高纯Ti靶与Ag/TiO2颗粒膜制备及性能研究

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二氧化钛(TiO2)薄膜因其优异的理化性能已广泛应用在催化、光电、气敏传感、自清洁等领域。研究表明溅射靶材的晶粒尺寸、纯度、结构均匀性、致密度等因素对薄膜性能有重要影响。为提升Ti及TiO2薄膜的性能,本文使用工业(99.99%)Ti靶以及制备的低纯(99.7%)、高纯(99.999%)Ti靶溅射沉积Ti膜。通过金相组织、XRD、SEM、四探针等分析方法系统研究了退火温度、纯度对Ti靶微观组织、力学性能、溅射性能的影响,优化出适宜制备高质量Ti薄膜的靶材。而后,在Ag纳米颗粒膜表面沉积了不同厚度的Ti膜并对其进行氧化处理,获得Ag/TiO2颗粒膜复合结构,对其微观形貌、物相组成及光催化性能进行了深入研究。主要工作如下:1.700℃退火后Ti靶微观组织由细长的孪晶转变为等轴晶,1000℃退火后Ti靶由等轴α相转变为粗大的β相,晶粒尺寸逐渐增大。与低纯Ti靶相比,高纯Ti靶表现出更好的组织均匀性、更好的结晶性及较低的显微硬度。2.纯度相同时,微观组织为等轴晶的高纯Ti靶沉积的Ti膜表面更加光滑、颗粒分布均匀、无大颗粒聚集,表现出更好的综合性能。随着溅射时间延长,Ti靶沉积速率逐渐降低,溅射10、20和30 min时,Ti膜的沉积速率分别为16.3、13.3和10.3 nm/min。3.与微观组织均为等轴晶的低纯Ti靶和工业Ti靶相比,高纯Ti靶制备的Ti膜表面更光滑平整、表面颗粒尺寸较小且分布均匀、表面粗糙度最低、薄膜厚度分别增加了2.7%和11.2%、电阻率分别降低了10.8%和23.7%。4.与玻璃衬底相比,柔性PI衬底上制备的Mo-Ag颗粒膜表面颗粒平均尺寸增大33.6%,数量增加42.5%。与沉积态相比,160℃退火后Mo-Ag颗粒膜表面的颗粒数量、平均尺寸均有所增加,薄膜通过在表面自形成颗粒的方式释放了薄膜内残余应力、降低了系统能量。5.对Ti/Mo-Ag复合膜进行400℃氧化退火后制备了Ag/TiO2/Mo-Ag复合结构,表面形成了密集排列棱角尖锐的柱状形态TiO2颗粒,Mo-Ag颗粒膜表面数量众多的Ag颗粒增大了TiO2薄膜的比表面积。6.Ag/TiO2/Mo-Ag复合膜作为催化剂展示了较高的亚甲基蓝降解效率。光照60 min时,降解率高达94.6%,表现出优秀的光催化性能。与不添加催化剂相比,光照15、30、45、60 min时,降解率分别提高了33.9%、57.7%、65.4%、66.5%。
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