二氧化钛-氧化锌多孔氧化锌溶解形成的电影

TiO₂已经被广泛地应用于涂料和作为电介质复合材料的原料。最近TiO₂已经吸引了很多的关注作为光催化剂和色素增感太阳能电池的半导体电极[1,2]。尽管TiO₂高可分散性粉末为应用程序所需的颜料和为原料,固体TiO₂喜欢陶瓷或电影更方便,因为容易处理的催化剂和电极。薄膜优越比陶瓷等使用,即使可以获得足够的表面积。有形成薄膜的各种方法:溶胶-凝胶法、化学气相沉积、气溶胶沉积法和溅射法。溶胶-凝胶法被广泛用于制作电影比表面积高[3]。溅射方法形成致密和坚持电影,但很难获得多孔的电影。这项工作的目的是形成一个从TiO多孔膜₂通过tripole /氧化锌复合薄膜磁控溅射氧化锌溶解过程和成功。这种方法是基于事实,酸和碱优先溶解氧化锌。tripole的磁控溅射装置可以控制水土流失面积目标(内外)通过改变线圈电流的控制杆,可生成固溶体电影或电影分级由不同材料组成的目标在内部和外部使用。亚博网站下载

E实验过程

两种类型的电影准备;TiO₂/氧化锌单层和氧化锌- (TiO₂/氧化锌)tio₂三层玻璃基板(康宁# 7059)如图1所示被tripole沉积磁控溅射装置。钛锌板和安排内部和外部目标,分别,侵蚀面积是由内至外切换目标通过改变线圈电流的控制。所需的成分的电影是通过改变每个区域的溅射时间调整。每个溅射时间[s]的内部和外部(TiO用周期比率)₂/氧化锌复合电影被设置为6/1或10/1。总溅射时间的单层20 h TiO₂/氧化锌薄膜厚度约为1μm。在三层,每一层的溅射时间,氧化锌层,TiO₂TiO /氧化锌层和底部₂15是3 h, h和6 h,和每一层的厚度0.2,0.8和0.2吗μm分别。介绍了99.99%的氧气在溅射和实施,将衬底的温度保持在200人^oC。通过使用醋酸溶解氧化锌pH值4.5。晶体结构和组成的电影前后氧化锌溶解进行评估通过x射线衍射(XRD);Rigaku RINT2200V / PC-SV)和微观结构是由场发射扫描电子显微镜观察(FE-SEM:日立、s - 4100)。光催化活性的电影被确认通过分解亚甲蓝溶液,在紫外线照射。methylen蓝色的光透射谱测量每1 h谱(JASCO有限公司UBEST-55)。高压汞灯(1000 V)是用作紫外线源。

结果与讨论

两种类型的薄膜如图1所示是d使用tripole eposited Ti-Zn不同溅射磁控溅射装置。图2显示了XRD的单一模式和三层之前和之后的电影沉浸在醋酸的pH值4.5。金红石TiO₂和锐钛矿TiO₂得到在两种类型的电影,然而,布拉格角,2θ和峰强度不同。氧化锌阶段和化合物由Ti和锌在TiO可以证实₂/氧化锌层由Ti-Zn替代溅射沉积,即使锌内容(外溅射时间)增加;预期TiO₂不能创建/氧化锌复合。认为锌与TiO形成固溶体₂,非晶氧化锌形成由于低粒子能量气急败坏的从外目标或溅射时间的呼吸急促。在单层的情况下,尽管金红石和锐钛矿TiO₂当外形成溅射时间很短(10/1),只有微弱的金红石TiO₂山峰被证实当周期比例是6/1。在这些条件下只使用钛板、锐钛矿TiO₂是优先形成,即使沉积速度和结晶度的电影成为低因为外溅射能量低于内部(4、5)。这个结果不同于TiO的倾向₂电影没有锌,表明膜结构成为非晶或金红石TiO₂这是TiO的高温阶段₂。这种结构变得稳定,与锌形成固溶体外溅射时间增加。解散后,单层的成分没有任何改变。

图1所示。溅射薄膜结构的示意图说明。

在三层的情况下电影,氧化锌的顶层,金红石和锐钛矿TiO₂观察在XRD模式沉浸在醋酸,而氧化锌山峰消失了,只有TiO₂后阶段仍沉浸。山峰的锐钛矿TiO₂时出现明显比单层膜周期比例是6/1。这些山峰似乎不是TiO₂沉积在TiO₂/氧化锌层但TiO的晶体结构₂包括锌TiO的晶体结构的影响₂沉积在衬底。的结果,一个三层薄膜与周期的比例6/1包括锐钛矿TiO₂预计高催化活性的光催化剂。

