电泳沉积制备氧化锌薄膜的研究

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本文以胶体合成法制备ZnO纳米粒子溶胶,以ITO(Indium Tin Oxide)导电玻璃为基底,电泳沉积制备ZnO薄膜;采用直接沉淀法和均匀沉淀法制备ZnO纳米粉体,将粉体分散于乙醇或异丙醇中制成分散液,以铁片为基底,恒压电泳沉积制备ZnO薄膜。通过XRD、TEM、SEM和可见分光光度计等分析测试手段对溶胶、粉体和沉积薄膜进行表征,研究了分散体系和电泳沉积参数对沉积薄膜表观形貌、微观结构和可见光透过率与吸收度性能的影响。结果表明,乙酸锌异丙醇前驱液浓度、NaOH异丙醇溶液浓度、合成温度和室温熟化时间对纳米粒子溶胶沉积产物的透明度、厚度、表面粗糙度、颗粒堆积密度和与基底的结合强度影响显著。当前驱液浓度为5.5×10-3mol/L,NaOH溶液浓度为1.25×10-2mol/L,反应温度为零下15℃,室温静置熟化23天时,可制得质量最佳的六方纤锌矿结构的氧化锌纳米粒子溶胶,胶粒粒径为48nm。以此优化的溶胶为分散体系,可恒压阳极电泳沉积制备非致密性ZnO薄膜,薄膜与基底结合良好。两极之间和电极表面的电场影响沉积产物的表观形貌,带电颗粒根据电场分布,沉积形成漩涡状凹坑的产物表面形貌。恒压电泳沉积时提高施加电压,延长沉积时间,产物厚度和颗粒堆积密度增大,薄膜整体致密性提高,可见光透光率下降,对紫外光的吸收出现红移。对粉体分散液进行恒压沉积时,均匀沉淀法制备的粉体颗粒粒径细小且粒度分布均匀,因而沉积的薄膜质量较好。分散液中加入与粉体摩尔比为1:25的硝酸锌,与分散液体积比为1:50的二乙醇胺,可提高粉体分散液的稳定性,促进电泳沉积的进行,改善沉积薄膜的表观形貌和结合强度。分散介质和沉积基底的选择影响产物的生成和沉积制度,以铁片为沉积基底,在乙醇和异丙醇分散液中均可获得质量良好的薄膜沉积;而以ITO导电玻璃为沉积基底时,只能在异丙醇分散液中获得薄膜沉积。
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