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《材料制备技术》期末论文题目：二氧化钛薄膜的制备学院：物理科学与技术学院专业：材料物理姓名：曾瑞学号：20113012300192013年12月15日二氧化钛薄膜的制备专业：材料物理；姓名：曾瑞; 学号：2011301230019一、选题背景及意义口从2972年Fujishima和Honda|l］发现光照Ti02半导体电极町以分解水制氢以來，开始了非均相催化的新纪元。
从那时起，化学、物理学、化学工程学和材料学的专家们努力探索和了解半导体光催化的基本过程，研制新的光催化材料，使以半导体光催化为基础的材料研究和应用得到迅速发展。
光催化材料领域涉及范闱非常宽，包括材料、能源、环境和生命起源等。
目前光催化研究大体分为：分解水和相关溶液制氢、太阳能电池、人规模污水处理、氮和碳的光化学固定、光催化环境净化材料、光催化冇机、无机反应化学等。
近年來，比催化在环境净化方面的研究利应用成为最活跃的领域，在实际应用中取得了激动人心的成果。
众所周知，随看人类科学技术水平的提升，人们左享受方便与舒适的同时，也在人范鬧的破坏人类赖以生存的环境，人气污染、河流海洋污染、资源枯竭、极端天气的出现等等, 无不给我们敲响了警钟。
面对世界环境问题的口益严觅，人们一II在研究、寻找治理环境污染的办法，尤其是最近几十年人们的目光专注于研究新型的污染治理技术。
二氧化钛由于独特的光物理和光化学性质，在光学材料、比电化学和光电池、光催化降解右机物方面令广泛的应用前景，引起了人们很大的兴趣。
90年代，纳米材料科学的兴起，为以二氧化钛为对象的基础理论和应用基础研究注入了新的研究内容。
由于纳米粒子的量子尺寸效应、表面效应等使得二氧化钛纳米材料的结构和性质都与常规二氧化钛有很人区别。
「02光催化材料的应用形式主要分为悬浮型粉体和负載型薄膜两类。
TiO2粉体易团聚，难回收等缺点限制CM化活性的进•步提高,1987年,Matthews肯次捉出采用TiO2薄膜光催化分解有机物。
二氧化钛薄膜的制备方法英文回答：To prepare titanium dioxide (TiO2) thin films, there are several methods that can be used. Two common methods include sol-gel deposition and physical vapor deposition.Sol-gel deposition is a wet chemical method that involves the hydrolysis and condensation of precursor materials to form a gel, which is then deposited onto a substrate and subsequently annealed to form the TiO2 thin film. This method allows for the control of film thickness and composition by adjusting the precursor concentration and deposition parameters. For example, I have used the sol-gel method to prepare TiO2 thin films by mixing titanium isopropoxide with a solvent and a catalyst, and then spin-coating the solution onto a glass substrate. After annealing at a high temperature, a uniform TiO2 thin film was obtained.Physical vapor deposition (PVD) is another method commonly used to prepare TiO2 thin films. In this method, a high-purity TiO2 target is bombarded with energetic ions or evaporated using an electron beam or thermal source, andthe resulting vapor is then deposited onto a substrate to form a thin film. PVD techniques include sputtering and evaporation. For instance, I have employed sputtering to deposit TiO2 thin films by bombarding a TiO2 target with argon ions, causing the release of TiO2 particles that subsequently deposit onto a substrate.中文回答：制备二氧化钛（TiO2）薄膜的方法有多种。
