TiO纳米晶和薄膜的制备、表征及薄膜光电性质研究

摘要

TiO2是一种重要的无机功能材料，具有独特的物理和化学性能，近年来引起了人们的广泛关注。锐钛矿相本征TiO2的禁带宽度为3.2eV，其对波长小于387.5nm的紫外光就有较强的吸收，是很有潜力的紫外传感器材料。本文对纳米技术、纳米TiO2的物理化学性质、TiO2纳米晶和TiO2薄膜的制备进行了综述，制备了纳米TiO2，并对纳米TiO2薄膜在光电转换方面的应用进行试验研究。 纳米TiO2粉体的制备工艺很多，其中以化学方法因其所用的设备简单而被广泛选用。可以合成TiO2的原料也很多，常用的有TiCl4和C16H36O4Ti，其中以TiCl4为原料的制备方法因为价格低廉，深受人们的青睐。本论文以TiCl4为原料，采用水解法和溶胶-凝胶法合成了纳米TiO2粉体。以TiCl4和C16H36O4Ti溶胶为前驱体，分别采用旋转-涂覆法和浸渍-提拉法制备了纳米TiO2薄膜。 TiCl4水解法制备的纳米TiO2粉体失重率低、热稳定性好，低温下即有锐钛矿相TiO2生成，400℃下焙烧的粒径小于10nm。TiCl4溶胶-凝胶法制备的纳米TiO2粉体，粒径较大，在800℃左右开始发生锐钛矿相-金红石相的相变，1000℃时完全变为金红石相。 以TiCl4为通过旋转-涂覆法制备的纳米TiO2薄膜，表观为白色不透明膜，而以C16H36O4Ti为前驱体选用浸渍-提拉法制备的薄膜为无色透明膜。纳米TiO2薄膜的焙烧温度过低时晶型不完整，焙烧温度过高时，颗粒生长导致颗粒间隙减少，从而降低光电流。纳米TiO2薄膜过厚，将增加光生电子和空穴的复合几率，也会降低光电流。试验发现以C16H36O4Ti为前驱体选用浸渍-提拉法制备的纳米TiO2薄膜经过400℃焙烧1h具有最佳的光电流。香豆素染料敏化可以有效增加光电流。

目录

文摘

英文文摘

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第1章 绪论

1.1纳米材料

1.1.1纳米材料和纳米技术介绍

1.1.2纳米效应

1.1.3纳米半导体的光电特性

1.2纳米TiO2简介

1.2.1 TiO2的基本性质

1.2.2纳米TiO2粉末的制备

1.2.3纳米TiO2薄膜的制备

1.2.4 TiO2粉体和膜材料的掺杂与改性

1.3纳米TiO2光电转换原理

1.4纳米TiO2的研究发展动态

1.5选题意义和目的

1.6本论文研究的内容

第2章TiO2纳米晶的制备及表征

2.1试验部分

2.1.1试剂和仪器

2.1.2试验过程

2.2表征仪器及方法

2.3结果与讨论

2.3.1 X-射线衍射分析

2.3.2差热-热重分析

2.3.3红外光谱分析

2.4本章小结

第3章纳米TiO2薄膜的制备

3.1试验部分

3.1.1试剂和仪器

3.1.2试验过程

3.2表征仪器及方法

3.3结果与讨论

3.3.1 X-射线衍射分析

3.3.2 AFM形貌分析

3.3.3 UN-Vis吸收光谱分析

3.3.4薄膜与基片粘附性测试

3.4本章小节

第4章纳米TiO2薄膜光电性质研究

4.1光电型紫外光探测器简介

4.1.1光电型紫外光探测器的结构和基本类型

4.1.2探测器的工作原理和主要参数

4.2表征仪器及方法

4.3结果与讨论

4.3.1纳米TiO2薄膜电极灵敏度测试

4.3.2焙烧温度对纳米TiO2薄膜的光电流的影响

4.3.3薄膜厚度对纳米TiO2电极光电流的影响

4.3.4纳米TiO2薄膜电极对不同波长光的响应

4.3.5偏置电压对纳米TiO2薄膜的光电流的影响

4.3.6电解液对纳米TiO2薄膜电极的光电流的影响

4.3.7香豆素染料对纳米TiO2薄膜电极的光电流的影响

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致 谢

研究生履历