新型功能光学薄膜的磁控溅工艺及物性研究

论文摘要

光学功能薄膜涉及到光电产业、国防、环境科学等众多领域,具有很强的应用背景。本文利用磁控溅射技术制备了几种新型光学功能薄膜,主要包括:SiOx薄膜、YSZ耐高温光学薄膜、TiO2光催化和自清洁功能薄膜。通过对材料的筛选,对薄膜材料微结构及性能的调控,以及对制备工艺的研究与优化,取得了一些具有实用价值的研究成果。文中还对影响光学薄膜性能的内在因素和作用机理进行了分析和讨论。本论文的具体研究内容和主要结果如下:1.利用反应磁控溅射技术制备了不同氧化程度的SiOx薄膜,研究了不同温度下退火对其光学参数的影响。讨论了SiOx材料体系在不同温度下退火后,薄膜的微结构与组成的演变过程,具体包括相分离引起的成分变化,退火对样品应力的释放和对缺陷的修复作用,以及不同氧化程度薄膜折射率的变化机理等。2.针对光学薄膜在高温下的应用,研究了Nb2O5、Ta2O5等传统光学薄膜材料在高温下微结构及光学参数的劣化;提出了钇稳定氧化锆（YSZ）材料在耐高温光学薄膜领域的应用。从光学参数和微结构的稳定性等方面讨论了YSZ薄膜材料的耐温性能及机理。所获得的YSZ/SiO2多层膜光学器件在800℃下光学性能无明显退化。该结果拓展了光学薄膜在高温条件下的应用前景。3.发现了ZnO前驱层对TiO2薄膜的结晶增强的效应,并研究了该增强效应的机理。提出了利用ZnO前驱层来调控TiO2薄膜的结晶度和表面粗糙度的方法,研究了TiO2/ZnO薄膜的光催化和自清洁性能及影响因素。利用磁控溅射技术获得的TiO2/ZnO双层结构薄膜表现出比单层TiO2薄膜更加优越的光催化活性和亲水性。这一结果具有很好的工业应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光学功能薄膜的研究背景
• x材料体系薄膜的应用'>1.2 SiO_x材料体系薄膜的应用
• 1.3 耐高温光学材料和薄膜
• 1.4 光催化材料和自清洁薄膜
• 1.5 本论文的研究内容
• 参考文献
• x材料光学性能的高温稳定性及其影响机理'>第二章 SiO_x材料光学性能的高温稳定性及其影响机理
• 2.1 引言
• 2.2 样品制备和测试
• 2.2.1 ASC-800磁控溅射系统简介
• 2.2.2 实验方法和样品测量分析手段
• 2.3 结果和讨论
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 耐高温光学材料的探索以及YSZ薄膜在耐高温光学膜中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 样品制备与测试方法
• 3.3 实验结果和讨论
• 2O₅薄膜的光学性能和微结构在高温下的演化规律'>3.3.1 Nb₂O₅薄膜的光学性能和微结构在高温下的演化规律
• 3.3.2 YSZ薄膜的光学性能和微结构在高温下的稳定性
• 3.3.2.1 YSZ薄膜微结构和形貌在高温下的稳定性
• 3.3.2.2 YSZ薄膜光学性能在高温下的稳定性
• 3.4 总结
• 参考文献
• 2薄膜的结晶增强效应及其在光催化及自清洁中的应用'>第四章 ZnO前驱层对于TiO₂薄膜的结晶增强效应及其在光催化及自清洁中的应用
• 4.1 自清洁功能材料薄膜
• 4.1.1 半导体材料的光催化机理
• 4.1.2 表面的光致超亲水现象
• 4.2 磁控溅射制备自清洁功能薄膜的研究
• 4.2.1 自由基辅助溅射系统（RAS）介绍
• 4.2.2 实验设计和样品测试方法
• 2自清洁薄膜'>4.2.3 磁控溅射制备TiO₂自清洁薄膜
• 2薄膜的光催化活性和亲水性'>4.2.4 用ZnO前驱层增强TiO₂薄膜的光催化活性和亲水性
• 2/ZnO双层薄膜的光催化性能比较'>4.2.5 不同结构的TiO₂/ZnO双层薄膜的光催化性能比较
• 4.2.5.1 ZnO层厚度变化对复合薄膜光催化能力的影响
• 2层的厚度对复合薄膜光催化能力的影响'>4.2.5.2 TiO₂层的厚度对复合薄膜光催化能力的影响
• 4.3 总结
• 参考文献
• 攻读学位期间完成的论文与专利情况
• 致谢