钛酸锶的光致发光和光催化研究及硅纳米柱制备探索

论文摘要

本论文主要包括三方面的工作,钛酸锶（SrTiO3,以下简称STO）的光致发光,STO的光催化性能,以及硅纳米点阵在HF酸电化学腐蚀形成Si纳米柱阵列中所起的引导作用。第一部分通过离子束溅射和HF酸腐蚀的方法对STO晶片的光致发光进行改性,同时利用两者结合提高其发光强度。我们在真空系统中采用能量为1.5KeV和束流密度为1000μA·cm-2的Ar+离子束对STO晶片进行轰击,通过改变溅射时间来调节离子束溅射剂量,然后测量不同溅射剂量下STO的室温光致发光PL谱。实现结果表明,随着溅射剂量的增加,其发光强度先增加,在达到饱和强度后开始减弱。我们采用HF酸溶液（浓度HF:H2O=5%:95%）对STO进行腐蚀,开始时其PL强度迅速增强,腐蚀时间大约在100s时,PL强度渐趋饱和,其强度大概是STO晶片原始强度的7.2倍。腐蚀30s后STO晶片的表面形貌（由原子力显微镜AFM测得）结果显示HF腐蚀在表面形成了几十到几百纳米孔状结构。最后我们用Ar+离子溅射和HF腐蚀相结合的办法提高其PL强度。首先把晶片溅射15分钟,然后在HF溶液中浸泡3min,最终PL强度增强为原始样品的17.5倍。第二部分工作是利用离子束溅射和HF腐蚀的办法提高STO在紫外和紫外-可见光下的光催化能力。我们仍然采用能量为1.5KeV和束流密度为1000μA·cm-2的Ar+离子束对STO晶片进行轰击,通过改变溅射时间来调节离子束溅射剂量,我们分别采用紫外灯和紫外灯加可见光源作为光催化光源,研究STO的光催化降解亚甲基蓝的能力。实验结果表明,随着溅射剂量的增加,其紫外光催化能力先增强后减弱,溅射～7分钟时,其光催化能力最强。我们还发现经过离子束溅射7分钟的STO晶片在紫外-可见光下的催化能力明显高于紫外光催化能力,而单独可见光辐照并不产生光催化效果。我们采用HF酸溶液（浓度HF:H2O=5%:95%）对STO进行腐蚀发现也可有效增强其催化能力,腐蚀时间大约在100s时,催化能力不再增强。最后,我们用Ar+离子束溅射结合HF酸腐蚀方法进一步提高STO的光催化能力。最后一部分工作是对Ar+离子束溅射致硅纳米点结构在HF酸腐蚀制备硅纳米柱阵列中所起的引导作用的研究研究,我们将硅片放在HF酸中并加脉冲偏压进行电化学腐蚀,通过改变腐蚀电流、腐蚀时间、腐蚀液浓度,以期在硅表面生成硅纳米柱阵列,并获得了初步结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 钛酸锶研究背景
• 1.1.1 钛酸锶晶体结构
• 1.1.2 钛酸锶光致发光研究
• 1.1.3 钛酸锶光催化研究
• 1.2 硅纳米材料研究背景
• 第二章 离子束溅射实验系统和其他相关试验设备简介
• 2.1 离子束溅射系统
• 2.2 荧光分光光度计
• 2.3 组合式多功能光栅光谱仪
• 2.4 HF酸电化学腐蚀装置
• 2.5 原子力显微镜
• 第三章 钛酸锶光致发光研究
• 3.1 HF酸腐蚀致钛酸锶光致发光研究
• 3.1.1 样品制备与光谱测量
• 3.1.2 实验结果与讨论
• 3.2 离子束溅射致钛酸锶光致发光研究
• 3.2.1 样品制备与光谱测量
• 3.2.2 实验结果与讨论
• 3.3 HF酸腐蚀与离子束溅射相结合致钛酸锶光致发光研究
• 3.4 小结
• 第四章 钛酸锶光催化研究
• 4.1 光催化原理与应用
• 4.2 离子束溅射增强钛酸锶光催化研究
• 4.2.1 样品制备与光催化实验装置
• 4.2.2 实验结果和分析
• 4.3 HF酸腐蚀增强钛酸锶光催化研究
• 4.3.1 样品制备及光催化实验装置
• 4.3.2 实验结果和分析
• 4.4 HF酸腐蚀与离子束溅射相结合增强钛酸锶光催化研究
• 4.5 小结
• 第五章 离子束溅射致硅量子点及硅纳米柱制备探索
• 5.1 离子束溅射理论简介、硅量子点的制备和形貌测量
• 5.1.1 Bradley-Harper（BH）模型
• 5.1.2 Ehrlich-Schwoebel（ES）模型
• 5.2 以硅量子点阵为导引电化学腐蚀制备硅纳米柱
• 5.3 实验结果与分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本论文研究工作主要结果
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表文章
• 攻读硕士学位期间已投稿文章
• 攻读硕士学位期间已申请专利
• 致谢