TiO2薄膜的劃痕實(shí)驗(yàn)及有限元模擬.pdf

1、本文采用溶膠—凝膠工藝在玻璃基體表面制備了涂覆層數(shù)分別為一層、三層和五層的納米TiO2薄膜以及具有Ce4+摻雜的一層、三層和五層的納米TiO2薄膜。研究了Ce4+摻雜和薄膜厚度對(duì)薄膜與基體結(jié)合強(qiáng)度的影響。
　　利用原子力顯微鏡AFM對(duì)樣品的表面形貌進(jìn)行分析，結(jié)果表明：TiO2薄膜的顆粒度隨著涂覆層數(shù)的增加逐漸減小、Ce4+摻雜使得TiO2薄膜的顆粒度減小。
　　利用橢圓偏振光譜儀和脈沖射頻輝光放電光譜儀對(duì)各個(gè)樣品進(jìn)行分析，結(jié)

2、果顯示：基體表面涂覆一層，三層和五層純 TiO2薄膜的厚度分別約為40nm、70nm、100nm；涂覆一層，三層，五層具有 Ce4+摻雜的 TiO2薄膜的厚度分別約為41nm、60nm、89nm。
　　通過(guò)納米劃痕試驗(yàn)分析，得出了 TiO2薄膜與玻璃基體結(jié)合的臨界載荷并利用臨界載荷進(jìn)行理論計(jì)算得出結(jié)合能。得出當(dāng)涂覆層數(shù)分別為一層，三層和五層時(shí)，純TiO2薄膜的臨界載荷分別為150mN，430mN，800mN，其膜基結(jié)合能分別為：1

3、.74J/m2、2.28 J/m2、3.75 J/m2；涂覆層數(shù)為一層，三層和五層時(shí)，摻雜Ce4+的TiO2薄膜臨界載荷分別提高到300mN，600mN，930mN，其膜基結(jié)合能分別為：2.03 J/m2、3.17 J/m2、4.62 J/m2。結(jié)果表明：隨著涂膜層數(shù)增加，膜基臨界載荷和結(jié)合強(qiáng)度增加； Ce4+摻雜使TiO2薄膜與玻璃基體之間結(jié)合性能增強(qiáng)。
　　利用有限元模擬軟件，進(jìn)行劃痕實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析，得出臨界載荷并與劃痕實(shí)驗(yàn)得出