论文题目: 导电纳米颗粒/ATO透明导电薄膜的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
关键词: 溶胶凝胶镀膜,水热晶化法,掺杂薄膜,纳米颗粒,导电性能,可见光透过率
文献来源: 中国建筑材料科学研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 透明导电氧化物薄膜材料广泛应用于建筑、电子、光电和机械等领域,但目前通常采用的ITO（Sn掺杂In2O3）膜由于存在热稳定性差、膜要层均匀差及使用过程中对环境气氛的严格要求和工艺手段不灵活等缺陷,已严重制约了它在新兴领域的应用。以往采用溶胶-凝胶法制备的Sb掺杂的氧化锡薄膜虽然具有工艺灵活可在异型器件表面镀膜、热稳定性好及膜层均匀性好等特点,但是导电性能与ITO相比还有很大的差距,因此需要在传统的溶胶-凝胶工艺基础上进行改进,以提高膜层的导电性能。 本文在国内首次采用在溶胶凝胶薄膜中添加导电纳米颗粒的新型溶胶-凝胶制备工艺,以改进溶胶-凝胶制备薄膜的结构,进而提高膜层的导电性能。 本文首先采用水热晶化法,通过控制水热反应条件、溶液的成分和浓度以及溶液的酸碱度在低于200℃的情况下制备出在水和醇中具有良好分散性及导电性良好的SnO2及Sb掺杂SnO2纳米颗粒,通过控制水热反应工艺参数将纳米颗粒尺寸的精确控制在小于10nm的范围内。 然后采用实验室自制的正丁醇锡和正丁醇锑为醇盐前驱体,制备出稳定性和成膜性良好的锡锑复合溶胶及添加SnO2纳米颗粒的锡锑复合溶胶,利用溶胶凝胶（Sol-Gel）镀膜工艺在玻璃基板表面制备Sb掺杂SnO2（ATO,Antimony—doped Tin Oxide）透明导电薄膜及含SnO2纳米颗粒的ATO透明导电膜,采用范德堡（Van Der Pauw）法、FTIR傅立叶红外测试仪、UV/VIS分光光度计及原子力显微镜等方法分析了膜层的导电性能和光学性能及膜层的结构。结果表明溶胶-凝胶法制备的ATO薄膜中导电电子分别由Sb5+替代Sn4+及膜层中的氧空位提供,载流子的散射机制主要为带电离子杂质散射和缺陷散射,Sb掺杂量为4mol%（相对于Sn）时ATO膜的电阻率降至最低—4.4*10-3Ω.cm。 首次采用原子力显微镜对添加导电纳米颗粒的ATO薄膜的形貌进行观察,SnO2纳米颗粒添加有效降低了ATO薄膜中的气孔率,提高了膜层的致密性,当添加量为10wt%时,膜层的电阻率降至2.1*10-3Ω.cm,导电性能显著提高。纳米颗粒添加的同时,膜层仍具有良好的透光性,在可见光区域的透光率大于80%。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 透明导电薄膜的研究现状
1.1.1 透明导电氧化物薄膜应用状况和应用前景
1.1.2 透明导电氧化物薄膜(TCO)的种类
1.2 二氧化锡薄膜的结构和性能
1.2.1 二氧化锡晶体及薄膜结构
1.2.2 二氧化锡薄膜的导电原理
1.2.3 二氧化锡薄膜的光学机制
1.3 二氧化锡及掺杂二氧化锡薄膜的研究进展
1.3.1 无掺杂二氧化锡薄膜
1.3.2 锑掺杂二氧化锡薄膜(ATO)
1.3.3 其他掺杂的二氧化锡薄膜
1.4 透明导电氧化物薄膜的制备方法
1.5.溶胶-凝胶法制备透明导电薄膜
1.5.1.溶胶-凝胶镀膜基本原理
1.5.2.溶胶-凝胶工艺过程
1.5.3.溶胶-凝胶法在制备透明导电膜中的应用状况
1.6 本文的研究目的和主要内容
参考文献
第二章 实验过程及测试方法
2.1 实验原料
2.2 实验设备
2.3 物理性能分析和测试方法
2.4 实验所用测试仪器
第二章 SnO_2及Sb掺杂SnO_2纳米颗粒的制备及性能表征
3.1 引言
3.2 水热反应实验原理
3.3 水热反应实验过程
3.3.1 水热反应溶液的制备
3.3.2 水热反应工艺过程
3.3.3 纳米颗粒的性能测试
3.4 实验结果与讨论
3.4.1 SnO_2纳米颗粒悬浮液及Sb掺杂SnO_2纳米颗粒X射线衍射XRD分析
