二氧化钌薄膜热处理过程中的物相变化

《电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能调控》篇一一、引言随着科技的发展，材料科学在众多领域中发挥着越来越重要的作用。

其中，二氧化钒（VO2）薄膜因其独特的相变性能，在光电器件、微电子、热调控等多个领域有着广泛的应用前景。

然而，如何有效调控其相变性能成为了一个重要的研究方向。

近年来，电子注入法因其简单易行、操作性强等特点，在调控二氧化钒薄膜相变性能方面显示出巨大潜力。

本文旨在探讨电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制及其应用。

二、电子注入法的基本原理电子注入法是一种通过向材料中注入电子来改变其电子结构和物理性能的方法。

在二氧化钒薄膜中，通过电子注入，可以改变其内部的电子密度和能带结构，从而影响其相变性能。

该方法的优点在于操作简单、可控性强，且对材料本身的损伤较小。

三、电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控（一）实验方法本实验采用电子注入法对二氧化钒薄膜进行调控。

首先，制备出高质量的二氧化钒薄膜；然后，利用电子束或电流源向薄膜中注入不同剂量和能量的电子；最后，通过一系列表征手段，如X射线衍射、拉曼光谱、透射电镜等，分析电子注入前后薄膜的相变性能变化。

（二）实验结果与讨论实验结果表明，通过电子注入法可以有效地调控二氧化钒薄膜的相变性能。

具体来说，随着电子注入剂量的增加，二氧化钒薄膜的相变温度逐渐降低，相变过程也变得更加明显。

此外，电子注入还可以改变二氧化钒薄膜的电阻率、光学性质等性能。

这些变化主要归因于电子注入引起的内部电子结构和能带结构的变化。

（三）机理分析根据实验结果和文献报道，我们认为电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控机制主要包括两个方面：一是电子注入改变了二氧化钒薄膜内部的电子密度和能带结构，从而影响了其相变过程；二是电子注入引起的局部晶格畸变和缺陷产生，进一步影响了薄膜的相变性能。

四、应用前景与展望电子注入法对二氧化钒薄膜相变性能的调控为材料科学领域提供了新的思路和方法。

首先，通过调节电子注入的剂量和能量，可以实现对二氧化钒薄膜相变温度的精确调控，从而满足不同应用场景的需求；其次，二氧化钒薄膜在光电器件、微电子、热调控等领域具有广泛的应用前景；最后，电子注入法具有简单易行、操作性强等优点，为其他材料的性能调控提供了新的思路和方法。

ruo2制备Ruo2是一种重要的材料，具有许多应用领域。

制备高纯度的Ruo2是非常重要的，因为它可以使得Ruo2在电子学和化学领域中具有更好的性能。

在本文中，我们将讨论Ruo2的制备方法。

Ruo2的制备方法通常可以分为两种：化学制备和物理制备。

化学制备是利用化学反应合成Ruo2材料。

以硫酸钌为例，一种常见的方法是将硫酸钌和氧化钠混合在一起，然后在高温下煅烧。

这种方法需要高温和高压，而且需要较长的时间才能制备出高纯度Ruo2。

另一个常用的方法是利用氯气气氛将钌粉末暴露在高温下，然后通过水解反应制备出Ruo2。

物理制备是在真空或惰性气体气氛下，将高纯度钌材料蒸发和在表面沉积，最后在高温下热处理获得Ruo2材料。

常用的方法是磁控溅射和蒸发。

磁控溅射是通过将钌材料置于真空腔中，然后在阴极上施加高频电场，使得电极表面形成蒸发的激发气体。

气体原子离开电极表面后，可以沉积在靶材的表面，最终生成Ruo2材料。

这种方法制备出的Ruo2通常比化学方法制备出的纯度更高。

蒸发是利用真空条件下的高温将钌材料熔化，然后在表面上生成Ruo2材料。

这种方法需要高度纯净的钌材料和非常高的真空度。

相对于化学方法和磁控溅射，蒸发的难度更大，但是它可以制备出更均匀和高纯度的Ruo2材料。

总的来说，化学方法和物理方法都可以制备出高纯度的Ruo2材料。

选择合适的方法取决于材料的应用领域，以及制备成本和可用性。

在选择制备方法的时候，需要根据具体情况进行考虑，以确保制备出合适的Ruo2材料。

镀膜氧化退火扩散-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:镀膜、氧化、退火和扩散是材料科学领域中常见的工艺步骤，它们在改善材料性能、增强功能和应用领域中起着至关重要的作用。