(一)单层解散前后的XRD模式

(b)前后的XRD的三层模式解体。

图2。XRD的氧化锌溶解之前和之后气急败坏的电影模式。

图3显示了溅射薄膜的SEM照片之前和之后沉浸在醋酸。单和三层薄膜浸泡前致密,表面光滑。列三层与氧化锌薄膜层压层直径似乎比氧化锌溶解之前单一的电影。在影片三倍的情况下,结构的氧化锌层是独立TiO的组成₂/氧化锌层在解散之前从SEM图片可以看到,然而,解散后膜表面的外观是完全不同的。表面被剜了列周长是蚀刻在三层电影周期比例6/1和10/1,和粗糙表面。然而,氧化锌溶解后出现侵蚀地区的区别:侵蚀面积10/1的电影很窄,而电影是宽6/1。这种溶解机制被认为是如下。在沉积过程中,锌移动和隔离柱周边的帮助下200年的温度^oC,它便于隔离锌混合氧化锌层顶部。种族隔离的锌也解散当高级氧化锌层由醋酸溶解。锌的分离柱周边可能发生更容易在影片6/1,因为TiO₂/氧化锌层包含锌超过6/1与10/1。因为锌隔离减少、水土流失地区成为电影小和狭窄的周期比10/1。从这个结果,它有可能控制表面的侵蚀区域通过改变TiO的成分₂/氧化锌在三层。

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单一的电影,表面没有观察到的任何显著差异之前和之后解散和一些elongative粒子出现了。yabo214认为锌在单层电影的行为没有高级氧化锌层与三层相似,然而,表面结构没有明显改变的三层膜因为锌不能隔离柱周边附近的表面和解散没有进展没有氧化锌作为锌凝结和解散的核心。从TiO氧化锌顶层增强解散₂/氧化锌层然后粗糙表面可获得。

图3。SEM电影氧化锌溶解之前和之后的照片。

典型的透射光谱methylen蓝色光催化分解后的单一和三层电影如图4所示。TiO methylen蓝色的透射谱分解₂电影只有内部形成溅射也进行比较,如图4所示。图5显示了透光率的变化亚甲蓝在每小时664海里的波长。随着分解的进展,透光率约600和660海里的methylen蓝色波长变得很高,然而,有一些不同的分解率在每个样本。尽管单层电影没有任何解散前后微观结构的差异从SEM图像,解散后分解活动电影明显改善。6/1的透射率变化比电影没有解散(之前)是最小的,活动是最低的,因为TiO的数量₂高phtocatalytic活动减少了氧化锌的表面。解散后的单一和三重电影比TiO表示更多的提高光催化活性₂电影,即使没有明确的锐钛矿TiO₂阶段。可能是导致这一事实沉浸在醋酸可能会使表面粗糙的显微镜下,尽管增加表面积不能证实了扫描电镜观察。三层薄膜形成的周期比6/1氧化锌溶解后表现出最高的光催化活动工作;三层薄膜的透光率在6/1 664 nm波长从19.7%变化到78.8%后4 h,而TiO的透光率₂电影从20.0%降至63.2%。这是由于增加表面积,SEM图像所示。分解的活动周期的比例10/1,三层薄膜的表面面积明显增加了解散从SEM观察,是一样的单层膜的6/1。它是认为侵蚀部分太狭窄和小紫外线进入内部腐蚀部分(孔隙)。更详细的分析对氧化锌的作用表面的顶层和数量增加了解散现在下的过程。

图4。亚甲蓝的透射光谱分解后用气急败坏的电影。

图5。亚甲蓝的透光率的变化在每小时664海里的波长。

虽然平时溅射方法只能产生密集的电影比表面积较低,结果表明,表面可以增加电影的解散的假材料,例如TiO的氧化锌₂/氧化锌薄膜。虽然醋酸是用于这项工作的解散,解散照片可以使用为了溶解TiO的氧化锌₂/氧化锌层。光催化活性的三层膜溶解治疗明显改善与TiO相比₂电影。优化溅射沉积TiO的条件₂/氧化锌层不同侵蚀行为。进一步可以提高光催化活性,通过控制侵蚀,紫外线可以输入大小。自从tripole磁控溅射装置可以形成功能梯度层结构,更好的光催化膜可以形成使用该设备的功能。app亚博体育如果面积大,三层溶解后可以应用色素增感太阳能电池的半导体电极。

结论

TiO₂电影包括锌被Ti-Zn替代使用tripole溅射沉积磁控溅射装置。氧化锌的表面被解散剜了顶层和TiO₂/氧化锌列周长是蚀刻在氧化锌- (TiO₂/氧化锌)tio₂三层的电影,和粗糙表面的电影比TiO具有更大的表面积₂电影了。电影通过分解亚甲蓝表示更高的光催化活性。

确认

这项研究部分由教育部、科学、体育和文化,补助金的年轻科学家(A), 15686030, 2003。亚博老虎机网登录

引用

1。彰Fujishima”TiO的现状₂光催化作用”,牛。陶瓷。Soc。日本。39 (2004)499 - 503。

2。Michael Gratzel“光电化学电池”,自然,414 (2001)338 - 344。

3所示。克美加藤,“多孔TiO的设计和功能₂薄涂料通过小说过程”,材料集成,12 (1999)35 - 40。亚博网站下载

4所示。Noriko Satoru Miyairi Bamba和Tatsuo根据本研究所的技术报告的电子产品”,和信息c沟通工程师,cmp98 - 114 (1998) 7 - 14。

5。Tatsuo根据Tomohiko Naruoka,难以Momose和Noriko,”的影响年代足一个tmosphereo抗氧化p对施加压力photocatalyticphenomena在一个natasefilm”,日本。j:。理论物理。41 (2002)L794——L796。