熱處理對(duì)離子注入法制備的二氧化鈦薄膜光學(xué)性能的影響.pdf

1、TiO2在紫外光下具有優(yōu)異的光催化性能，在廢水處理、空氣凈化、抗菌等環(huán)保領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但實(shí)現(xiàn)其可見光催化一直是研究的難點(diǎn)之一。本論文提出了一種利用離子注入和后續(xù)退火制備氮摻雜TiO2薄膜的方法，以實(shí)現(xiàn)TiO2的可見光催化。首先分別向石英玻璃和藍(lán)寶石(α-Al2O3單晶)中注入Ti離子，隨后在氮?dú)庵型嘶鸬?00℃，從而制備了N摻雜TiO2薄膜。同時(shí)，又將注入態(tài)樣品在氧氣中退火，對(duì)比研究了不同基體和不同退火氣氛對(duì)TiO2薄膜光學(xué)性能的

2、影響。 本文采用SRIM 2006模擬程序、盧瑟福背散射譜(RBS)、X射線光電子能譜(XPS)測(cè)試、透射電子顯微分析(TEM)和紫外.可見光吸收譜(UV-Vis)，分別研究了石英玻璃和藍(lán)寶石中注入Ti離子前后的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀光學(xué)性能，并對(duì)比研究樣品在不同氣氛中退火處理后，光學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)上的變化，主要得到以下結(jié)果： 1.室溫下在石英玻璃和藍(lán)寶石中同時(shí)注入能量為80 keV、注量為1×1017cm-2的Ti離子，離子注

3、入過程在基體中引入大量缺陷，紫外光區(qū)吸收顯著增強(qiáng)，但沒有明顯的吸收峰出現(xiàn)。注入態(tài)樣品中Ti主要以金屬Ti和TiO2的形式存在。 2.注入態(tài)樣品分別在N2和O2氣氛中從400℃到900℃等時(shí)退火。N2中退火到500℃時(shí)，石英玻璃基體中開始出現(xiàn)TiO2的吸收邊，退火到600℃時(shí)藍(lán)寶石基體也開始出現(xiàn)TiO2的吸收邊，當(dāng)退火溫度升高到900℃時(shí)，金屬Ti轉(zhuǎn)變成TiO2，同時(shí)N原子替代少量的晶格O原子形成了O-Ti-N化合物。在石英玻璃基

4、體中TiO2的光學(xué)帶隙從500℃時(shí)的3.98 eV紅移到900℃時(shí)的3.30 eV，在藍(lán)寶石基體中TiO2的光學(xué)帶隙從600℃時(shí)的3.90 eV紅移到900℃時(shí)的3.45 eV,TiO2吸收邊末端延伸到可見光區(qū)，在可見光區(qū)的吸收強(qiáng)度明顯增加；同樣，在O2中退火時(shí)，在石英玻璃基體中TiO2的光學(xué)帶隙從500℃時(shí)的3.97 eV紅移到900℃時(shí)的3.60 eV，在藍(lán)寶石基體中TiO2的光學(xué)帶隙從500℃時(shí)的3.98 eV紅移到900℃時(shí)的3

5、.60 eV，隨退火溫度的升高，吸收邊紅移，但沒有在氮?dú)庵忻黠@。 3.對(duì)比分析在不同基體表面形成的TiO2薄膜的光學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，不同基體對(duì)TiO2薄膜的光學(xué)性能影響不大，然而，不同的退火氣氛對(duì)TiO2薄膜光學(xué)性能影響較大，在O2氣氛下退火由于沒有N元素的摻入，光學(xué)帶隙的變化并不明顯；在N2氣氛下退火由于N原子替代少量的晶格O原子形成了O-Ti-N化合物，使TiO2薄膜的光學(xué)帶隙明顯降低，TiO2吸收邊末端延伸到可見光區(qū)，這說明氮的