镀膜可以通过在材料表面形成一层保护膜来提高材料的耐腐蚀性能和硬度。

氧化是指材料与氧气发生化学反应，形成氧化物薄膜，可以改善材料的表面性能和稳定性。

退火是一种热处理工艺，通过加热材料至一定温度然后冷却的过程，可以消除材料内部应力和缺陷，提高材料的强度和韧性。

扩散是指在固体材料内部进行原子或分子的迁移，可以改善材料的导电性、磁性等性能，并被广泛应用于半导体、电子器件和功能材料的制备中。

本文将分别介绍镀膜、氧化、退火和扩散的原理、方法和应用，以便更好地了解这些工艺步骤在材料科学中的重要性和作用。

1.2 文章结构：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，将对镀膜、氧化、退火和扩散等四个主题进行简要介绍，明确文章的研究对象和目的。

在正文部分，将详细介绍镀膜、氧化、退火和扩散的背景、原理、过程、机制、方法、效果和应用等内容，对四个主题进行深入分析和讨论。

最后，在结论部分，将对整篇文章的要点进行总结，展望未来对这些领域的研究方向和发展趋势。

整篇文章将全面系统地介绍镀膜、氧化、退火和扩散的相关知识，为读者提供全面深入的了解和参考依据。

1.3 目的本文的目的是深入探讨镀膜、氧化、退火和扩散这四个过程在材料科学和工程中的重要性和应用。

通过对每个过程的背景介绍、原理、方法和效果进行分析和总结，我们旨在帮助读者更全面地了解这些过程在材料表面处理及改性中的作用，以及它们在材料性能提升、功能性材料设计和制备过程中的应用前景。

同时，我们希望通过本文的撰写，促进相关领域的研究和技术发展，为材料科学和工程领域的进步贡献一份力量。

2.正文2.1 镀膜2.1.1 背景介绍镀膜是一种常见的表面处理方法，通过在物体表面涂覆一层薄膜来改变其性能或外观。

镀膜可以提高材料的耐腐蚀性、硬度、光学性能等，并在许多领域广泛应用，如电子、光学、汽车等。

1 氧化钒相变原理1958年，科学家F.J.Morin在贝尔实验室发现钒和钦的氧化物具有半导体一金属相变特性。

实验表明:促使氧化钒薄膜发生相变的条件是温度,实验得到的二氧化钒薄膜的相变温度点为68℃(T=68℃)。

常温下,VO2薄膜呈现半导体状态,具有四方晶格结构,对光波有较高的透射能力。

当薄膜温度在外界条件促使(例如吸收光能量)下升高到一定温度点t时,薄膜原始状态迅速发生变化,此时VO2薄膜显示金属性质,是单斜晶结构,对光波有较高的反射。

薄膜光谱特性由高透陡变为高反, 如图1所示。

二氧化钒材料在转变逆过程中显示了晶体转变的一般倾向,转变温度取向由高到低,但原子的重新分类并不广泛,原来的原子群仅有轻微的失真。

在过渡温度T c处,原子群的变化迅速且可逆。

二氧化钒(VO2)薄膜晶格结构的变化象所有从单斜晶结构向四方晶格结构转变的材料一样,在电和光特性中伴随有较大的变化。

薄膜相变前后的电导率、光吸收、磁化率及比热等物理性能均有较大的改变。

氧化钒薄膜由半导体到金属态可以进行高速双向可逆转换,并具有高的空间分解能力。

薄膜的转换特性除取决于样品结构和样品成分,同时还取决于样品的制备。

高价氧化物脱氧还原后的膜不均匀且多孔,因而降低了转换特性。

总而言之,氧化钒薄膜相变特性的优劣取决于薄膜的质量。

2 VO2的相变特征2.1 相变晶体学图2表示了四方相VO2(R)和单斜相VO2(M)的晶体结构。

a为高温四方金红石结构，单位晶胞中的8个顶角和中心位置被V4+占据，而这些V4+的位置正好处于由O2-构成的八面体中心。

当VO2发生相变时，V4+偏离晶胞顶点位置，晶轴长度发生改变，β角由90°变为123°，变成单斜结构。

相变后，形成的V-V键不再平行于原来的c r轴，形成折线型的V-V链，钒原子间距离按265pm和3l2pm的长度交替变化，同时a m轴的长度变为原来c r轴的两倍，体积增加约1%。

