高频超声静电喷雾法制备AG/AG掺ZNO导电薄膜

摘要

众所周知银有着最低的电阻率（超导除外）和在可见光区的高反射性，以及良好的可掺杂性，在光电子器件与近年来发展的智能可穿戴设备中有着广泛的应用。磁控溅射法是银薄膜制备常用的方法，然而此方法成本较高，制备过程中会不可避免的造成资源浪费，也会出现颗粒凝聚现象，降低了银薄膜与基材的附着力，也影响了它的光电性质，以致降低了银良好的导电性。超声喷雾热解法因工艺简单、成本较低、容易实现大规模生产，有着良好的发展前景。
　　本课题在研究国内外超声喷雾热装置的基础上，自行设计超声喷雾热解制膜仪器，在使用过程中根据工艺的需要对该仪器不断的改进。采用该超声喷雾热解制膜仪器，重点分析了衬底温度、前驱液体浓度、电压大小等工艺参数对Ag薄膜结构和性能的影响，分析了成膜机理，并通过尝试Ag与ZnO的掺杂来改变薄膜的光电学性能。实验以硝酸银为前驱体溶液，聚酰亚胺为衬底来制备银薄膜，并且通过硝酸锌六水化合物(Zn(NO3)2·6H2O)来提供锌，制备银掺氧化锌薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的表面形貌;采用X射线衍射仪(XRD)对物质内部原子空间分布状况的结构进行分析;借助光致发光光谱仪（PL谱）测量薄膜的带隙宽度。最后利用紫外可见分光光度计(UV光谱)和电阻测试仪对薄膜的光电性能进行分析。实验结果表明:前驱体溶液浓度为0.2mol/L，载气流量为150mL/min，衬底温度为300℃，电压20kv，喷嘴距离为4cm，喷涂时间为10min时能制备出最佳的Ag薄膜;在硝酸锌六水化合物的浓度为0.2mol/L时，硝酸银的浓度为0.004mol/L，即掺杂比例为Zn∶Ag=1∶0.02，衬底温度为300℃，喷嘴到沉底的距离为4cm，电压20kv，氧气通量为150mL/min，喷涂时间为10min时可获得结晶质量较好的银掺氧化锌薄膜。
　　研究结果表明，自行设计的超声喷雾热解法仪器与国内外相似系统相比明显有着自己的优势与特点，可用于制备各种掺杂或纯物质薄膜。通过不断的改进工艺参数成功的制备了Ag和Ag掺ZnO薄膜。虽然该仪器制备的薄膜结构、性能等有待进一步改进，但是为下一步制备更复杂与高性能的复合薄膜奠定了良好的基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 薄膜电极

1．3 导电材料

1．3．1 金属氧化物

1．3．2 导电聚合物

1．3．3 碳纳米材料

1．4 薄膜电极制备方法

1．4．1 磁控溅射法

1．4．2 溶胶凝胶法

1．4．3 真空蒸发沉积

1．4．4 化学气相沉积法

1．4．5 脉冲激光沉积法

1．4．6 超声喷雾热解法

1．5 本文的选题依据和主要研究内容

1．5．1 论文选题依据

1．5．2 论文的主要研究内容

1．6 论文章节安排

第二章 超声喷雾热解的研究进展及实验设备的设计

2．1 喷雾热解法制膜的基本原理

2．2 喷雾热解法制膜的特点和应用范围

2．2．1 喷雾热解法制膜的特点

2．2．2 超声喷雾热解法制膜的应用范围

2．3 目前国内外喷雾热解制膜系统的结构

2．4 超声喷雾热解制膜设备的设计

2．4．1 设备基本结构

2．4．2 设备改造优化

第三章 超声喷雾热解制备银导电薄膜

3．1 实验准备

3．1．1 实验药品及相关仪器

3．1．2 前驱体溶液的配置及衬底清洗

3．1．3 喷雾沉积

3．2 结果与分析

3．2．1 载气流量

3．2．2 喷嘴到衬底的距离

3．2．3 喷涂时间

3．2．4 衬底温度对Ag薄膜的影响

3．2．5 前驱体溶液浓度对Ag薄膜的影响

3．2．6 不同电场强度对Ag薄膜的影响

3．2．7 不同退火温度对Ag薄膜的影响

3．3 本章小结

第四章 超声喷雾热解制备银掺杂氧化锌薄膜

4．1 实验药品及相关仪器

4．2 实验方法

4．3 Ag对Ag掺ZnO薄膜的影响

4．3．1 不同比例下 Ag掺杂ZnO薄膜的XRD结构

4．3．2 不同沉积温度Ag掺杂ZnO薄膜的表面形貌

4．3．3 电场强度对Ag掺杂ZnO薄膜表面形貌的影响

4．3．4 Ag掺杂ZnO薄膜的光学特性

4．3．5 Ag掺杂ZnO薄膜的电学特性

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