白钨矿结构钼酸盐、钨酸盐薄膜的原电池技术制备及性能研究

论文摘要

软溶液工艺技术（SSP）是20世纪后期兴起的环境友好的先进固体材料制备技术,作为其中重要组成部分的电化学技术具有低能耗、高产率、一步成膜等优点,已经受到广泛的关注。我们在广泛吸取电化学制备薄膜材料优势的基础上,采用了更简单、廉价、更具环境协调性的原电池薄膜材料制备技术。本论文采用原电池制备技术在钼、钨基片上直接制备了白钨矿结构的BaMO4、SrMO4、CaMO4（M= Mo、W）Ba1-xSrxMoO4多晶膜。采用XRD、Raman、SEM、AFM、XPS、PL等分析测试手段对薄膜的晶相结构、表面形貌、化学组成、光致发光等性能进行了分析表征。重点研究了原电池工艺条件（包括时间、电解液浓度、溶液pH值、表面活性剂等）对成膜的影响;研究了原电池技术制备的钨酸盐、钼酸盐薄膜的室温光致发光光谱。通过上述研究工作,得到了以下创新性的研究成果:（1）采用原电池技术分别在钼基片和钨基片上直接制备了白钨矿结构的钼酸盐和钨酸盐多晶膜,证明了原电池方法制备薄膜的可行性。（2）系统地研究了工艺条件对薄膜形成的影响。研究结果表明:①在反应初期,晶粒生长较快;随着反应时间的增加,晶粒的四方双锥结构更为完整、薄膜致密性的增加;②调节电解液中阳离子浓度可以控制晶粒的取向生长。适当高的浓度有利于减小的晶粒粒径,但过高的浓度会由于对酸度的改变而制约晶体的生长;③表面活性剂可以调控晶粒的形貌和薄膜的致密性,在制备BaMoO4和BaWO4薄膜时加入SDS阴离子表面活性剂可以减小晶粒的粒径,但制备BaMoO4薄膜时加入CTAB阳离子表面剂又会增大晶粒的粒径;④较高的溶液pH值会加快基体的溶解,但会影响阳离子的浓度。考虑基体氧化反应和溶液反应的协调进行,溶液酸度控制在pH为11-13之间较为适宜;⑤溶液中加入一定量的H2O2、NaClO等氧化剂会加快基体反应的进行,进而加快薄膜的生长速度;但过量的氧化剂会使基体氧化反应过快影响晶体在基体上的生长和薄膜与基体的附着力。（3）与传统电化学制备技术相比,原电池技术是利用工作电极与惰性金属电极的电势差作为驱动力,在这样的微电流条件下阳离子的传质更容易,薄膜的晶粒生长更自由。（4）CaMO4薄膜要比SrMO4、BaMO4（M = Mo, W）薄膜的制备更为困难,沉积时间达500 h仍然不能获得理想的薄膜,其原因是由于Ca（OH）2的溶解度较小,使得溶液的酸度较大,影响基体的溶解。当向溶液中加入适量的氧化剂后可增加反应驱动力,获得致密均匀的薄膜。（5）获得了溶液组分比与Ba1-xSrxMoO4多晶固溶体薄膜组分比之间的关系。溶液的组分比对薄膜的相结构、表面形貌有重要的影响影响:薄膜衍射峰会随着溶液中Sr2+含量的增加向高角度方向偏移;通过控制初始电解液溶液中的/（）Ba 2 +B2+S2+C Ca + Cr比例关系可以调控薄膜中的组分比。（6）钼酸盐发射光谱大体由两个或是三个发射峰组成,不同制备条件所得薄膜及不同组分含量的薄膜,其最大发射峰有所不同。阳离子半径较小的钼酸钙薄膜的发射峰较为平滑、尖锐。此外,SrWO4和CaWO4薄膜几乎呈现单峰发射。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 软溶液工艺技术概述
• 1.1.1 背景
• 1.1.2 主要原理及特点
• 1.1.3 软溶液工艺技术在无机材料领域的应用
• 1.2 白钨矿钼酸盐、钨酸盐材料概述
• 2 原电池制备技术基本原理及特点
• 2.1 原电池制备技术概述
• 2.2 原电池制备技术基本原理
• 2.3 原电池制备技术的优点
• 2.4 原电池制备技术的发展前景
• 2.5 本论文的研究内容
• 3 钼酸盐膜的原电池沉积
• 4膜的原电池制备及及工艺条件分析'>3.1 SrMoO₄膜的原电池制备及及工艺条件分析
• 3.1.1 实验过程
• 3.1.2 分析表征方法
• 3.1.3 结果与讨论
• 4膜的电化学沉积和原电池技术比较'>3.1.3.1 SrMoO₄膜的电化学沉积和原电池技术比较
• 4膜沉积的影响'>3.1.3.2 工艺条件对SrMoO₄膜沉积的影响
• 3.1.4 室温光致发光分析
• 4膜的原电池制备及成膜机理分析'>3.2 BaMoO₄膜的原电池制备及成膜机理分析
• 3.2.1 实验过程
• 3.2.2 薄膜的表征方法
• 3.2.3 结果与讨论
• 4表面形貌的控制'>3.2.3.1 BaMoO₄表面形貌的控制
• 4沉积过程讨论及机理研究'>3.2.3.2 BaMoO₄沉积过程讨论及机理研究
• 3.2.4 室温光致发光分析
• 3.2.5 小结
• 4膜的原电池制备及其表征'>3.3 CaMoO₄膜的原电池制备及其表征
• 3.3.1 实验过程
• 3.3.2 分析表征方法
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.3.4 室温光致发光分析
• 3.3.5 小结
• 1-xSr_xMoO₄膜的原电池制备及其表征'>3.4 Ba_1-xSr_xMoO₄膜的原电池制备及其表征
• 3.4.1 实验过程
• 3.4.2 分析表征方法
• 3.4.3 结果与讨论
• 3.4.3.1 溶液中锶、钡组分比对薄膜的晶相结构的影响
• 2.4.3.2 薄膜的表面形貌分析
• xSr_1-xMoO₄薄膜的化学组成分析'>2.4.3.3 Ba_xSr_1-xMoO₄薄膜的化学组成分析
• xSr_1-xMoO₄薄膜的室温光致发光分析'>2.4.3.4 Ba_xSr_1-xMoO₄薄膜的室温光致发光分析
• 3.4.4 小结
• 4 钨酸盐膜的原电池沉积
• 4膜的原电池制备及其表征'>4.1 SrWO₄膜的原电池制备及其表征
• 4.1.1 实验过程
• 4.1.2 分析表征方法
• 4.1.3 结果与讨论
• 4薄膜的室温原电池制备'>4.3.1.1 结晶SrWO₄薄膜的室温原电池制备
• 4 薄膜'>4.3.1.2 氧化剂辅助合成结晶SrWO₄薄膜
• 4.1.4 小结
• 4膜的原电池制备及其表征'>4.2 BaWO₄膜的原电池制备及其表征
• 4.2.1 实验过程
• 4.2.2 分析表征方法
• 4.2.3 结果与讨论
• 2+离子浓度影响'>4.2.3.1. Ba²⁺离子浓度影响
• 4.2.3.2 酸度的影响
• 4.2.3.3 表面活性剂的影响
• 4薄膜的光致发光分析'>4.2.3.4 BaWO₄薄膜的光致发光分析
• 4.2.4 小结
• 4膜的原电池制备及其表征'>4.3 CaWO₄膜的原电池制备及其表征
• 4.3.1 实验过程
• 4.3.2 分析表征方法
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.3.4 小结
• 5 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间主要学术成果及获奖情况