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Sol-Gel法制备ZAO薄膜及其红外发射率研究

陈黄鹂  
【摘要】:本文在概述了ZAO(掺铝氧化锌)薄膜的性能、制备技术、应用前景和国内外研究发展概况的基础上,以二水合乙酸锌(Zn(CH_3COO)_2·2H_2O)为前驱体,异丙醇(isopropanol)或乙二醇甲醚(2-methoxyethanol)为有机溶剂,单乙醇胺(monoethanolamine)为稳定剂,六水合三氯化铝(AlCl_3·6H_2O)为掺杂剂,采用溶胶—凝胶浸涂法在石英玻璃衬底上制备了ZAO薄膜。 分别采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和光谱辐射计对不同工艺条件(包括热处理温度、铝掺杂浓度、溶胶浓度、薄膜厚度等)下制备的ZAO薄膜相结构,表面形貌和红外发射特性进行了分析与测试。系统研究了各工艺参数对其结构和性能的影响。XRD结果表明:所制备的ZAO薄膜为六方纤锌矿结构,衍射图谱中无Al_2O_3及其他化合物的衍射峰,同时,随着掺杂量的变化,ZnO主要衍射峰的位置、晶面问距均发生了有规律的变化,说明铝成功地掺杂进了ZnO晶格中。研究结果表明,溶胶浓度、Al掺杂量、基片表面平整度、热处理温度和烘干温度都影响薄膜的显微结构。厚度小的薄膜在热处理过程中ZnO晶格无明显的定向生长方向。厚度大的薄膜在热处理过程中ZnO晶粒有定向生长现象。60℃烘干的薄膜试样具有沿(002)晶面择优生长的特性。SEM结果表明:薄膜厚度与溶胶浓度有关,当溶胶浓度为0.5mol/l时,涂敷1次溶胶所得薄膜的厚度约为2.5μm。8~14μm波段红外发射率测试结果表明:薄膜的红外发射率随着热处理温度的升高先降低后升高,热处理温度为700℃时,红外发射率达到最低值;以异丙醇为有机溶剂,溶胶浓度为0.3mol/l时,薄膜红外发射率最低;铝掺杂浓度对薄膜的红外发射率影响很大,当掺杂浓度为6at.%时,发射率达到最低值;由于本实验所镀薄膜较厚,多次浸涂后厚度对薄膜红外发射率影响不大。实验发现,以乙二醇甲醚为有机溶剂,溶胶浓度为0.5mol/l时,薄膜性能最好,说明乙二醇甲醚的溶解能力强于异丙醇。当以乙二醇甲醚为有机溶剂,溶胶浓度为0.5mol/l,掺杂铝6at.%,热处理温度为700℃,涂敷3次溶胶所制得的薄膜试样在8~14μm波段的平均红外发射率降至0.525,是本文得到的最低薄膜发射率。


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