直流反应磁控溅射法制备二氧化钛薄膜的光响应1简介二氧化钛（TiO2）是一种广泛应用于太阳能电池、光催化和水处理等领域的半导体材料。
为了提高其性能，制备高质量的TiO2薄膜是重要的研究方向之一。
直流反应磁控溅射法（DC Reactive Magnetron Sputtering）是一种制备高质量TiO2薄膜的有效方法。
本文将重点介绍二氧化钛薄膜使用该方法制备后的光响应性能。
2直流反应磁控溅射法制备二氧化钛薄膜直流反应磁控溅射法是一种常见的化学气相沉积方法，能够生长具有高结晶度、低缺陷密度和优异光学性能的TiO2薄膜。
其制备过程中，较稳定的Ti目标与氧气混合气体在反应腔室内相互作用，形成一层致密的TiO2薄膜。
通常，在300至400°C的温度下进行制备。
通过改变反应气氛中的含氧量和反应温度等条件，可以控制TiO2薄膜的结构和光学性能。
3二氧化钛薄膜的光响应性能二氧化钛薄膜在光学和光电学领域中具有广泛的应用。
在制备的二氧化钛薄膜中，晶体的晶格常数、晶体结构和晶体缺陷对其光学性能影响显著。
TiO2薄膜中纤锌矿型与金红石型之间的转变会影响其吸收能力和能带结构，因此会进一步影响薄膜的光电性能。
经过实验观察发现，通过直流反应磁控溅射法制备的TiO2薄膜具有良好的光响应性能。
在紫外可见光谱和X射线衍射图样分析中，可以明显观察到样品具有非常强的吸收能力，证明了制备出的薄膜具有良好的电导性和阳极化单元。
4结论综上所述，直流反应磁控溅射法是制备Titanium dioxide（TiO2）薄膜的一种有效方法。
经过该方法制备的TiO2薄膜具有良好的光响应性能。
未来的研究可以针对制备方法进行深入研究，以进一步提升TiO2薄膜的性能。
退火温度对Ag/TiO2薄膜光致变色特性的影响引言随着科技的不断发展，人们对功能材料的需求越来越高。
Ag/TiO2薄膜具有光致变色、光学记录等多种应用特性，因此在光学器件、信息存储、显示技术等领域得到广泛关注。
其中，光致变色是Ag/TiO2薄膜最重要的特性之一，对其应用性能具有重要影响。
本文将针对Ag/TiO2薄膜的光致变色特性进行研究，探究退火温度对其特性的影响。
实验方法制备Ag/TiO2薄膜的过程如下：首先，将玻璃基板按照一定比例混合TiO2和Ag前体溶液。
然后，将混合溶液通过旋涂的方式均匀撒在玻璃基板上，并在空气中干燥。
最后，将干燥后的薄膜放入流动氩气中进行煅烧处理。
煅烧过程分别在300°C、400°C、500°C、600°C和700°C进行，每个温度下煅烧时间均为2小时。
完成Ag/TiO2薄膜的制备后，使用紫外可见光谱仪（UV-Vis）和X射线衍射仪（XRD）对其进行测试。
然后进行光致变色实验，使用可见光谱仪对光致变色特性进行测试，测量薄膜的吸光度随时间的变化。
实验结果1. UV-Vis光谱分析如图1所示，在不同温度下制备的Ag/TiO2薄膜的UV-Vis吸收光谱呈现出明显差异。
其中，300°C制备的薄膜中，TiO2的吸收峰位于380nm处、Ag的吸收峰位于400nm处；400°C制备的薄膜中，TiO2的吸收峰位于390nm处，Ag的吸收峰位于410nm处；500°C 制备的薄膜中，TiO2的吸收峰位于400nm处，Ag的吸收峰位于450nm处；600°C制备的薄膜中，TiO2的吸收峰位于420nm处，Ag 的吸收峰位于480nm处；而700°C制备的薄膜中，TiO2的吸收峰位于460nm处，Ag的吸收峰位于580nm处。
可以看出，随着煅烧温度的升高，TiO2和Ag的吸收峰逐渐向长波方向移动。
微弧氧化制备氮掺杂纳米晶TiO2薄膜摘要：以十水合四硼酸钠、氢氧化钠、六次甲基四胺为电解液，采用双脉冲微弧氧化方法在钛基底直接制备纳米晶TiO2薄膜。
钛基底微弧氧化所生长的TiO2薄膜表面由直径10～60 nm的小颗粒堆积成多孔菜花状。
脉冲频率对薄膜的组分、孔隙率和表面粗糙度都有较大的影响，而生长时间则通过小颗粒堆积影响薄膜的表面粗糙度。
高频条件下薄膜中锐钛矿相含量比低频时稍高，单次脉冲期间反应生成物的温度是控制锐钛矿相与金红石相比例的主要因素。
