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磁控溅射沉积固体电解质钛酸镧锂薄膜的研究

熊玉立  
【摘要】: 电解质层是电致变色器件的重要组成部分,其中锂离子固体电解质钛酸镧锂(LLTO)是文献报道中室温离子电导率最高的电解质材料之一,其离子电导率高达10-3 S cm-1,但是作为薄膜材料的LLTO薄膜的离子电导率则一般只有10-6 S cm-1。采用合适的技术以获得高离子电导率和透过率的无机固态电解质薄膜也就成为当前国际研究的热点和前沿。因此,本论文采用烧结法制备LLTO陶瓷靶材、采用磁控溅射法在ITO基片上制备LLTO薄膜,系统研究了热处理对LLTO薄膜结构与性能的影响规律。主要研究结果与结论如下: 1.采用固相反应法在1200℃下煅烧10 h制备出Li0.33La0.56TiO3靶材,离子电导率达1.0×10-3 S cm-1; 2.采用射频磁控溅射法,在基片温度50~300℃下制备的LLTO薄膜均为非晶态,在可见光波段透过率超过75%;随着基片温度升高,由于表面原子扩散能力提高,沉积阴影效应降低,薄膜更为平整致密,表面均方根粗糙度降低,离子电导率从7.1×10-6 S cm-1增加到8.6×10-6 S cm-1; 3.在不同温度和时间下对LLTO薄膜进行热处理,研究了热处理温度对LLTO薄膜的结构、形貌和光电性能的影响。热处理(≤300℃)的薄膜为非晶态,热处理400℃时析出微晶;分析表明虽然在不同热处理温度下薄膜的导电活化能为常数0.35 eV,随着热处理温度升高,薄膜更加致密,载流子锂离子跃迁距离变长、振动频率增加,从而使电导率提高;300℃热处理后薄膜的室温电导率达到5.25×10-5 S cm-1,可见光波段透过率约为85%;由此可知,本文LLTO薄膜将是作为电致变色器件电解质层的适合材料之一。


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