热力学也证明，VO2相变为一级相变，相变前后具有体积的改变。

旋转涂覆法制备氧化钌电极材料及其性能研究李祥;甘卫平;马贺然【摘要】RuO2 film electrodes were prepared by rotation coating method. SEM indicated film thickness is 7.7～8.0μm and the average of adhesion for the film is 18.00MPa through tensile experiment. XRD microstructure analysis shows the thin film ideal annealing temperature is 270℃. Addition, electrochimica experiment indicated excellent cyclic voltammetry and chronoamperometry and impedance of thin film. The thin film specific capacitance and energy dencity power density and inner resistance are 705.3F/g, 141.05Wh/kg,0.41kW/kg,0.4365fΩ,respectively.%采用旋转涂覆工艺制备了RuO2薄膜电极,SEM揭示了RuO2薄膜的厚度为7.7-8.0/μm,拉伸实验测试得该薄膜附着力的平均值为18.00MPa;XRD结构分析表明该薄膜的最理想烧结温度为270℃.此外,进一步的电化学性能测试表明RuO2薄膜的循环伏安、充放电及阻抗性能优良,该薄膜电极的比电容Cp、能量密度W、功率密度P及内阻ESR分别为705.3F/g、141.05Wh/kg、0.41kW/kg、0.436Ω.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2011(042)002【总页数】4页(P339-342)【关键词】旋转涂覆法;氧化钌;薄膜厚度;附着力;电化学性能【作者】李祥;甘卫平;马贺然【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】O614.8自从1971年Trasatti和Buzzanca发现RuO2电极材料具有类似于碳基电容器的矩形循环伏安图，1975年Conway等对氧化钌电极材料的充放电机理进行了研究［1］，此后针对氧化钌电极材料的研究主要体现为比电容的提高及充放电行为。

VO_2外延薄膜的相变调控研究强关联体系是当前凝聚态物理中最突出的问题之一。

二氧化钒(VO2)是一种典型的强关联过渡金属氧化物,在室温附近(68℃)会发生可逆金属一绝缘相变,相变过程中伴随着晶格结构、电学、光学、磁性的巨大变化。

除了热致相变,V02在一定的电场、光场、应力、载流子注入、元素掺杂等多种外界条件下同样能够触发金属一绝缘转变,且触发条件与VO2本身的形貌、晶面取向、表面结构和吸附等息息相关,这给VO2相变调控的研究提供了多重的实验路径,展示出丰富的物理内涵。

弄清VO2在相变过程中结构转变和电子态变化之间的关系,以及电子-电子关联在其中所起的作用,具有重要的理论价值。

另一方面,接近室温的临界相变温度和优良的相变性质,给VO2提供了广阔的应用前景,诸如智能窗、记忆存储、场效应晶体管、气体传感器等。

本论文的主要内容和取得的成果如下：(1)通过改进分子束外延固态源的电子束蒸发枪,理论模拟了固态源和电子发射灯丝之间的电场分布和电子运动轨迹,优化了电子枪的构型使得高能电子聚焦于固态源的尖端一点,从而获得了稳定可靠、速率可控的原子/分子束流。

在此基础上,利用氧射频-分子束外延设备在蓝宝石衬底上成功的制备了两英寸大小的高质量VO2薄膜,在TiO2,MgF2衬底上生长了应力大小可控的异质外延高取向VO2薄膜,具备优良的电学、光学相变特质。

(2)利用离子液体在二氧化钒单晶薄膜表面构筑场效应(FET)结构,通过控制外加偏压的大小和时间来调控其相变过程。

实验结果表明这种相变过程的调控在宏观尺寸二氧化钒薄膜样品中具有薄膜厚度上的依赖特征,调控过程本质上源于在电场作用下,离子液在较强的界面电势作用下逐渐夺取VO2中的氧原子的过程,晶格中形成的氧空位造成电子掺杂效应,从而触发VO2相变。

通过对这一过程中VO2电学、光学、结构性质异常变化的原位追踪与分析,发现氧空位和与之相联的金属态VO2的形成是一个持续进行的,从空气-薄膜界面到衬底-薄膜界面逐渐渗透的过程,且具有几十纳米的最大渗透深度。