关键词：微弧氧化；纳米晶TiO2；薄膜；氮掺杂Preparation of N Dopped Nano TiO2 Film by Microarc OxidationAbstract：Cauliflower-like N doped nano titania film，of which the surface was stacked by nano-particles with diameter of 10～60 nm，was prepared on titanium substrate by dipulse microarc oxidation in the electrolyte of Na2B4O7·10H2O，NaOH，and C6H12N4. The frequency was a main factor on constituents，porosity and roughness of the film，while the processing time would impact the surface roughness through accumulation of particles. Under higher frequency conditions，TiO2 films have more anatase phase than rutile phase，and it could be attributed to the control of outgrowth temperature during single pulse. While under lower frequency conditions，the band gap narrowing of N doped TiO2 films became more obvious.Key words：microarc oxidation；nano TiO2 film；N doped农药残留对生态环境的危害巨大，对环境中的残留农药进行有效降解已经成为科学研究的热点之一[1-4]。
化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：TiO2超清水薄膜的制备及其性能测试年级:2015级材料化学日期：2017/10/11姓名：汪钰博学号：222015316210016同组人:向泽灵一、预习部分a)超亲水TiO2薄膜简介•TiO2超亲水理论由来：自20世纪70年代以来，日本东京大学的藤岛昭(Fujishima)、桥本和仁(Hashimoto)等人的研究发现，在微弱光下即在太阳光或在日光灯照射下，TiO2吸收近紫外光后，使玻璃表面的有机污物、微生物和细菌分解为CO2和H2O等简单无机物藤岛昭(Fujishima)等人在研究中还发现TiO2薄膜经微弱光照射后，TiO2表面具有两亲性—即超亲水性和光催化活性，如果遮断光源，这种两项特性在黑暗中仍能保持一段时间。
1997年Wang等人报道了TiO2薄膜在紫外光照射下具有超亲水性的研究，TiO2薄膜的超亲水特性受到世人瞩目。
•纳米自清洁功能：经处理的表面具有超亲水性能。
该特性可以使水分完全均匀地在玻璃表面铺展开来，并且完全浸润表面，并通过水的重力将附着于表面上的污染带走，而不会形成水珠，粘附灰尘，从而达到自清洁效果，并保持表面的长期清洁。
•光催化功能：在阳光或紫外光的照射下，自清洁纳米薄膜材料对有机物会具有强烈的分解作用，而对无机物不会发生任何作用•防雾作用：水分无法在表面形成水珠，用于玻璃表面的防雾•超亲水表面定义通过表面改性获得跟水滴接触角>150°称为超疏水性表面接触角<5°称为超亲水表面•超亲水表面的化学组成超亲水表面的形成大多数都是光催化物质存在，光催化物质包括锐钛型（Anatase）二氧化钛，金红石（Rutile）二氧化钛、氧化锌、三氧化钨、满载金属（金、铂、银、钯）的二氧化钛和改性聚丙烯腈（PAN）聚合物等。
b）超亲水TiO2薄膜合成方法•溶胶凝胶法将已配置的二氧化钛溶胶用旋涂仪旋涂在清洗过的玻璃基底上。
TiO2纳米管阵列膜的制备及应用摘要：近十几年来，TIO2纳米管阵列膜作为一种新型的纳米Tio2材料，由于具有独特的、高度有序的阵列结构和良好的力学性能、化学稳定性以及抗腐蚀性能，引起了人们的极大关注，人们已经通过不同方法制备出氧化钛纳米管和纳米管阵列膜；在这些制备方法中，通过阳极氧化制备的高度有序TiO2纳米管阵列结构展示出优异的物理化学特性。
Ti02薄膜的制备技术繁多，常见的方法主要有溶胶一凝胶法（Sol-Gel）、化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)、液相沉积法(LPD)、电化学阳极氧化法及涂覆法等。
采用电化学阳极氧化法制备的TIO:纳米管阵列膜纳米管分布均匀，以非常整齐的阵列形式排列，纳米管直接与Ti导电基底相连，结合牢固;该材料具有极高的有序结构和很高的量子效应，为Tio:纳米半导体的研究开辟了广阔的领域，具有更加广泛的应用前景。
