ZnO和Mg(OH)2薄膜的電沉積制備、表征及沉積機理研究.pdf

1、纖鋅礦結構ZnO薄膜由于具有寬的直接帶隙、高激子結合能和壓電等性質，在光學、電子和能源領域用途廣泛。Mg(OH)2薄膜的高透過率和高電阻率等特性使其在光學器件等方面有著廣闊的應用前景。具備低成本、高可控性和適合大面積生產等優(yōu)點的電沉積法已成為制備高質量薄膜和納米結構材料的有效方法。當前，ZnO和Mg(OH)2薄膜的電沉積制備中，若干涉及體系電化學行為、薄膜生長機理及微觀結構的重要問題尚不明晰，亟待深入研究。
　　本文借鑒前人相關研

2、究方法和成果，并結合電化學、晶體學、表面科學等領域的相關理論和方法，對ZnO和Mg(OH)2薄膜的電沉積制備與表征等相關問題進行了研究。主要研究內容及結果如下:
　　(1)考察了SnO2電極在Zn(NO3)2水溶液中的電化學行為，發(fā)現(xiàn)溶液溫度、Zn2+濃度、初始溶液pH值對體系電化學行為有顯著影響，并確定了相關動力學參數(shù)。以SnO2電極為基底，在Zn(NO3)2溶液體系進行了ZnO的電沉積制備，發(fā)現(xiàn)溶液溫度、沉積電勢、Zn2+濃度

3、對所制備ZnO薄膜結構有顯著影響。在較小陰極電勢下生成的顆粒狀ZnO的長徑比為0.5左右，HRTEM和SAED均表明ZnO為六方相單晶結構;而在較大的陰極電勢下發(fā)生劇烈析氫反應，導致多孔ZnO薄膜的生成。
　　(2)研究了低溫下進行ZnO電沉積時的鈍化現(xiàn)象及其發(fā)生機理，發(fā)現(xiàn)導致鈍化的主要原因是電極表面的OH-濃度不足，而非相關文獻中所報道的溫度過低。以界面pH值為核心參數(shù)，基于半導體氧化物電極/電解液界面的物理化學特性及PZC相關

4、理論，建立了原子尺度的生長模型，并提出了鈍化機理。根據(jù)此機理，鈍化現(xiàn)象只能在界面pH值介于6.6到9.3之間的情況下發(fā)生，從微觀上看，界面pH值的不足導致生成大量-Zn-O-H結構，從宏觀上看，則是生成了ZnOx(OH)y或非晶態(tài)的Zn(OH)2。
　　(3)采用恒電勢沉積法制備了多孔Mg(OH)2薄膜，并系統(tǒng)表征了薄膜的形貌、物相、光學性質及分子結構。通過電子選區(qū)衍射(SAED)觀測了初始薄膜及其原位脫水反應過程，發(fā)現(xiàn)并確認了電

5、沉積制備出的多孔Mg(OH)2薄膜中包含(011)單晶納米薄片。構造了12×12×2超晶胞，發(fā)現(xiàn)薄膜中的納米薄片對應二面角為120°的{011}晶面族，即多孔Mg(OH)2薄膜的生長面為{011}晶面族。揭示了薄膜生長機制的四個過程:水化、形核、單晶納米薄片交錯生長并連接，以及最終形成連續(xù)的多孔結構薄膜。
　　(4)從晶體結構、表面能及離子水化的角度探討了不同條件下生成的不同形貌Mg(OH)2薄膜的機理，發(fā)現(xiàn)調整OH-濃度將改變溶