第29卷 第3期2005年6月激 光 技 术LASER TEC HNOLOGYV o.l 29,N o .3June ,2005文章编号:1001 3806(2005)03 0332 02二氧化钒薄膜的退火组分变化及光学特性研究田雪松,刘金成,掌蕴东,鲁建业,王 骐*(哈尔滨工业大学光电子技术研究所,哈尔滨150001)摘要:为得到高纯度的VO 2薄膜,对其制备参数进行了探索。

VO 2薄膜用磁控溅射法制备。

对不同条件下制备的VO 2薄膜用X 射线电子能谱仪(XPS)测试,并通过拟合来得到3,4,5价钒在薄膜中所占的比例。

为提高4价钒的含量对薄膜进行了退火处理,分析了退火对氧化钒薄膜中4价钒含量的影响。

结果表明,VO 2薄膜对10.6 m 激光的透过率从60 时的74%变到78 时的11.93%,发生了相变。

关键词:激光防护;相变;磁控溅射;二氧化钒中图分类号:TN 305.8 文献标识码:AAppeali ng co mponent changes and optical properties of VO 2thi n fil m sTI AN Xue song,LIU J i n cheng,Z HANG Yun dong,LU J ian ye ,WANG Qi(Instit ute o f O pt o electronics ,H arb i n Institute of T echno l ogy ,H arb i n 150001,Chi na)Abstrac t :P reperati on para m eters are stud ied to ge t h i ghly pure vanad i u m diox ide th i n fil m s .VO 2th i n fil m s are deposited by m agnetron sputteri ng m ethods .VO 2thin fil m s prepa red i n d iffe rent cond iti ons are stud i ed by m eans of X ray pho toelectron spectroscopy (XPS),constituents o f t he V 3+,V 4+and V 5+i n t he fil m are gotten by fitti ng the XPS peaks w ith 100%Guassi an li ke curves .Then the t h i n fil m s are annealed to i ncrease t he percen tages o f the V 4+,the e ffect o f annea li ng i s ana l yzed .T he trans m ittance a t 10.6 m changed fro m 74%at 60 t o 11.93%at 74 ,se m iconduc t o r to me tal phase transiti on occurs .K ey word s :l ase r protecti on ;phase trans i tion ;m agne tron sputter i ng ;vanadi um d i ox i de作者简介:田雪松(1977 ),男,博士研究生,主要从事激光防护方面研究。

二氧化钌化学式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述二氧化钌（RuO2）是由钌和氧元素组成的化合物，化学式为RuO2。

它是一种具有重要意义的无机化合物，在许多领域都有广泛应用。

二氧化钌具有特殊的物化性质，使其在催化剂、电化学、能源存储等方面具有重要作用。

首先，二氧化钌具有较高的催化活性。

它作为一种催化剂可以用于多种化学反应中，比如氧化反应、水电解等。

由于其高催化活性，二氧化钌常被应用于电化学合成、有机合成以及环境保护等领域。

此外，二氧化钌还可以通过控制其晶体结构和形貌来调控其催化活性，提高反应效率和选择性。

其次，二氧化钌在电化学领域中具有独特的优势。

由于其良好的导电性和电化学活性，二氧化钌被广泛应用于电池、超级电容器以及电解水等领域。

特别是在电化学能源储备和转换方面，二氧化钌的应用已取得了显著的进展。

例如，二氧化钌可以作为一种电极材料用于储能设备，如锂离子电池和超级电容器，以实现高效的能量转换和储存。

此外，二氧化钌还在其他领域展示出了潜在的应用价值。

例如，由于其优良的耐腐蚀性和热稳定性，二氧化钌可用于防腐蚀涂料、玻璃和陶瓷等材料的制备。

此外，二氧化钌还可以用于光电子学、光催化和气敏传感器等领域。

综上所述，二氧化钌作为一种重要的无机化合物，具有多方面的应用潜力。

在催化剂、电化学、能源存储以及其他领域中，二氧化钌的独特性质和优越性能为其在相关领域的应用提供了广阔的发展空间。

随着相关技术的不断突破和发展，相信二氧化钌的应用前景将更加广阔，并将为人类社会的可持续发展作出更大的贡献。

1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：本文将按照以下结构进行论述二氧化钌的化学式及其相关性质和应用领域。

首先，在引言部分概述二氧化钌的基本信息和重要性，接着介绍文章的整体结构和目的。

然后，在正文部分，将详细论述二氧化钌的化学性质，包括其物理性质、化学反应及其它相关特性。

同时，还将探讨二氧化钌在不同领域中的应用，例如催化剂、能源转换、电子材料等方面的应用。