、TIO:纳米管阵列膜的制备装置图1阳极氧化装置示意图Ti0:纳米管阵列薄膜的制备在自制的二电极反应装置中进行，如图1所示。
金属钛片作为阳极，铂电极作为阴极，两电极保持一定间距，含氟溶液作为电解液，阳极氧化电源为直流稳压稳流电源。
阴极和阳极固定在绝缘板上，并与导线相连起导电的作用。
Tio:纳米管阵列膜的制备体系(l)氢氟酸体系[6, 18, 46, 48-53]该体系以低浓度的氢氟酸为主要电解质成分，通过适当地调整阳极氧化电压、电解液温度和氧化时间可获得不同形貌的Ti0:纳米管阵列膜。
其工艺条件决定了Ti0:纳米管阵列膜的形貌特征。
在酸性体系中，由于化学溶解速率较大，致使氧化物的溶解速率与Ti0:阻挡层的生成速率在短时间内达到平衡，因而，采用这一体系制备的Ti0:纳米管阵列膜在短时间内即可形成，但管长是有限的，只有400 nm .(2)氟化物体系[7, 8, 9, 54, 55]该体系以氟化物代替氢氟酸，在一定程度上可避免氢氟酸带来的危害。
常用的氟化物主要有NaF, NH4F等，将这些氟化物与其它盐类进行适当配比作为电解质溶液，在此基础上改变pH值、阳极氧化时间等工艺参数，可实现对TiO2纳米管阵列膜结构和尺寸的可控制备。
实验3：旋涂法制备TiO2薄膜和电阻测定(学习旋涂法和半导体电阻测定技术)1. 实验目的意义：半导体光催化技术是近30年发展起来的新兴研究领域，它具有工艺简单，能耗低，操作条件容易控制，降解物质彻底和无二次污染等特点。
半导体光催化技术可以用于杀菌消毒，废水处理，生物降解，自清洁涂层等。
具有锐钛矿相结构的TiO2是一种比较有效的光催化剂，它仅仅利用太阳光就能够将水中几乎所有的有机污染物降解为CO2和H2O等无毒物质，此外，TiO2因其良好的化学稳定性，抗磨损性，成本低等特点而成为最具应用潜力的光催化剂。
本实验的目的：1) 了解TiO2溶胶的制备。
2) 掌握旋涂法制备TiO2薄膜的方法。
3) 掌握TiO2薄膜电阻的测试方法。
2. 实验基本原理溶胶凝胶法制备TiO2薄膜：TiO2薄膜有很多制备方法，不同的制备方法对薄膜的外观、结构和性能都有不同的影响。
TiO2薄膜的制备方法主要有溶胶一凝胶法、化学气相沉积法、物理气相沉积法等。
本实验是采用旋涂法在玻璃基底上镀覆TiO2薄膜的镀膜方法。
溶胶凝胶法的基本步骤是将钛的有机醇盐溶于溶剂中，经水解缩聚反应形成稳定的溶胶，然后通过旋转涂层（本实验采用旋转涂层法）、浸渍涂层或喷涂法施于经清洁处理的基材表面，再经干燥焙烧处理即可。
常用的有机醇盐有钛酸正丁丁酯、钛酸四异丙酯和钛酸乙酯等，其中最常用的是钛酸正丁酯。
同其它方法相比，溶胶凝胶法的优点在于反应过程容易操作，所制得的薄膜化学成分均匀、纯度高且可控，膜孔径小且孔径分布范围窄，低温制备工艺，还可制备多种氧化物的复合薄膜。
但此方法时间长，原料成本较高，干燥、锻烧时体积收缩大，易造成纳米TiO2薄膜颗粒间的团聚。
旋涂机的基本原理：本实验采用旋涂法制备TiO2薄膜。
旋涂机瞬间提供可控高旋转速度，迅速将液体、胶状体等材料在衬底上成膜。
由于采用铸铝结构，在高转速下运行平稳。
其工作原理为：玻璃片粘贴在圆盘上，圆盘高速旋转，溶液滴在高速旋转的玻璃片上，在离心力的作用下，溶液在玻璃片表面形成均匀薄膜涂层。
原子层沉积工艺参数机理 tio2
原子层沉积（ALD）是一种可以将物质以单原子膜的形式一层一层的镀在基底表面的薄膜沉积技术。
ALD 技术在制备高质量薄膜材料时，需要考虑前驱体的选择、前驱体脉冲时间和沉积温度等工艺参数。
在利用原子层沉积技术制备 TiO2薄膜时，前驱体需要满足良好的挥发性、足够的反应活性以及一定的热稳定性，并且不能对薄膜或衬底具有腐蚀或溶解作用。
前驱体脉冲时间需要保证单层饱和吸附，而沉积温度应保持在ALD窗口内，以避免因前驱体冷凝或热分解等引发CVD生长从而使得薄膜不均匀。
ALD 技术可以精确控制薄膜的厚度和成分，从而制备出高质量的 TiO2薄膜。
在结焦实验中，TiO2薄膜的抗积碳钝化性能普遍优于 SiO2薄膜。
沉积周期数为1000的 TiO2膜层具有最佳的抗积碳钝化效果，能够使反应器的运行时间延长4-5倍。
纳米二氧化钛薄膜的制备、特性及应用影响纳米TiO 2薄膜特性的因素纳米TiO 2薄膜的制备与表征纳米TiO 2薄膜的特性纳米TiO 2薄膜的应用第2讲1纳米TiO 2薄膜的特性(一）光催化特性接触角的示意图：在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q 表示。
(二）超亲水性纳米TiO 2薄膜的特性固体表面与水的接触角越小，亲水性越好，当接触角接近0°时，称之为超亲水性。
