凝聚态物理专业毕业论文[精品论文]离子束掺杂二氧化钛纳米薄膜光学性能的影响关键词：二氧化钛纳米薄膜半导体材料光催化生物医学磁控溅射法摘要：TiO2薄膜是一种性能优良的半导体材料，由于具有光催化活性高、化学性能稳定、安全无毒以及成本低廉等优点，作为环保型光催化材料在环境工程、生物医学、材料科学以及人们的日常生活等领域中都有着广阔的应用前景。但实现其可见光催化一直是研究的难点之一。本论文用射频磁控溅射法在各种不同的制备条件下在医用载玻片上成功地制备了TiO2薄膜，并提出了一种利用离子注入对TiO2薄膜进行N掺杂的方法。考察了不同的氧分压、基片温度、退火温度、水热处理温度对TiO2薄膜性能的影响，对N掺杂后的TiO2薄膜光学性能进行了研究。用X射线衍射(XRD)研究了TiO2薄膜的晶体结构，X射线光电子能谱(XPS)测试TiO2薄膜中元素的化学价态，用原子力显微镜(AFM)观察了TiO2薄膜的表面形貌，用紫外-可见光吸收谱(UV-Vis)测试了TiO2薄膜的光学性能。研究结果表明：1．用射频反应磁控溅射法在医用载玻片上成功地制备了TiO2薄膜，薄膜呈透明状态，表面晶粒均匀、致密，在可见光范围内，对光的平均透光率都在80％以上。各组TiO2薄膜在N掺杂后，薄膜的透明度下降，但其在紫外可见光区的吸收强度有明显的增强，且吸收边也会发生移动。2．基底温度对TiO2薄膜晶粒尺寸有很大影响，随着基底温度的升高，晶粒尺寸逐渐减小。在室温下制备出的TiO2薄膜为锐钛矿相结构；基底温度升高到300℃时，制备出的TiO2薄膜仍为锐钛矿相结构。该组薄膜在N离子掺杂后，光学性能发生变化。随着N离子注入量的增加，薄膜在紫外-可见光范围的光吸收加强，而且薄膜的吸收边向长波方向移动。3．制备过程中的氧分压对TiO2薄膜的结构、表面形貌和光吸收有很大的影响。随着氧分压的增加，薄膜中锐钛矿型的晶体结构的强度逐渐加强。该组薄膜在N掺杂后，随着N离子注入量的增加，薄膜在紫外-可见光范围的光吸收加强，而且吸收边向长波方向移动。4．经300℃～500℃退火1h处理后的TiO2薄膜其晶体结构均为锐钛矿型结构，当退火温度在400℃时，TiO2薄膜有发生再结晶的趋势；退火温度为500℃时，薄膜再结晶程度进一步加强。5．水热处理有利于TiO2薄膜的晶粒呈等柱状垂直于基底表面的择优生长，150℃水热处理4h时，TiO2薄膜为纳米尺寸的柱状晶粒。正文内容TiO2薄膜是一种性能优良的半导体材料，由于具有光催化活性高、化学性能稳定、安全无毒以及成本低廉等优点，作为环保型光催化材料在环境工程、生物医学、材料科学以及人们的日常生活等领域中都有着广阔的应用前景。但实现其可见光催化一直是研究的难点之一。本论文用射频磁控溅射法在各种不同的制备条件下在医用载玻片上成功地制备了TiO2薄膜，并提出了一种利用离子注入对TiO2薄膜进行N掺杂的方法。考察了不同的氧分压、基片温度、退火温度、水热处理温度对TiO2薄膜性能的影响，对N掺杂后的TiO2薄膜光学性能进行了研究。用X射线衍射(XRD)研究了TiO2薄膜的晶体结构，X射线光电子能谱(XPS)测试TiO2薄膜中元素的化学价态，用原子力显微镜(AFM)观察了TiO2薄膜的表面形貌，用紫外-可见光吸收谱(UV-Vis)测试了TiO2薄膜的光学性能。研究结果表明：1．用射频反应磁控溅射法在医用载玻片上成功地制备了TiO2薄膜，薄膜呈透明状态，表面晶粒均匀、致密，在可见光范围内，对光的平均透光率都在80％以上。各组TiO2薄膜在N掺杂后，薄膜的透明度下降，但其在紫外可见光区的吸收强度有明显的增强，且吸收边也会发生移动。2．基底温度对TiO2薄膜晶粒尺寸有很大影响，随着基底温度的升高，晶粒尺寸逐渐减小。在室温下制备出的TiO2薄膜为锐钛矿相结构；基底温度升高到300℃时，制备出的TiO2薄膜仍为锐钛矿相结构。该组薄膜在N离子掺杂后，光学性能发生变化。随着N离子注入量的增加，薄膜在紫外-可见光范围的光吸收加强，而且薄膜的吸收边向长波方向移动。3．制备过程中的氧分压对TiO2薄膜的结构、表面形貌和光吸收有很大的影响。随着氧分压的增加，薄膜中锐钛矿型的晶体结构的强度逐渐加强。该组薄膜在N掺杂后，随着N离子注入量的增加，薄膜在紫外-可见光范围的光吸收加强...