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三维有序大孔Cu_2O薄膜的制备及性能表征

作　者: 王冬梅
导　师: 赵九蓬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 无机化学
关键词: 胶体晶体模板法 三维有序大孔(3DOM)材料 电化学沉积 氧化亚铜薄膜 聚苯乙烯(PS)
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本研究采用胶晶模板法制备三维有序大孔（3DOM） Cu2O薄膜并对其性能进行表征。采用通过乳液聚合方法制得的粒径在200-600nm的单分散性聚苯乙烯（PS）胶体微球,利用垂直沉积法使微球发生自组装得到PS胶体晶体模板。采用电化学沉积的方法将Cu2O填充到模板的空隙中。采用有机溶剂四氢呋喃浸泡2 h去除PS模板得到3DOM Cu2O薄膜。利用能谱（Energy Dispersive Spectrometer, EDS） , X-射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）,X-射线光电子能谱（X-Ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）对直接在ITO导电玻璃基板上电沉积得到的薄膜材料的成分进行表征,结果表明制备所得到的薄膜成分为纯的立方相Cu2O晶体;运用电化学测试方法研究水溶液体系中Cu2O的阴极电沉积过程,由循环伏安（CV）曲线确定了沉积电位,而电流-时间（I-t）曲线则反映了Cu2O电沉积过程的电流变化情况。采用原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）和扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对直接在ITO导电玻璃基板上电沉积得到的Cu2O薄膜及3DOM Cu2O薄膜的微观形貌进行表征。研究了电沉积工艺（pH、沉积电位、沉积时间和电解液温度等）对直接电沉积所得Cu2O薄膜及3DOM Cu2O薄膜形貌的影响,及模板（微球粒径、排列方式及缺陷）对3DOM Cu2O薄膜形貌的影响。结果表明,在实验范围内,控制实验条件,可制备出呈现高度有序的三维大孔形貌的3DOM Cu2O薄膜。借助光谱分析手段分析了PS/Cu2O复合薄膜及3DOM Cu2O薄膜的光谱特性。研究了胶体晶体微球粒径,入射角度等因素对光子带隙位置的影响。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
  1.2 三维有序大孔材料简介  11-17
    1.2.1 三维有序大孔材料的制备方法  11-13
    1.2.2 三维有序大孔材料的研究进展  13-14
    1.2.3 三维有序大孔材料的应用前景  14-15
    1.2.4 三维有序大孔材料的光学特性  15-17
  1.3 Cu_20 半导体材料简介  17-21
    1.3.1 Cu_20 的特性  17
    1.3.2 Cu_20 的应用前景  17-19
    1.3.3 Cu_20 薄膜的制备方法  19-21
  1.4 本课题的主要研究内容  21-22
第2章 实验材料及测试方法  22-29
  2.1 实验原料和仪器设备  22-23
    2.1.1 主要实验原料  22-23
    2.1.2 实验仪器设备  23
  2.2 实验技术及工艺流程  23-27
    2.2.1 胶体晶体模板的制备  23-24
    2.2.2 电沉积工艺  24-27
    2.2.3 胶体晶体模板的去除  27
  2.3 测试和表征方法  27-29
    2.3.1 扫描电子显微镜和能谱分析  27
    2.3.2 原子力显微镜  27
    2.3.3 X-射线衍射  27-28
    2.3.4 X-射线光电子能谱  28
    2.3.5 电化学测试  28
    2.3.6 紫外-可见-红外联用分光光度系统  28
    2.3.7 光纤光谱仪  28-29
第3章 电沉积Cu_20 薄膜及其表征  29-42
  3.1 电沉积所得Cu_20 薄膜成分分析  29-34
    3.1.1 EDS 分析  29-30
    3.1.2 XRD 分析  30-31
    3.1.3 XPS 分析  31-34
  3.2 电沉积Cu_20 的电化学行为研究  34-36
    3.2.1 电沉积过程的循环伏安特性分析  34-35
    3.2.2 电沉积过程的电流-时间曲线  35-36
  3.3 电沉积工艺参数对薄膜形貌的影响  36-39
    3.3.1 pH 的影响  36-38
    3.3.2 沉积电位的影响  38-39
    3.3.3 电解液温度的影响  39
  3.4 电沉积Cu_20 薄膜的AFM 分析  39-40
  3.5 本章小结  40-42
第4章 3DOM Cu_20 薄膜的制备及其表征  42-56
  4.1 PS/Cu_20 复合薄膜研究  42-45
    4.1.1 SEM 分析  42-43
    4.1.2 光谱分析  43-45
  4.2 胶体晶体模板对3DOM Cu_20 薄膜形貌的影响  45-48
    4.2.1 PS 微球粒径的影响  45-46
    4.2.2 PS 排列方式的影响  46-47
    4.2.3 模板缺陷的影响  47-48
  4.3 电沉积工艺对3DOM Cu_20 薄膜形貌的影响  48-51
    4.3.1 沉积时间的影响  48-49
    4.3.2 沉积电位的影响  49-50
    4.3.3 电解液温度的影响  50-51
  4.4 3DOM Cu_20 薄膜的AFM 分析  51-52
  4.5 3DOM Cu_20 薄膜的光谱特性研究  52-55
    4.5.1 特定入射角下反射光强沿角度分布  52-53
    4.5.2 不同入射角情况下带隙位置的变化  53-54
    4.5.3 模板/复合结构/3DOM 结构/Cu_20 薄膜反射光谱对比  54-55
  4.6 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-63
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  63-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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