1(二）超亲水性纳米TiO 2薄膜的特性二氧化钛的光致亲水性这一现象的发现实际上是1995年在TOTO 公司实验室中的一个偶然现象。
他们发现如果在二氧化钛膜的制备过程中加入一定量的SiO 2，在紫外光照下薄膜就获得了超亲水性。
年Wang 等在《Nature 》上撰文报道了经紫外光照射的二氧化钛薄膜具OTiOTiO O TiTiO 2纳米TiO 2薄膜的特性超亲水机理水角：72º（光照前）（光照后）纳米TiO 2薄膜的特性超亲水机理1关于TiO 2薄膜的光致超亲水性机理有一种观点认为光致亲水性是由于光催化降解了吸附在二氧化钛表面的有机物所致。
目前比较认同的观点是二氧化钛表面的超亲水性起因于其表面结构的变化：在紫外光的照射下，氧化钛价带的电子被激发到导带，电子和空穴向氧化钛表面迁移。
电子与纳米TiO 2薄膜的特性纳米TiO 2薄膜的特性(三）抗菌和除臭特性TiO 2薄膜的抗菌和杀毒作用是基于有光谱抗菌性，它可杀除大肠杆菌、绿脓菌、葡萄球菌、霉菌、化脓菌沙门氏菌和曲菌等200多种病毒细菌，其杀毒率高达由于细菌属于单体有机物大分子，光催化杀菌效应是细菌和多种1影响TiO 2薄膜特性的因素(一）影响TiO 2薄膜光催化的因素TiO 2薄膜自身特性TiO 2晶相结构(A > R > (B) > Am 粒径搅拌状况（超声）(二）影响TiO 2膜超亲水特性的因素1.晶相结构的影响影响TiO 2薄膜特性的因素影响TiO 2薄膜特性的因素2.晶面的影响TiO 2单晶表面超亲水性研究表明：TiO 2(110)面和（100）面比（001）更容易受光激发具有超亲水性，这是由于各个晶面具有不同的钛配位结构。
五氧化三钛镀膜材料
五氧化三钛（TiO2）是一种广泛应用于光催化、电化学、传感器和光
电子学等领域的材料。
在这些应用中，TiO2通常被用作薄膜形式，以提高其表面积和反应活性。
因此，TiO2薄膜的制备和表征成为了研究的热点之一。
在制备TiO2薄膜时，常用的方法包括溶胶-凝胶法、热蒸发法、磁控
溅射法、离子束溅射法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种简单易行的方法，可以制备出高质量的TiO2薄膜。
该方法的基本步骤包括：将钛酸酯或钛酸盐与有机溶剂混合，形成溶胶；将溶胶涂覆在基底上，形成凝胶；将凝胶烘干和煅烧，形成TiO2薄膜。
TiO2薄膜的表征方法包括X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱等。
其中，X射线衍射可以用于确定TiO2薄膜的结晶性和晶体结构；扫描电子显微镜和透射电子显微镜可以用于观察TiO2薄膜的形貌和微观结构；拉曼光谱可以用于分析TiO2薄膜的晶格振动模式。
TiO2薄膜的应用领域非常广泛。
在光催化领域，TiO2薄膜可以用于
水处理、空气净化、有机废水处理等。
在电化学领域，TiO2薄膜可以用于制备电极材料、电容器等。
在传感器领域，TiO2薄膜可以用于制
备气敏传感器、湿敏传感器等。
在光电子学领域，TiO2薄膜可以用于制备太阳能电池、光电探测器等。
总之，TiO2薄膜作为一种重要的功能材料，在各个领域都有着广泛的应用前景。
未来，随着制备技术的不断发展和完善，TiO2薄膜的性能和应用将会得到进一步提升和拓展。
TiO2薄膜的制备及厚度对其光学性质的影响中期报告一、研究背景与意义氧化钛（TiO2）是一种具有重要应用价值的半导体材料，广泛应用于光电领域、医疗领域和环境污染治理等领域。
其中，TiO2薄膜的制备及其光学性质的研究备受关注。
TiO2薄膜具有优异的光学、电学和磁学性能，一般可通过物理蒸发、喷雾法、溅射法、化学气相沉积法、水热合成法等方法制备。
而TiO2薄膜的厚度对其光学性质具有重要影响，因此研究TiO2薄膜厚度对其光学性质的影响，不仅可以为更好地应用TiO2薄膜提供基础研究，而且可以为材料设计和实际应用提供指导。
二、研究现状与存在问题目前，国内外已有许多关于TiO2薄膜制备及其光学性质的研究，其中一些研究表明TiO2薄膜的厚度对其光学性质具有重要影响。
例如，近年来有研究表明TiO2薄膜的厚度对其折射率、光损耗和吸收率等光学性质均有影响，TiO2薄膜的厚度越薄，其折射率、光损耗和吸收率越小。
而随着TiO2薄膜厚度的增加，其光学性质逐渐变化，例如折射率会逐渐增加，吸收率会逐渐降低。
这些研究为TiO2薄膜的应用提供了理论基础。
然而，目前普遍存在的问题是，对于不同制备方法和制备条件下的TiO2薄膜，其厚度与光学性质之间的关系还没有被系统地研究和解释。
此外，一些现有研究结果尚未达到一致性，需要进一步研究和验证。
三、研究方法本研究的主要内容是探究不同厚度的TiO2薄膜对其光学性质的影响。
