钼酸盐、钨酸盐和钛酸盐薄膜的软溶液工艺(SSP)制备技术.pdf

四川大学
博士学位论文
酸盐、钨酸盐和钛酸盐汭膜的软溶液工ど(SSP)制各技术及
性能岍究
姓名:高道江
申请学位级別:博士
专业:材料物理与化学
指导教师:肖定全
四川大学博士学位论文
钼酸盐、钨酸盐和钛酸盐薄膜的软溶液工艺(SSP)
制备技术及性能研究
专业材料物理与化学
研究生高道江指导教师肖定全教機
软溶液工艺( Soft Solution Processing,简记为SsP)是20世纪后期逐渐兴起
的环境友好的薄膜材料制备技术。电化学技术和水热合成技术是两种重要的軟溶
液工艺技术,相比常用的薄膜制备技术而言,这两种薄膜制备技术具有低能耗、
高产率、一步成膜等优点,因而具有巨大的应用推广潜力。
本论文采用室温恒电流电化学技术在钼片上直接制备了白钨矿结构的
BaMo4、SMoO4、 Ba-sr Moo4薄膜;在钨片上制备了BaWO4、CaWO4SrWO4
Bay.Sr WC2薄膜:采用XRD、SEM、EDAX、XPS、AFM等分析技术手段,
研究了电化学工艺条件(包括温度、电解液浓度、溶液H值、电流密度等)对
成膜的影响,得到了电化学制备上述两类薄膜的优化工艺条件;首次研究了电化
学制备的钨酸盐、钼酸盐薄膜的室温光致发光光谱;采用水热合成技术制备了
Batio、 Baossrastio2薄膜;通过RD、SEM、XS、AFM等手段,对制备的
薄进行了分析表征:详细分析研究了水热反应混度对薄膜形成的影响。通过上
述砌究工作,得到了如下具有创新性研究成果
(1)首次在国内提出和运用软溶液制备工艺技术进行无机功能薄膜材料的
制备研究:首次在国内采用室温恒电流电化学技术直接在金属基底(钼片和钨
大学博士学位论文
片)制备了白钨矿结构的酸盐、钨酸盐薄膜;首次在国内采用水热合成技术
在钛金属片上直接制备了钙钛矿结构的钛酸盐薄膜。
(2)研究表明温度对恒电流电化学制各薄膜的表面形貌有重要的影响。当
电化学反应温度在室温附近或稍高于室温(50℃以下)时,得到的薄膜表面均
致密均匀;但当温度超过50℃以后,制备的薄膜表面开始出现空洞类缺陷,
并且电化学反应的温度越高,薄膜表面的质量越差。因此,适宜的电化学反应
温度为室温附近。
(3)电流密度是电化学成膜过程中电化学反应的驱动力,电流密度越大,
电化学反应越容易,晶核越容易形成,但过大的电流密度会影响成膜的质量。
因此,电流密度应适当低一些。综合考虑反应速度,电流密度选择1mAen
左右为宜。
(4)以 BAMOO4为例,首次系统全面的研究了电化学制备钼酸盐、钨酸盐
薄膜的工艺条件及其电化学成膜机制,得出了电化学制备上述两大系列薄膜的
优化工艺路线。
(5)首次综合运用XPS和EDAX等手段分析研究了Ba1 Srmmoo4和
Ba」 Sr WC4固溶体薄膜中的组分含量x与初始电解液中S/Ba的关系,制备的
Basr,Moo4和Ba- Sro4固溶体薄膜中的组分含量x与初始电解液中Sr元
素的原子百分比基本一致,可以通过调节初始电解液的Sr/Ba来控制制备的薄
膜中的组分含量x
(6)首次在室温条件下测出了钼酸盐、钨酸盐薄膜的光致发光光谱,制
备的钼酸盐、钨酸盐薄膜在室温条件下受到325mn的激光激发,会在
390-400m波段发射出较强的荧光光谱;同时,还会在430600nm的较长波段
发射一个宽的发射光谱。
(7)首次比较系统的研究了温度等水热工艺条件对薄膜形成的影响,在水点
制备钙钛矿结构的铁钛酸盐薄膜工艺中,水热反应温度是最重要的工艺参数。当
热反应温度低于200℃时,得不到单一结构的BaTO薄膜,温度达到250℃时
得到了完全四方相的BaTO薄膜;在250℃水热反应5小时后,得到了以立う
相为主,含有少量杂相的 Baossrosli02薄膜,经过600℃半小时烧结处理后,
四川大学博士学位论文
到了完全单一的立方相的 Baossrostic為薄膜。
关键词:软溶液工艺电化学白钨矿钳酸盐钨酸盐薄膜光致发光水热合成
钛酸盐薄膜 XRD SEM XPS AFM
四川大学博士学位论文
RESEARCHON THE PREPARATION AND PROPERTIES
OF MOLYBDATE, TUNGSTATE AND TITANATE THIN
FILMS BY SOFT SOLUTION PROCESSINGTECHNIQUE
Speciality: Material Physics and Chemistry
Doctor Candidate: Gao Daojiang Tutor: ProfXiao Dingquan
ABSTRACT
Soft Solution Processing(abbreviated as SSP)is an environmental and ecological
conscious technique for functional thin film fabrication, which was presented near the
end of 20 h century. Electrochemical syntheses method and hydrothermal syntheses
processing are the important two methods of SSP. Comparing other methods for
preparing functional thin fms, these methods have some advantages over conventional
thin films processings such as low energy consumption, high yield and one step
fomation of the thin films t. So these methods may have reat potential to application
in this thesis
In his thesis che i molybdate thin films(ncue Bamoo4, rmoo4and
Bay St, Moo)and tungstate thin flms (include Bawo4 Srwo, Cawo and
Ban-ast WO) were prepared diectly on molybenum and tusten substrates by
constant cu elechem cal mehod at m mature respectively. By means of
modem analyses techniques such as XRD, SEM, EDAX, Xpsand AIM, the infuence
of electrochemical condi ons(nude mpe aue concetration of electrolyte, PH
value of solution and current density etc. )on the formation of the thin films were
investigated and the optimum elec chemical pressing conditions for p