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TiO2是n型金属氧化物半导体,是一种重要的无机功能材料,可用于制作电介质材料、光催化薄膜、减反射涂层、气敏传感器等。TiO2薄膜具有优异的光催化性能,抗光腐蚀,在酸性条件下难溶,对光稳定,无毒等。这就使其在废水处理,消毒杀菌, 气体净化等实际应用方面有着诱人的前景。由于TiO2只能被波长较短的紫外线激发,使其太阳能的利用率低。为了实现自然条件下的光催化,需要降低TiO2禁带宽度,掺杂则是一种较好的措施。另外,随着工业化的不断发展,环境污染日趋严重,TiO2作为一种传感器材料,发挥着重要的作用。但是灵敏度和选择性是制约传感器发展的重要因素。科学家们通过不同的方法改变TiO2的微观结构,从而使电学性质发生改变,达到对环境的有效监控。本文研究了TiO2薄膜的光催化性质和气敏特性,研究了光催化反应的原理和制备方法,提出了提高光催化效率的途径。通过溶胶-凝胶法制备了TiO2薄膜对其进行光催化反应实验,发现膜层厚度、薄膜煅烧温度和溶液PH值对降解效率都有直接的影响,并对结果进行分析。本文还通过反应溅射法和化学气相沉积法制备了TiO2气敏薄膜。用溅射制备的薄膜掺入部分杂质对还原性气体进行气敏测试,发现TiO2薄膜对酒精气体和氢气有不同的反应机制和电子注入机理,气敏特性也表现出不同,而杂质的引入反而降低了TiO2薄膜的敏感性,可能是由于杂质对氧空位的补偿所引起。这也是本文的创新之处。通过XPS和扫描电镜对化学气相沉积的TiO2薄膜进行检测,发现这种制备方法制备的薄膜纯度高,颗粒均匀,杂质少,具有较大的表面积,有利于气敏反应的发生,掺入Nb进行XRD测试发现1000℃以上Nb的存在阻碍了TiO2金红石的形成,并发现Nb的掺入提高了器件的灵敏度,降低了器件的工作温度。本文还通过K-V符号和点缺陷理论来讨论金属氧化物的气敏机理,总结出了电导率随氧分压变化的一般规律,并研究了TiO2的表面反应。深入分析了TiO2对氢气、氧气和水的吸附过程。提出了提高TiO2气敏灵敏度和选择性的办法。