3.4.2 SnO_2纳米颗粒悬浮液及Sb掺杂SnO_2纳米颗粒透射电镜TEM观察
3.4.3.SnO_2纳米颗粒悬浮液及Sb掺杂SnO_2纳米颗粒的XPS研究
3.4.4.制备工艺参数对纳米颗粒性能的影响
3.4.5 水热晶化法制备SnO_2及Sb掺杂SnO_2纳米颗粒的分散性研究
3.4.6 水热晶化法制备SnO_2及Sb掺杂SnO_2纳米颗粒的反应机理
3.5.小结
参考文献
第四章 ATO薄膜的溶胶制备及溶胶-凝胶过程研究
4.1.引言
4.2.溶胶-凝胶工艺原理及参数的确定
4.2.1 溶胶-凝胶工艺原理
4.2.2 前驱体的选择
4.2.3 溶液成分的确定
4.3.实验工艺过程
4.3.1 醇盐前驱体的制备
4.3.2 实验配制工艺
4.4.分析测试
4.5.实验结果分析与讨论
4.5.1.锡锑复合溶胶的成分和结构分析
4.5.2.锡锑复合溶胶的特性
4.5.3.添加SnO_2悬浮液的锡锑复合溶胶的特性
4.5.4.锡锑复合溶胶的反应机理
4.6 小结
参考文献
第五章 ATO薄膜制备工艺及膜层结构研究
5.1 引言
5.2.实验过程
5.2.1 薄膜的制备工艺
5.2.2 薄膜表面形貌和结构表征方法：
5.3.实验结果与讨论
5.3.1.薄膜的膜厚和表面形貌的表征
5.3.2.膜层干燥和热处理过程分析
5.3.3.Sb掺杂对膜层结构的影响
5.3.4 不同陈化时间的镀膜溶液对膜层结构的影响
5.3.5 早期干燥工艺对膜层结构的影响
5.3.6 热处理温度和时间对晶粒大小的影响
5.3.7 添加SnO_2纳米颗粒对膜层结构的影响
5.4 本章小结
参考文献
第六章 ATO薄膜电学和光学性能研究
6.1.引言
6.2.实验过程及方法
6.2.1 镀膜溶液的制备
6.2.2 ATO薄膜的制备
6.2.3 物性分析和测试
6.3.实验结果及讨论
6.3.1 ATO薄膜的导电性能
6.3.2 ATO薄膜的光学性能研究
6.3.3 ATO薄膜的导电机理探讨
6.4 小结
参考文献
第七章 掺SnO_2纳米颗粒的ATO性能研究
7.1 引言
7.2 实验部分
7.2.1 镀膜溶液的制备
7.2.2 掺SnO_2纳米颗粒的ATO薄膜的制备
7.3 结果与讨论
7.3.1 掺SnO_2纳米颗粒的ATO凝胶XRD和FTIR分析
7.3.2 纳米颗粒添加量对电性能的影响
7.3.3 纳米颗粒添加量对光学性能的影响
7.3.4 纳米颗粒添加对膜层结构的影响
7.3.5 纳米颗粒添加对薄膜表面形貌的影响
7.3.6 热处理工艺对膜层中纳米颗粒的影响
7.3.7 纳米颗粒在薄膜结构中的结合形式
7.4 小结
参考文献
第八章结论
致谢
附录：博士论文期间发表和接收的论文
发布时间: 2005-11-04
参考文献
- [1].纳米结构ATO和复合材料的制备及其电化学特性[D]. 潘成强.东华大学2012
- [2].纳米掺锑氧化锡（ATO）粉体制备及其浆料稳定性[D]. 刘述忠.昆明理工大学2009
- [3].ATO、ATO/TiO2粉体制备技术及其导电理论研究[D]. 王贵青.昆明理工大学2009
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- [3].配合—水热氧化法合成锑掺杂二氧化锡纳米粉末及其吸波性能的研究[D]. 江名喜.中南大学2006
- [4].纳米锑锡氧化物粉末的制备及导电浆料稳定性研究[D]. 李历历.中南大学2006
- [5].低团聚掺锑氧化锡纳米导电粉体的研究[D]. 吴湘伟.中南大学2006
- [6].掺钼氧化锌透明导电薄膜的制备与特性研究[D]. 修显武.山东大学2006
- [7].新型透明导电氧化物薄膜的研究[D]. 李喜峰.复旦大学2006
- [8].P型透明导电氧化物薄膜的研究[D]. 杜娟.浙江大学2006
- [9].溅射法制备掺锆氧化锌透明导电薄膜与薄膜特性研究[D]. 吕茂水.山东大学2007
- [10].透明导电ITO及其复合薄膜的研究[D]. 李世涛.华中科技大学2006