆盖衬底的浸渍溶液是不那么有效,电线成为薄或由独立的岛屿。二氧化钛的宽度和高度完全覆盖地区的电线是1µ米的锐钛矿(图3)和0.7µ米的金红石(图3 b)。电线由烧结纳米粒子组成。yabo214的锐钛矿的边缘线由一位杰出的边缘和一个额外的高度约为0.3µ0.1米,厚度µm。电线的形成可以解释为在干燥过程中液体的收缩:钢丝形状的表面能保持液体,这是巩固单线在随后解雇。是否可以将这些sub-micrometer结构化的电线可能用于应用程序,例如新模板进行进一步的处理,仍然是一个悬而未决的问题。
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图2。微观结构,c)锐钛矿,b, d)金红石薄膜,b) CL, c, d)一次浸渍后问。 |
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图3。模式形成线,细节)锐钛矿、金红石。 |
标本浸涂三次显示一个同质的微观结构二氧化钛薄膜在大面积(图4)。表面是粗糙的,由许多毛孔,形状取决于衬底(CL或问)或退火状态。锐钛矿的粗糙度大CL(图4)或金红石CL后一次浸涂(图4 c),而是圆形孔观察对CL金红石或问(图4 b和e)。SEM显微图的大小推断是在所有标本约50纳米,除了在金红石问约100纳米(图4 d)。较大的孔隙大小和圆孔的形状边缘的金红石可以解释为增强扩散退火温度越高,而不是锐钛矿。结果显示,nano-porous二氧化钛薄膜复合材料可以制造和孔隙大小和边缘曲率强烈依赖于组织的CL或问模板下面进一步解释。
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图4。锐钛矿的微观结构(一个)或金红石(俄文)薄膜上形成不同的模板,a, b, c) CL, d, e, f)问;组织a, b, d, e)获得第三次浸渍后,和c、f)后一次浸渍显示导线之间的地区。 |
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图5。计划显示)物理性质的分岔为纳米粒子和综述用b)表面之间的关系来解释,纳米粒子和综述。yabo214 |
应用程序的理想带隙的二氧化钛薄膜在photo-active设备应尽可能的缩小。众所周知的文学在nano-porous二氧化钛在这两个阶段,锐钛矿和金红石,带隙降低[7],而对于二氧化钛纳米粒子的带隙增加[6]。yabo214这似乎是一个普遍的物理原理,如图5所示:有关物理性质,如二氧化钛的带隙或表面能量[8],有分歧,是否由纳米粒子或综述结构。yabo214当粒子的直径d或毛孔低于临界极限,纳米粒子的能量是增加或yabo214减少的综述。这个有争议的行为可以解释为,结构直径d的孔隙或粒子变成了类似的大小比原子之间的相互作用距离r(图5)。微观结构特性,综述纳米粒子相区别,是弯曲的表面(图5 b)。yabo214如果在一个凸表面是弯曲的形状,它成为最后一个粒子;弯曲的凹,形成的孔隙。结论从这个考虑是,屈曲薄膜,如二氧化钛薄膜在目前的实验中,高数量的强烈弯曲凸区域应表现出类似的纳米粒子,和那些高数量的凹形弯曲区域应表现出类似的综述。yabo214薄膜弯曲的摘要,可以调整间距的问,他们的厚度d,和二氧化钛薄膜的厚度t,导致孔隙半径p = s-d-2t(图6)。强烈保税区两种类型的凹凸,可以获得窄间距s和小d(图6)。比较实验显微图,这是为锐钛矿电影问,虽然年代约为50纳米的值应该进一步下降到小于10纳米,量子尺寸效应的限制,将发生。图6 b的情况下强烈弯曲凸区域,这可以很容易地实现实验的低密度薄问,类似的案例金红石问(图4 e)。相反,图6 c强烈弯曲的情况下凹区域,发生在锐钛矿CL(图4),最后图6 d,弱弯曲地区几乎类似像传统的薄膜。预计只有标本像nano-porous二氧化钛强烈弯曲凹区域,即显示窄不好的差距,因此,是很有前途的材料为提高光伏设备的效率。亚博网站下载
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图6。微观结构参数影响的弯曲和孔隙半径p问nano-template二氧化钛薄膜沉积,导致下面的曲率,a)强凸、强convave, b)强凸、凹疲软,c)弱凸,凹,d)弱凸,凹。 |
