【摘要】：溶膠凝膠法制備二氧化鈦(TiO_2)的結構與化學性能已經(jīng)被廣泛地研究于各個領域。近年,采用二氧化鈦薄膜作為微測輻射熱計的紅外熱敏材料的探索研究更加吸引了研究者們的目光,然而,其較低的光學吸收強度及較低的電導率限制了實際的應用。將其它具有優(yōu)異性質的材料,如石墨烯、碳納米管(CNT)等,與二氧化鈦相復合,是一種有效提高二氧化鈦光學吸收強度和電導率的方法。其中,TiO_2-CNT復合材料由于其優(yōu)良的室溫電阻與TCR,逐漸受到人們的關注,然而,TiO_2-CNT復合材料在紅外探測熱敏薄膜中的相關研究尚不充分。為此,本文通過將二氧化鈦與多壁碳納米管(MWCNT)相復合的方式,通過兩種不同的涂膜技術,制備了TiO_2-MWCNT復合薄膜,并對其表面形貌、化學結構、光學、電學及輻射熱性能進行了系統(tǒng)的研究。首先,本文通過溶膠凝膠法制備了單純的TiO_2薄膜,并研究其退火溫度對薄膜的形貌、結晶度及光電性能的影響。研究結果表明,過高(≥500 ~℃)與過低(≤300~℃)的退火溫度均對TiO_2薄膜的光電性能有負面的影響。與之相比,400 ~℃退火的TiO_2薄膜具有適中的室溫電阻(1.68×10~7Ω)、適中的光學吸收強度及優(yōu)化的TCR值(-2.59%?K~(-1)),具有作為在測輻射熱計的高質量熱敏電阻材料的應用前景。其次,在優(yōu)化了單純二氧化鈦薄膜退火工藝的基礎上,本文采用溶膠凝膠法及混合旋涂的方式制備了TiO_2-MWCNT復合薄膜。結果表明,碳納米管的加入顯著地改變了TiO_2薄膜的物理與化學性質。這些性質的改變是由二氧化鈦與碳納米管之間的相互作用造成的,并且在碳納米管濃度達到0.5 wt%時達到飽和。重要的是,加入碳納米管,可以有效地調控TiO_2作為紅外熱敏電阻材料最關鍵的參數(shù):光學吸收強度、室溫電阻與TCR。最后,為了探究半導體二氧化鈦中的滲透現(xiàn)象,本文采用溶膠凝膠法及旋涂-噴涂相結合的方式,制備了TiO_2-MWCNT復合薄膜,并成功地發(fā)現(xiàn)了復合薄膜的滲透現(xiàn)象。研究結果表明,通過向TiO_2薄膜中噴涂碳納米管,可以有效地改變TiO_2-MWCNT復合薄膜的形貌、結晶度、化學結構以及光學、電學和輻射熱性能。而且,碳納米管的濃度是獲取性能優(yōu)異的TiO_2-MWCNT復合薄膜的關鍵參數(shù)。在碳納米管的滲透閾值(0.25 wt%)及其附近,碳納米管網(wǎng)絡的電導率呈指數(shù)形式變化,在宏觀上表現(xiàn)為復合材料室溫電阻及TCR的突變,此時的復合薄膜具有適中的光學吸收強度(360~1000nm之間的平均透過率為67.52%)、適中的室溫電阻(2.56×10~6Ω)、適中的1/f噪聲(7.49×10~(-13) V~2Hz~(-1))、最大的TCR值(-2.93%?K~(-1))及最優(yōu)異的輻射熱參數(shù)(5.35×10~(12) K~(-1)m~(3/2))。這些優(yōu)良的綜合性能使本文所制備的TiO_2-MWCNT薄膜適用于非制冷紅外探測器的熱敏材料。重要的是,本文的成果還對于確認半導體中存在滲透現(xiàn)象提供了有力的支持。
【圖文】：

x薄膜接近，，其紅外探測系統(tǒng)顯示圖如圖1-1所示。韓國的Reddy等人[17,18]通過控制襯底溫度、退火氧通量、退火時間、摻雜過渡金屬等方式，對磁控濺射法制備氧化鈦薄膜進行了比較系統(tǒng)的研究，制備了 TCR 可達到 2.5%~ 3.6%，1/f 噪聲為 10 12量級，熱性能優(yōu)異的氧化鈦薄膜，但其研究仍處于實驗室階段。國內目前關于 TiOx在紅外探測技術領域的研究也尚處于實驗室基礎研究階段，產(chǎn)品生產(chǎn)更是屬于空白，而且對 TiOx的主要研究集中在其制備工藝、結構、光催化性能等其它方面，在測輻射熱計等紅外器件的領域缺乏實質性的研究。近年

以 TiOx薄膜作為熱敏材料而設計的非制冷紅外探測器的烙鐵成像示年，Itkis 和 Borondisc 等人[22]以單壁碳納米管（SWCNT）薄感材料，研究了其對紅外輻射的響應，實驗裝置如圖 1-2 所，在超低溫及真空的條件下，單壁碳納米管薄膜可以吸收紅系數(shù)較高。同時，計算得到單壁碳納米管薄膜的 TCR 高達明，多壁碳納米管（MWCNT）也具有較高的TCR系數(shù)（ 0.21米管可以作為紅外探測熱敏電阻材料。另外，Sood 明確指外吸收系數(shù)與較低的熱質量，碳納米管薄膜作為紅外探測的潛力。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2;TB33

【參考文獻】

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1 鄒明松;;通用離心機轉速的測量[J];江蘇現(xiàn)代計量;2015年03期

2 龍毅;;超聲波技術在陶瓷過濾機中的應用[J];銅業(yè)工程;2009年01期

3 尚東,林理彬,何捷,王靜,盧勇;特型二氧化釩薄膜的制備及電阻溫度系數(shù)的研究[J];四川大學學報(自然科學版);2005年03期

本文編號：2658778