磁控濺射非晶WO-,3-薄膜及其電致變色性能研究.pdf

1、非晶態(tài)WO3薄膜具有優(yōu)良的電致變色特性，被認為是最有發(fā)展前景的功能材料之一。其優(yōu)異的性能可廣泛應(yīng)用于大屏幕信息顯示、“靈巧窗”、防眩目后視鏡等方面。本論文介紹了電致變色材料的研究發(fā)展過程、種類及變色機理，電致變色薄膜的制備方法與應(yīng)用；磁控濺射沉積技術(shù)的基本原理、發(fā)展及應(yīng)用；并對WO3薄膜相關(guān)研究結(jié)果作了簡單的概述。 介紹了中頻孿生非平衡磁控濺射沉積系統(tǒng)的組成和特點，以及薄膜的表征與性能測試的儀器及工作原理。并采用中頻孿生非平衡磁

2、控濺射方法，以純金屬鎢和鈦為靶材，制備得到非晶WO3薄膜和摻雜Ti的非晶WO3薄膜。 利用X射線衍射(XRD)、掃面電子顯微鏡(SEM)、光電子能譜(XPS)、紫外分光光度計等測試手段，分析了沉積所得薄膜的基本結(jié)構(gòu)、表面形貌、成分以及透射光譜，研究了氧氣流量百分比和熱處理溫度對薄膜的變色性能的影響。對經(jīng)過不同熱處理溫度的薄膜樣品，比較其著色/褪色狀態(tài)下可見光范圍內(nèi)的透射光譜，測試薄膜著色/褪色狀態(tài)的伏安特性以及薄膜著色響應(yīng)時間的

3、快慢，尋求薄膜呈現(xiàn)最佳電致變色特性時所對應(yīng)的最佳工藝參數(shù)。研究薄膜所呈現(xiàn)出不同電致變色性能的同時，揭示了熱處理溫度、氧含量及摻雜對薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響。 結(jié)果表明：中頻孿生非平衡磁控濺射技術(shù)是制備電致變色薄膜的一種有效方法；室溫條件下沉積獲得的原始態(tài)薄膜為非晶態(tài)WO3；提高氧氬氣體流量比、適當熱處理溫度以及適量的鈦摻雜能有效改善薄膜的電致變色性能；本實驗中在較高氧氣流量百分比，200℃溫度的熱處理條件下制備的薄膜在380nm～78

4、0nm的可見光范圍內(nèi)著色態(tài)和褪色態(tài)平均透光率差值高達50﹪以上，表現(xiàn)出較好的電致變色性能。鈦摻雜能有效提高薄膜的響應(yīng)速度及壽命，但薄膜電致變色性能下降。認為是摻雜使薄膜結(jié)構(gòu)有一定的畸變，處于高能態(tài)的活化狀態(tài)，有利于進行化學反應(yīng)。置換后帶負電，為了平衡價電，產(chǎn)生負離子空位，加快了離子擴散，加快了響應(yīng)時間。但同類原子易形成最近鄰，發(fā)生同類原子偏聚，這種偏聚產(chǎn)生雜質(zhì)堆積，雖然其本身也具有電致變色性能，但是著色和褪色能力都不如WO3，又由于摻雜