结论本文中描述的新的处理方法结合nano-templates如问或CL镍PECVD和浸涂的这些模板"表由二氧化钛凝胶,最后导致复合材料,包括Ni-sheets CL覆盖或问nano-porous titania-thin电影与大量的强烈弯曲的毛孔。通过改变退火温度形成的锐钛矿和金红石薄膜可以控制。领域的凹或凸弯曲可以调节不同的厚度和间距nano-template问。获得的nano-porous二氧化钛电影带有带隙将缩小候选材料的光伏或photo-catalytic设备。亚博网站下载 确认这项工作的一部分财务支持的研究项目“21世纪卓越中心(COE)”,这是和善的承认。 引用1。b·o·里根,m . Graetzel“低成本、高效率的太阳能电池基于涂料胶体二氧化钛电影”,自然,353 (1991)737 - 40。 2。彰Fujishima,塔塔n . Rao Donald a . Tryk“二氧化钛光催化作用”,《光化学与光生物学C:光化学评论,1 (2000)21。 3所示。l .苗族p·金,k Kaneko毡帽,n . Nabatova-Gabain年代,Tanemura”,多晶锐钛矿和金红石的制备和表征TiO2通过射频磁控溅射薄膜”,达成。Surf.Sci。212 - 213 (2003)255 - 263。 4所示。Tanemura l .苗族年代,p, k . Kaneko毡帽,n . Nabatova-Gabain”同时外延生长的锐钛矿和金红石TiO2由射频螺旋磁控溅射薄膜”,j .晶体生长,254 (2003)100 - 106。 5。w·Wunderlich l .苗族m . Tanemura s Tanemura p .金k Kaneko毡帽,n . Nabatova-Gabin r . Belkada TiO的光学带隙的“从头开始计算2薄膜”,Int。。篇研究就是这么说的纳米科学亚博老虎机网登录,(接受) 6。k . m . Reddy诉马洛马,a . r . Reddy能带锐钛矿二氧化钛纳米颗粒的研究,材料化学和物理,78 (2002)239 - 245。亚博网站下载yabo214 7所示。多孔TiO t >。2:电子传递和应用注射染料敏化太阳能电池”,理论物理。统计,索尔。(一)、182 (2000)447 - 455。 8。w . Wunderlich m .高桥“表征纳米粒子在Mg-Al-Spinel-Formation由MD -计yabo214算模拟”:陶瓷交易卷。133。m .松井,et al .,。陶瓷。Soc。,(2002)189 - 194 9。文婷,汉斯·j·邦加德弗兰克•马洛“新型逆蛋白石:二氧化钛与骨架结构”,化学。板牙。15 (2003)568 - 574。 10。m . Tanemura k .岩田聪k .高桥y藤本,实在,h . Sugie诉菲利普就“增长plasma-enhanced对齐碳纳米管的化学气相沉积:优化增长参数”,j .达成。理论物理。,90 (2001)1529 - 1533。 11。w·Wunderlich m . Tanemura”互动的钯纳米晶封装在碳纳米管与氢”,固体物理学的进步,43 (2003)171 - 180。 12。夹沟Yu Xiujian赵、Qingnan赵、高王”super-hydrophilic多孔TiO的制备和表征2涂料电影”、材料化学和物理,68亚博网站下载 (2001)253 - 259。 13。w·Wunderlich p . Padmaja kg。k .斗士”TEM-characterization加工铝硅溶胶-凝胶法和Alumina-Titania Nano-Hybrid氧化物催化剂”,j .欧洲。陶瓷Soc。24 (2004)313 - 317。 14。中春Wang Ulf Helmersson,瑞典官员”锐钛矿TiO的光学特性2薄膜由低温水溶胶-凝胶过程”,薄固体电影,405 (2002)50 - 54 15。p•泽曼纳米光催化TiO s Takabayashi。2通过磁控溅射薄膜准备“瘦坚实的电影,433 (2003)57 - 62。 详细联系方式
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