TiO2薄膜的劃痕實驗及有限元模擬.pdf

1、本文采用溶膠—凝膠工藝在玻璃基體表面制備了涂覆層數分別為一層、三層和五層的納米TiO2薄膜以及具有Ce4+摻雜的一層、三層和五層的納米TiO2薄膜。研究了Ce4+摻雜和薄膜厚度對薄膜與基體結合強度的影響。
　　利用原子力顯微鏡AFM對樣品的表面形貌進行分析，結果表明：TiO2薄膜的顆粒度隨著涂覆層數的增加逐漸減小、Ce4+摻雜使得TiO2薄膜的顆粒度減小。
　　利用橢圓偏振光譜儀和脈沖射頻輝光放電光譜儀對各個樣品進行分析，結

2、果顯示：基體表面涂覆一層，三層和五層純 TiO2薄膜的厚度分別約為40nm、70nm、100nm；涂覆一層，三層，五層具有 Ce4+摻雜的 TiO2薄膜的厚度分別約為41nm、60nm、89nm。
　　通過納米劃痕試驗分析，得出了 TiO2薄膜與玻璃基體結合的臨界載荷并利用臨界載荷進行理論計算得出結合能。得出當涂覆層數分別為一層，三層和五層時，純TiO2薄膜的臨界載荷分別為150mN，430mN，800mN，其膜基結合能分別為：1

3、.74J/m2、2.28 J/m2、3.75 J/m2；涂覆層數為一層，三層和五層時，摻雜Ce4+的TiO2薄膜臨界載荷分別提高到300mN，600mN，930mN，其膜基結合能分別為：2.03 J/m2、3.17 J/m2、4.62 J/m2。結果表明：隨著涂膜層數增加，膜基臨界載荷和結合強度增加； Ce4+摻雜使TiO2薄膜與玻璃基體之間結合性能增強。
　　利用有限元模擬軟件，進行劃痕實驗模擬分析，得出臨界載荷并與劃痕實驗得出