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阴极电沉积二氧化钛功能薄膜及元素掺杂的研究

易甫清  
【摘要】:电沉积技术是制备金属或非金属薄膜常用的方法,它成本低,操作简单,经济有效,在工业技术中受到非常广泛的应用。但是电沉积技术又是一种影响因素多,表面质量缺陷多,沉积机理研究不够透彻的加工方法,在一定程度上也限制了它的发展和应用。为了更好了提高电沉积的效果,必须研究清楚电沉积过程中因素对电沉积效果的影响。 本文采用阴极电沉积方法,在两电极体系中制备二氧化钛薄膜,探索阴极电沉积法制备二氧化钛薄膜的机理,讨论电沉积因素对薄膜形貌的影响规律,分析电沉积因素对薄膜裂纹产生和扩展的作用机制,其主要原因是由于阴极产生气体和薄膜过厚。沉积电压升高,阴极容易产生气体,沉积速度加快,容易形成裂纹。延长沉积时间和提高主盐的浓度会促使薄膜沉积过厚,造成薄膜内应力增大,裂纹会越来越严重。改变阴极电沉积过程中的沉积电压,沉积时间,溶液的pH和主盐浓度,制备了不同条件下的薄膜。通过SEM分析,发现不同条件下得到薄膜形貌差异很大,在不同条件下得到薄膜形状主要有致密状,囊状,颗粒状。最后对电沉积二氧化钛薄膜进行了正交实验,分析每个实验因素对颗粒大小的影响,通过显著性判断各因素与实验结果的相关性得出:随着电压增大,薄膜颗粒直径减小,沉积时间和硫酸氧钛的浓度增加则会使薄膜颗粒直径增大,pH值则对薄膜直径没有明显的相关性。 采用阴极电沉积的方法制备了Fe元素掺杂二氧化钛薄膜,通过改变电沉积溶液中Fe3+的溶度,制备出了不同Fe元素含量的掺杂薄膜。通过XPS分析,研究了电沉积液中Fe3+的溶度与得到的掺杂薄膜中Fe元素含量的关系。当Fe3+的溶度在0-4mmol/L时,随着Fe3+的溶度升高,掺杂薄膜中Fe元素含量也随之升高。通过SEM分析得出:通过Fe元素掺杂得到的掺杂薄膜颗粒直径比没有掺杂的薄膜要小,并且随着掺杂Fe元素的增加,掺杂薄膜的颗粒直径也会增大


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