纤维基ZnO/Ag/ZnO多层膜的制备、形貌及光电性能研究

论文摘要

氧化锌(ZnO)纳米薄膜作为一种重要的新兴光电子信息材料,不仅具有在可见光区高的透光率、在红外区高的反射率以及较高的电导率等光电特征,而且具有成本低、资源丰富、无毒、高的热稳定性和化学稳定性等优势,有望成为ITO最好的替代品。将其沉积在纤维衬底上制备的纳米薄膜材料具有柔软、耐弯曲、可折叠、重量轻、易携带等优点。可用于开发纺织电磁波屏蔽、纤维传感器等,具有非常广阔的发展前景。本文采用磁控溅射法在非织造基材上沉积纳米结构ZnO/Ag/ZnO多层膜,研究了不同的工艺参数,如薄膜厚度、溅射功率、氩气压强以及衬底温度对涤纶纤维基多层膜的形貌、结构及光电性能的影响。运用扫描电镜和原子力显微镜对薄膜表面形貌进行分析,结果表明:随着Ag膜厚度从10nm增加到20nm,Ag膜的致密性变好,均匀性变好;在纤维表面和ZnO膜表面生长相同厚度的Ag膜,其表面形貌不同,在ZnO薄膜表面生长的Ag膜比在纤维表面生长的Ag膜的均匀性好,Ag颗粒更大,颗粒的匀整性也更好;同样,在纤维表面和Ag膜表面生长相同厚度的ZnO膜,其表面形貌也不同;随着溅射功率增大,纳米复合薄膜颗粒直径随着增大,薄膜的均匀性降低;随着氩气压强增大,纳米复合薄膜颗粒直径先增大后减小。利用四探针电阻测试仪测试多层膜的方块电阻,结果表明:在保持上下两层ZnO厚度不变时,随着中间夹层银膜的厚度的增加,多层膜方块电阻降低,导电性能变好,可见多层膜的导电性能主要取决于银膜;随着溅射功率增大,多层膜的导电性能变差;随着氩气压强增大,多层膜的导电性能也变差。采用分光光度计测试多层膜的透光性能,结果表明:随着银膜厚度增加,多层膜的透光率略有降低,但是吸收紫外线的能力明显增强。采用X射线衍射仪分析多层膜的晶体结构和结晶性能,发现多层膜相呈现多晶结构。采用耐磨仪测试其耐磨性能,发现相同厚度的ZnO/Ag/ZnO多层膜和ZnO薄膜耐磨次数相近,表明多层膜结合紧密,结合强度没有太大变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 纤维基纳米薄膜国内外研究现状
• 1.3 纤维基纳米薄膜的制备方法
• 1.3.1 电镀
• 1.3.2 化学镀
• 1.3.3 真空镀
• 1.4 电介质/金属/电介质多层膜的研究现状
• 1.5 纤维基纳米薄膜的应用
• 1.6 本课题的研究内容
• 1.6.1 本课题的创新点
• 1.6.2 论文的目的、意义和构思
• 第二章 PET 基多层薄膜的制备及测试手段
• 2.1 氧化锌和银的基本性能
• 2.2 磁控溅射相关知识
• 2.3 JZCK-420B 型磁控溅射镀膜系统
• 2.4 样品的制备
• 2.4.1 实验材料
• 2.4.2 实验仪器与试剂
• 2.4.3 材料预处理
• 2.4.4 样品制备
• 2.5 测试手段
• 2.5.1 原子力显微镜
• 2.5.2 直线四探针测试仪
• 2.5.3 扫描电子显微镜
• 2.5.4 XRD 衍射仪
• 2.5.5 分光光度计
• 2.5.6 耐磨仪
• 第三章 PET 基多层薄膜结构及表面形貌研究
• 3.1 磁控溅射薄膜生长模式
• 3.2 实验材料与实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 银膜厚度对多层膜结构及表面形貌的影响
• 3.4.2 功率对多层膜结构及表面形貌的影响
• 3.4.3 氩气压强对多层膜结构及表面形貌的影响
• 3.4.4 衬底温度对多层膜结构及表面形貌的影响
• 3.5 小结
• 第四章 PET 基多层薄膜导电性能研究
• 4.1 实验样品与实验仪器
• 4.1.1 实验样品
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 实验步骤与实验方法
• 4.2.1 导电性能测试
• 4.2.2 薄膜均匀性评价指标
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 银膜厚度对多层膜导电性能的影响
• 4.3.2 溅射功率对多层膜导电性能的影响
• 4.3.3 压强对多层膜导电性能的影响
• 4.3.4 衬底温度对多层膜导电性能的影响
• 4.4 小结
• 第五章 PET 基多层薄膜其它性能研究分析
• 5.1 实验材料与仪器
• 5.2 多层膜晶态结构
• 5.3 光学性能
• 5.4 薄膜–基体界面结合强度
• 5.5 小结
• 第六章 结语
• 6.1 结论
• 6.2 本课题的设想与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文