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ZrN_x快离子导体薄膜的制备及其Cr掺杂性能研究

2020-12-03阅读(624)

ZrN_x快离子导体薄膜的制备及其Cr掺杂性能研究

论文摘要

全固态电致变色器件的实用化研究一直是该领域的研究热点。电致变色器件全固态化的关键是采用合适的快离子导体（有时亦称固体电解质）作为器件的离子传导层。目前,用于电致变色器件的快离子导体仍以固态聚合物电解质为主,然而,聚合物电解质存在易老化、机械强度差、工业化生产难度较大等缺点。无机快离子导体是最有希望用于全固态电致变色器件的离子导体材料。本实验室前期研究结果表明,在合适的工艺参数下制备的ZrNx薄膜具有高的透过率、良好的热稳定性、耐磨性和化学稳定性,适合于作为电致变色器件的离子导体层。到目前为止,制备离子导体薄膜最常用的方法有溶胶-凝胶法、真空蒸发法、化学气相沉积法和溅射沉积法等,其中磁控溅射以沉积速率高、基片温升低、膜层均匀性及附着力好、工艺参数易控制等优点而日益成为制备离子导体薄膜的理想工艺方法。因此本文以纯锆靶及纯铬靶为靶材,采用反应磁控溅射工艺在WO3/ITO/Glass基片上沉积ZrNx薄膜和ZrNx:Cr薄膜,通过紫外-可见分光光度计、循环伏安法、交流阻抗法、X射线衍射仪、热场发射扫描电镜以及扫描隧道显微镜等测试分析方法,研究了制备工艺参数以及Cr掺杂对ZrNx薄膜离子导电性能和结构的影响。研究结果表明:采用射频反应磁控溅射工艺制备的ZrNx薄膜和ZrNx:Cr薄膜均为非晶态结构,溅射功率和氮气分量等工艺参数对薄膜的离子导电性能有较大影响,选择合适的氮分量和溅射功率有助于提高ZrNx薄膜的离子导电性能,在本实验的条件下,原位沉积ZrNx薄膜的可见光透过率大于75%,ZrNx/WO3/ITO/Glass器件的光学调节范围最大可达57%以上,在离子传导过程中表现出良好的离子导电性能。掺杂后的ZrNx:Cr薄膜,晶态趋势大于未掺杂的ZrNx薄膜,结构的变化导致ZrNx:Cr薄膜的离子传导性能有所下降,电化学窗口变小,从而使ZrNx/WO3/ITO/Glass器件的光学调节范围缩小。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 电致变色器件的结构与材料
  • 1.1.1 电致变色器件的结构
  • 1.1.2 电致变色器件的材料
  • 1.2 电致变色器件的工作原理
  • 1.3 快离子导体
  • 1.3.1 快离子导体的物理模型
  • 1.3.2 快离子导体的离子电导率
  • 1.3.3 快离子导体的研究现状
  • 1.3.4 电致变色器件中的快离子导体
  • x）薄膜'>1.4 氮化锆（ZrNx）薄膜
  • x）薄膜的结构'>1.4.1 氮化锆（ZrNx）薄膜的结构
  • x）薄膜的应用'>1.4.2 氮化锆（ZrNx）薄膜的应用
  • x）薄膜的掺杂'>1.4.3 氮化锆（ZrNx）薄膜的掺杂
  • 1.5 本课题研究目的及意义
  • 2 薄膜制备工艺
  • 2.1 常见的薄膜制备工艺
  • 2.1.1 物理气相沉积法
  • 2.1.2 化学气相沉积法
  • 2.1.3 溶胶—凝胶法
  • 2.1.4 其它制备方法
  • 2.2 溅射镀膜原理
  • 2.2.1 溅射机理与特点
  • 2.2.2 溅射类型
  • 2.2.3 射频反应磁控溅射原理
  • 2.3 薄膜生长方式
  • 3 实验方法与测试手段
  • 3.1 实验设备及材料
  • 3.2 薄膜的制备
  • 3.3 薄膜的正交实验设计
  • 3.3.1 正交设计概述
  • 3.3.2 正交设计法和极差分析法基本原理
  • 3.3.3 正交实验的设计步骤
  • 3.3.4 薄膜的正交实验设计
  • 3.4 薄膜的性能测试
  • 3.4.1 Arnoldussen 方法
  • 3.4.2 定性判断试样性能
  • 3.4.3 电化学性能分析
  • 3.4.4 薄膜光学性能测试
  • 3.4.5 薄膜厚度测试
  • 3.4.6 薄膜结构、表面形貌分析
  • 3.4.7 薄膜组成成分分析
  • x 快离子导体薄膜性能与结构研究'>4 ZrNx快离子导体薄膜性能与结构研究
  • x薄膜离子导电性能的影响'>4.1 工艺参数对ZrNx薄膜离子导电性能的影响
  • x 薄膜离子导电性能的影响'>4.1.1 氮分量对ZrNx薄膜离子导电性能的影响
  • x 薄膜离子导电性能的影响'>4.1.2 溅射功率对ZrNx薄膜离子导电性能的影响
  • x 薄膜离子导电性能的影响'>4.1.3 溅射时间对ZrNx薄膜离子导电性能的影响
  • x薄膜厚度分析'>4.2 ZrNx薄膜厚度分析
  • x薄膜电化学性能分析'>4.3 ZrNx薄膜电化学性能分析
  • 4.3.1 循环伏安曲线分析
  • 4.3.2 交流阻抗分析
  • x薄膜结构与组成分析'>4.4 ZrNx薄膜结构与组成分析
  • x 薄膜的结构分析'>4.4.1 ZrNx薄膜的结构分析
  • x 薄膜的成分分析'>4.4.2 ZrNx薄膜的成分分析
  • x 薄膜的表面形貌'>4.4.3 ZrNx薄膜的表面形貌
  • x薄膜离子导电机理分析'>4.5 ZrNx薄膜离子导电机理分析
  • 4.6 本章小结
  • x:CR 薄膜的制备工艺及离子导电性能研究'>5 ZrNx:CR 薄膜的制备工艺及离子导电性能研究
  • x:CR 薄膜离子导电性能的影响'>5.1 掺杂工艺参数对ZrNx:CR 薄膜离子导电性能的影响
  • x:CR 薄膜电化学性能分析'>5.2 ZrNx:CR 薄膜电化学性能分析
  • 5.2.1 循环伏安曲线分析
  • 5.2.2 交流阻抗分析
  • x:CR 薄膜的X 射线衍射分析'>5.3 ZrNx:CR 薄膜的X 射线衍射分析
  • x:CR 薄膜的表面形貌'>5.4 ZrNx:CR 薄膜的表面形貌
  • 5.5 本章小结
  • 6 结论与展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录

    • 相关论文文献

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