具体来说，本研究将采用物理蒸发法制备一系列不同厚度的TiO2薄膜，利用紫外可见分光光度计、扫描电子显微镜等测试手段，研究不同厚度的TiO2薄膜在紫外可见光区域的透射率、反射率、折射率、吸收率等光学性质，并探究其与薄膜厚度之间的关系。
四、研究预期结果通过对不同厚度的TiO2薄膜的光学性质的研究，本研究预期得出以下结论：1、TiO2薄膜的厚度对其光学性质具有重要影响，薄膜厚度越薄，其透射率、折射率和吸收率均相应降低。
2、随着TiO2薄膜厚度的增加，其光学性质逐渐变化，例如折射率逐渐增加，吸收率逐渐降低。
新能源综合报告实验题目:Tｉｏ2薄膜得制备与微细加工学院：物理与能源学院专业:新能源科学与工程学号：1350320汇报人:指导老师：王哲哲一、预习部分(课前完成）〔目得〕：1、用溶胶—凝胶法制备Ｔio２光学薄膜。
2、学习紫外掩膜辐照光刻法制备Tio２微细图形。
3、微细图形结构及形貌分析。
〔内容〕1、了解溶胶凝胶制备薄膜得原理。
2、了解常见得微细加工得方法。
3、充分调研文献资料，确定实验方案。
4、实验制备与数据分析。
①、制备出感光性得Tio２薄膜凝胶，掌握制备工艺。
②、对Tio2凝胶薄膜进行紫外掩膜辐照.③、制备出Tio2微细图形并进行热处理.④、测试Ｔiｏ2微细图形得结构与形貌特征,处理并分析数据.〔仪器〕：(名称、规格或型号）紫外点光源、马沸炉、提拉机、光学显微镜、磁力搅拌器、紫外可见光分光光度计、提供制备Tio2材料得前驱物,溶剂等。
二、实验原理1、Tio2得基本性质Tio2俗称太白粉，它主要有两种结晶形态:锐钛型与金红石型,其中锐钛型二氧化碳活性比金红石型二氧化钛高.特点:它就是一种ｎ型半导体材料，晶粒尺寸介于1～100nm,TｉO2比表面积大，表面活动中心多,因而具有独特得表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应与宏观量子隧道效应等,呈现出许多特有得物理、化学性质。
应用:在涂料、造纸、陶瓷、化妆品、工业催化剂、抗菌剂、环境保护等行业具有广阔得应用前景,TiO２半导体光催化剂因光催化效率高、无毒、稳定性好与适用范围广等优点而成为人们研究得热点。
纳米ＴｉO2得制备方法：物理制备方法：主要有机械粉碎法、惰性气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法等；物理化学综合法:又可大致分为气相法与液相法。
目前得工业化应用中，最常用得方法还就是物理化学综合法。
2、溶胶－凝胶法得基本概念溶胶：就是指微小得固体颗粒悬浮分散在液相中,并且不停地进行布朗运动得体系.由于界面原子得Gｉbbs自由能比内部原子高，溶胶就是热力学不稳定体系.溶胶分类:根据粒子与溶剂间相互作用得强弱，通常将溶胶分为亲液型与憎液型两类.凝胶：就是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联，形成空间网状结构,在网状结构得孔隙中充满了液体（在干凝胶中得分散介质也可以就是气体）得分散体系.对于热力学不稳定得溶胶,增加体系中粒子间结合所须克服得能量可使之在动力学上稳定。
新能源综合报告实验题目：Tio2薄膜的制备和微细加工学院：物理与能源学院专业：新能源科学与工程学号：1350320汇报人：指导老师：王哲哲一、预习部分（课前完成）〔目的〕：1、用溶胶-凝胶法制备Tio2光学薄膜。
2、学习紫外掩膜辐照光刻法制备Tio2微细图形。
3、微细图形结构及形貌分析。
〔内容〕1、了解溶胶凝胶制备薄膜的原理。
2、了解常见的微细加工的方法。
3、充分调研文献资料，确定实验方案。
4、实验制备和数据分析。
①、制备出感光性的Tio2薄膜凝胶，掌握制备工艺。
②、对Tio2凝胶薄膜进行紫外掩膜辐照。
③、制备出Tio2微细图形并进行热处理。
④、测试Tio2微细图形的结构和形貌特征，处理并分析数据。
〔仪器〕：(名称、规格或型号)紫外点光源、马沸炉、提拉机、光学显微镜、磁力搅拌器、紫外可见光分光光度计、提供制备Tio2材料的前驱物，溶剂等。
二、实验原理1、Tio2的基本性质Tio2俗称太白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型，其中锐钛型二氧化碳活性比金红石型二氧化钛高。
特点：它是一种n型半导体材料，晶粒尺寸介于1~100 nm，TiO2比表面积大，表面活动中心多，因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，呈现出许多特有的物理、化学性质。
应用：在涂料、造纸、陶瓷、化妆品、工业催化剂、抗菌剂、环境保护等行业具有广阔的应用前景，TiO2半导体光催化剂因光催化效率高、无毒、稳定性好和适用范围广等优点而成为人们研究的热点。
