三氧化钨复合薄膜的制备及其光电性能研究

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传统化石能源的逐渐枯竭和全球环境污染问题的日益严重,迫使人们不断寻求节能新材料和新的、可持续的、可再生的绿色能源。WO3是一种非常典型的过渡金属氧化物半导体材料,因其价态的多样性和价电子构型的独特性而表现出特殊的光学、电学、力学性能,在电致变色、光催化、气体传感器、超级电容器以及太阳能电池等等领域的应用显示出了极为优异的性能,对未来作为节能材料和利用清洁能源(太阳能)方面具有非常广阔的发展和应用前景。本论文以WO3薄膜为主要研究对象,针对单一WO3薄膜材料存在的缺点,采用射频磁控溅射技术,通过叠层法和共溅射法制备了一系列不同的WO3基复合物薄膜,探究了叠层厚度和溅射功率对WO3薄膜光电性能的影响。具体如下所示:(1)以ITO导电玻璃为基底,采用射频磁控溅射技术进行薄膜样品的制备。通过叠层法制备出不同TiO2厚度的TiO2/WO3复合薄膜。测试分析了TiO2薄膜层叠加的厚度对WO3薄膜透射光谱和电致变色性能的影响。TiO2薄膜层的叠加,成功地提高了WO3薄膜的电致变色稳定性能。通过实验确定了TiO2薄膜层的最佳叠层厚度,并获得了1.7倍离子扩散系数的提高以及2倍以上的变色稳定性能提升。(2)通过磁控溅射法制备出以玻璃为基底的适合厚度的WO3薄膜。将薄膜进行退火处理后,在WO3薄膜层上沉积一层Cu2S薄膜制备Cu2S/WO3复合薄膜。通过改变Cu2S层的厚度,来制备不同Cu2S厚度的Cu2S/WO3复合薄膜。以亚甲基蓝作为模拟污染物,对Cu2S/WO3复合薄膜的光催化性能进行测试。测试分析了Cu2S层的叠加厚度对WO3薄膜透光性和光催活性的影响。Cu2S薄膜层的叠加,成功地提高了WO3薄膜的光催化活性。通过实验确定了Cu2S薄膜层的最佳叠加厚度,并成功获得了2.14倍光催化反应系数的提高。(3)采用双靶共同溅射的方法制备WO3:TiO2复合物薄膜样品。保持WO3的溅射功率不变,通过改变TiO2的溅射功率,制备出不同溅射功率比的WO3:TiO2复合物薄膜样品,并对样品进行热处理。研究了TiO2的加入,对WO3薄膜形貌结构的影响。TiO2的加入,不仅使得WO3薄膜的热稳定性得到极大的改善,而且能够在更低的温度下容易结晶。以亚甲基蓝作为模拟污染物,对WO3:TiO2复合薄膜的光催化性能进行测试。TiO2的加入,提高了WO3薄膜的光催化活性。通过实验,确定了TiO2的最佳溅射功率。WO3:TiO2复合物薄膜光催化降解亚甲基蓝的效率最高可以达到72%,展现出较高的应用潜能。
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