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《河北师范大学》 2017年
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氧化铌(钽)薄膜的制备及表征

张惠惠  
【摘要】:具有结构色的氧化物薄膜,由于其颜色鲜亮、饱和度高,环境友好和波长容易调控等特点,在防伪、装饰和传感器等领域具有广泛的应用前景。其中,使用阳极氧化法制备该类氧化物薄膜具有制备工艺操作简单、条件可控以及实际应用范围广泛等突出的优势。例如阳极氧化铝(PAA)薄膜,不仅具有可控的结构色,还具有规则的六角密堆积状孔洞分布,从而出现除结构色之外的许多其他物性(如铁磁性、阻变特性等)。研究发现这些特性与多孔结构密切相关,基于此,本文通过阳极氧化法制备出了具有有序多孔结构的氧化铌薄膜以及氧化钽薄膜,并采用一系列测试表征手段对薄膜的结构和物理性能进行了研究。具体结果如下:(1)对预处理后的铌金属箔片,在室温条件下经由一次阳极氧化制备出了具有结构色的氧化铌薄膜,发现通过改变氧化电压可以调控氧化铌薄膜的饱和度和波长范围,相同时间内,薄膜的厚度随着氧化电压的升高而增加。结合实验测试结果,对氧化铌薄膜的颜色产生机理进行了分析,发现当薄膜的厚度小于150nm时,结构色由光的散射引起,符合补色原理;而当薄膜的厚度大于150nm的时候,结构色由光的干涉产生,满足布拉格公式。(2)对一次阳极氧化法制备出的氧化铌薄膜进行二次阳极氧化,得到了有序多孔氧化铌薄膜。实验发现在相同的时间内,随着氧化电压升高,孔的深度也随之增加,同时,薄膜的表面出现沟状相连的现象。磁性测试结果发现不同条件下的多孔氧化铌薄膜均表现为室温铁磁性,且其磁化强度均表现为M_⊥M_∥;空气退火后,薄膜的磁化强度变化满足M_(制备态)M_(空气退火2h)M_(空气退火3h),这些现象表明了磁化强度的变化与薄膜中的氧空位有很大的关系。(3)室温下采用二次阳极氧化法制备得到了一系列多孔氧化钽薄膜,并对薄膜的结构和性能进行了表征。从表征结果发现,多孔氧化钽薄膜均表现为室温铁磁性,且薄膜的磁化强度都是M_⊥M_∥,不同气氛下退火后,发现薄膜的磁化强度变化为M_(真空退火)M_(制备态)M_空气退火)。延长退火时间时,薄膜的磁化强度满足M_(制备态)M_(空气退火2h)M_(空气退火4h),这些现象表明氧化钽薄膜具有室温铁磁性,进一步证明了薄膜的磁性与氧空位浓度有关。
【学位授予单位】:河北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O484.1

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