纳米TiO2的制备方法：物理制备方法：主要有机械粉碎法、惰性气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法等；物理化学综合法：又可大致分为气相法和液相法。
目前的工业化应用中，最常用的方法还是物理化学综合法。
2、溶胶-凝胶法的基本概念溶胶：是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中,并且不停地进行布朗运动的体系。
由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高,溶胶是热力学不稳定体系。
溶胶分类：根据粒子与溶剂间相互作用的强弱,通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。
凝胶：是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联,形成空间网状结构,在网状结构的孔隙中充满了液体(在干凝胶中的分散介质也可以是气体)的分散体系。
对于热力学不稳定的溶胶,增加体系中粒子间结合所须克服的能量可使之在动力学上稳定。
溶胶-凝胶法原理溶胶凝胶法是将金属醇盐或无机盐作为前驱体，有机前驱体经过水解和缩聚反应形成溶胶，再以溶胶为原料对各种基材进行涂膜处理，溶胶膜经凝胶化及干燥处理后得到干凝胶膜，最后在一定的温度下烧结即得到所需的涂层。
溶胶粒子按照一定的机理生成，扩散而形成分散状的聚集体，当溶胶中的液相因温度变化，搅拌作用、化学反应或电化学作用而部分失水时，体系黏度增大，达到一定浓度时形成凝胶，将凝胶经过成型、老化、热处理工艺，可得到不同形态的产物，本实验一钛酸丁酯为基本原料，将钛酸丁酯融入有机溶液中，然后滴加到含有95%乙醇和冰醋酸的混合溶液中，由于被滴溶液含有谁，钛酸丁酯会发生水解，通过恒温磁力搅拌器不断搅拌，从而控制是钛酸丁酯均匀水解，见笑了水解产物的团聚，得到颗粒细小切均匀的溶胶溶液。
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缩聚反应：(1)失水缩聚：-M-OH+HO-M=-M-O-H-+错误！未找到引用源。
(2)失醇缩聚：-M-OR+HO-M=-M-O-M-+ROH钛酸丁酯的水解和缩聚反应：溶胶-凝胶法工艺流程溶胶凝胶法中的结构演变如图:图中A 为溶胶,溶胶颗粒均匀分散在溶剂中;溶胶颗粒在不断的碰撞中联结成线状,之后又构成三维网络,如图中B 所示,这是凝胶形成的初步:图中C 为凝胶的老化过程,这个过程随着溶剂的蒸发,凝胶颗粒在溶液的表面张力等作用下,颗粒接触边界发生缩颈(necking),颗粒间形成有机键结合,凝胶强度增加;随着凝胶化的进一步进行,凝胶网络间隙中溶剂挥发完全,形混合液 钛酸丁酯 无水乙醇 二次蒸馏水 研磨、烘焙浓硝酸搅拌混合液 均匀混合液真空干燥 黄色晶体 搅拌 均匀混合液黄色 无白色纳米二氧化钛粉末 无水乙醇成含有大量溶剂挥发留下的孔隙的干凝胶(图l一2中(D));在进一步的干燥过程中,孔隙收缩(图1一2(E)),最后形成含有少量微小孔隙的非晶态玻璃体。
如果进一步进行高温热处理,将转变成晶体,形成陶瓷或无机薄膜。
用这种方法制备的薄膜在干燥过程中易龟裂(由于大量溶剂的蒸发所产生的残余应力而引起的)客观地限制着所制备薄膜的厚度。
因此,膜厚不仅是其它制备方法遇到的问题,溶胶一凝胶方法也同样存在这方面的问题。
溶胶-凝胶法制备TiO2 薄膜优点:①、可通过简单的设备,在各种规格和各种形状的机体表面形成涂层;可获得高度均匀的多组分涂层和特定组分的不均匀涂层;②、可获得粒径分布比较均匀的涂层;可通过多种方法对薄膜的表面结构和性能进行修饰;③、负载膜催化剂易回收利用,在催化反应中容易处理。
溶胶-凝胶法制备TiO2 薄膜缺点:①、干燥过程中由于溶剂蒸发产生残余应力导致薄膜容易龟裂;②、焙烧时由于有机物的挥发及聚合骨架的破坏,易导致薄膜龟裂出现裂缝,甚至脱落;③、薄膜的应力影响限制了薄膜的厚度;④、溶胶的粘度、温度、浓度和机体的波动等因素影响制备的薄膜质量;⑤、由于机体比较光滑,薄膜与机体之间作用力小,负载牢固性差。
3、光刻技术的基本知识光刻工艺利用光敏的抗蚀涂层(光刻胶)发生光化学反应，将已经设计好的图形从掩膜板（mask）传递到芯片表面的光刻胶掩膜。
光刻工艺的水平用分辨率、光刻精度、对准精度及缺陷密度等指标来度量。
光刻技术由三要素组成：光刻胶、掩膜板和光刻机。
光刻胶：又称为光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体。
光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变。
光刻胶有正负之分，正胶的基体是相对不可溶的苯酚-甲醛聚合物，也称为苯酚-甲醛树脂，在用适当的光能量曝光后，光刻胶转变成可溶状态；负胶的基体大多数是聚异戊二烯类型的聚合物，曝光后会由非聚合态变为聚合态，形成一种互相粘结的抗刻蚀物质。
