ITO功能纺织材料结构表征及其光电性能研究

论文摘要

随着纳米技术的不断发展,纺织材料被广泛地应用到装饰用、产业用纺织品领域,而研究开发新型功能化纳米纺织材料也成为材料研究领域中的热点。ITO (Indium Tin Oxide,氧化铟锡)薄膜以其良好的电导率性能、在可见光范围内的高透射性能以及在红外区内的高反射性能,成为制作透明电极材料的新宠,被广泛地应用于制造液晶平板显示器(LCD)、等离子体显示器、电致发光显示器、太阳能电池、节能视窗、汽车防雾玻璃等,应用前景广阔。本论文采用射频磁控溅射技术在涤纶纺粘非织造布表面沉积ITO纳米功能膜后,首先利用X射线能谱仪(EDX)和X射线衍射仪(XRD)验证了氧化铟锡在纺织基材表面的存在。同时使用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对ITO薄膜的微观结构进行了观察与分析,探索了实验工艺参数与薄膜微观结构之间的关系,发现较高的溅射功率将导致颗粒直径增大;工作气体压力和膜厚的变化将影响成膜的均匀性、连续性;氧气流量的增加,会增大颗粒的尺寸、提高颗粒结晶程度;基底温度的升高则会导致ITO颗粒产生热迁移现象。接着,利用紫外可见分光光度计和四探针电阻仪对溅射前后的非织造布进行测试,分别得到实验工艺参数的变化对其抗紫外性能和导电性能的影响规律。实验表明:表面沉积了ITO薄膜的材料具有更好的抗紫外性能,且膜厚越大、氧气流量越小,镀膜材料的抗紫外线性能越好。同时,溅射功率越大,基底温度越高,膜厚越大,镀膜材料导电性能越好;气体压力越高,镀膜材料的导电性能越差;氧气所占体积比过大将导致镀膜材料出现不导电现象。最后,通过扫描电镜、剥离实验、耐磨实验观察分析了薄膜—基材的界面微观结构状态、界面结合牢度和性能。发现ITO纳米薄膜光滑、致密,能较好地和纤维结合在一起,且具有一定的韧性。不同工艺条件下沉积得到的薄膜附着力也不一样,膜厚的增加、基底温度的升高都可能导致薄膜附着力的提高。同时,薄膜与各不同基材之间存在着大小不一的附着力。其与胶带膜间的附着力最大,与棉平布间的次之,与纺粘非织造布的最小。除外,表面沉积ITO纳米功能膜后,材料的耐磨性能得到明显提高,并随着膜厚增加而稳步上升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米
• 1.1.1 纳米与纳米技术
• 1.1.2 纳米材料
• 1.1.3 纳米薄膜
• 1.2 ITO 纳米功能膜
• 1.2.1 ITO 纳米功能膜的性质与发展前景
• 1.2.2 ITO 纳米功能膜制备方法
• 1.3 本课题研究目的与意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 ITO 纳米功能膜的磁控溅射制备
• 2.1 磁控溅射仪器介绍
• 2.2 磁控溅射仪器工作原理
• 2.3 ITO 纳米功能膜的制备
• 2.3.1 基材的准备
• 2.3.2 薄膜制备的实验步骤
• 2.3.3 薄膜制备的工艺参数选择
• 第三章 ITO 纳米功能膜微观结构分析
• 3.1 SEM、EDX、XRD、AFM 工作原理与仪器介绍
• 3.1.1 SEM 工作原理与仪器介绍
• 3.1.2 EDX 工作原理与仪器介绍
• 3.1.3 XRD 仪器介绍
• 3.1.4 AFM 成像原理及仪器介绍
• 3.2 SEM、EDX、XRD、AFM 实验结论与分析
• 3.2.1 SEM 实验结论分析
• 3.2.2 EDX 实验结论分析
• 3.2.3 XRD 实验结果与分析
• 3.2.4 AFM 表征与结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 ITO 镀膜材料抗紫外线性能和导电性能研究
• 4.1 紫外/可见分光光度计和四探针测试仪的工作原理
• 4.1.1 紫外/可见分光光度计工作原理和仪器简介
• 4.1.2 四探针测试仪工作原理和仪器简介
• 4.2 镀膜材料的抗紫外线性能和导电性能
• 4.2.1 镀膜材料的抗紫外线性能
• 4.2.2 镀膜材料的导电性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 ITO 与非织造材料界面结合分析
• 5.1 关于附着的概述
• 5.1.1 附着的机理
• 5.1.2 影响附着力的因素
• 5.2 界面的微观结构
• 5.2.1 实验的准备
• 5.2.2 实验结果与分析
• 5.3 剥离实验
• 5.3.1 样品的制备
• 5.3.2 剥离实验条件
• 5.3.3 剥离实验过程
• 5.3.4 剥离实验结果与分析
• 5.4 耐磨实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 课题不足和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：读研期间发表论文