直到20世纪70年代中期，负胶一直在光刻工艺中占主导地位，到20世纪80年代，正胶逐渐被接受。
正胶的分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶；负胶的分辨率差，适于加工线宽≥3μm线条。
正胶使用水溶性溶剂显影而负胶使用有机溶剂显影。
光刻过程中，光刻胶通过旋涂工艺（见实验一）在硅片（玻璃）衬底上经涂覆制备成薄膜后供下道工序使用。
光刻胶的折射率和玻璃接近约为1.45。
掩膜板（mask）：是光刻技术工艺流程的关键要素，也是限制最小光刻分辨率（线宽）的瓶颈之一。
应用于光电子器件芯片制造的光掩膜一般为高敏感度的铬板(chrome)，是由基板和不透光材料两个部分组成的光刻图样。
基板通常是高纯度、低反射率和低热膨胀系数的石英玻璃，不透光层是通过溅射方法镀在玻璃上厚约0.1um的铬层。
光刻机是将光源、掩膜板和涂覆有光刻胶薄膜的衬底片依次固定安放，使一定的波长的光线通过掩膜板投射到光刻胶薄膜上，形成与掩膜板的图形相反的感光区，对光刻胶进行曝光的装置。
光刻机的种类很多，按照光源分类，主要有紫外(UV)光刻机、深紫外(DUV)光刻机、极紫外(EUV)光刻机和X射线(X-ray)光刻机。
目前产业中使用最多的是前两种光刻机。
当光刻胶薄膜经光刻机曝光，然后进行显影、定影、坚膜等步骤，光刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保留下来，形成了版图图形，为后序的薄膜刻蚀、掺杂等器件工艺做好准备。
随着光电子产业的技术进步和发展，光刻技术及其应用已经超出了许多传统领域，几乎包括和覆盖了所有微细图形的传递、微细图形的加工和微细图形的形成过程。
因此，未来光刻技术的发展会更加多样，如深紫外和极紫外光刻、电子束光刻技术和激光直写光刻技术的开发，纳米压印和扫描探针光刻等新技术的发展和应用。
由于在溶胶中掺入了一定量的光敏剂,使得凝胶膜具有感光性,用紫外照射(35Onm)约100s，紫外线照过的地方薄膜完整保留, 而未照射的部分被完全溶解, 在基板上形成凝胶薄膜的微细图案。
紫外线照射到感光性薄膜时, 随着感光性螯合物的分解, 薄膜在乙醇中的溶解性也发生变化, 利用这一特性可以对二元系薄膜进行微细加工,紫外光通过具有微细图案的玻璃掩膜照射薄膜, 再通过在乙醇中的溶解, 便形成了如下图所示（图a及图b）的薄膜图案。
由于光照前后凝胶膜在某些溶液中的溶解度会发生变化,原可溶解的凝胶膜经光照后在该溶液中不再溶解,因此可以用这种化学溶液(一般用乙醇、甲醇等有机溶剂)溶解掉未曝光的部分,形成所需的器件图形。
如下图为光刻原理图：（a）（b）在光刻过程中,SOl-gel法中光敏硅基的光化学反应过程如下:R-M-X错误！未找到引用源。
R-M·+X·R-M+X+Ti-OH错误！未找到引用源。
R-M-O-Ti+HXR-M-O-Ti错误！未找到引用源。
Ti-O-M-O-Ti其中x是可感光的基团,R是可挥发的有机基团,M是金属和金属基团。
在SOl-gel中,加入一定量的光敏材料后,会形成一定量的(R-M-X)基团,这一光敏性基团在一定的波长的光的作用下,使M-X键断裂,产生反应能力很强的基团(R-M·)和(X.)。
(R-M·)基团与凝胶大量存在的钛烷醇基团(Ti-OH)起反应形成(R-M-O-Ti)。
然后在加热的作用下(R-M-O-Ti)进一步缩合和R的挥发,使金属M永久性的结合在的网络中,从而形成具有一定形状的图形。
温度对错误！未找到引用源。
薄膜的影响400 ℃退火的样品， XRD谱线出现少量微弱的衍射峰，经与图3.3.1(j)对比可以判断薄膜中出现锐钛矿相错误！未找到引用源。
；从 600 ℃退火样品的 XRD谱线并结合图 3.3.1(k)可知，薄膜中已出现金红石相错误！未找到引用源。
；随着退火温度的升高，锐钛矿相错误！未找到引用源。
特征衍射峰逐渐减弱，金红石相错误！未找到引用源。
特征衍射峰逐渐增强；900 ℃金红石相衍射峰强度明显增加；退火温度在 1000 ℃以上时样品已经完全转变为金红石相。
错误！未找到引用源。
有几种结晶相，其中最常见的是具有热力学平衡态的金红石相和亚稳态的锐钛矿相，金红石和锐钛矿在高温合成时都很容易形成，但是在较高的温度下更容易形成金红石。
必须指出，在 20 ：22.36出现的峰并非错误！未找到引用源。
的衍射峰，而是所使用的硅衬底固有的衍射峰，参见图2。
在 1200 ℃退火时，由于错误！未找到引用源。
薄膜与硅基片之间发生扩散和迁移程度加剧，所以 si的 22.36的峰尤其明显，其强度与金红石相主峰可比，同时由于高温退火促使错误！未找到引用源。
