五氧化二釩因具有許多獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)而得到了廣泛的研究。這些性質(zhì)使得五氧化二釩在能量存儲(chǔ)、紅外探測(cè)、電致變色、氣敏傳感、催化等眾多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。隨著近年來(lái)納米技術(shù)的發(fā)展,超薄五氧化二釩薄膜因其優(yōu)異性能逐漸成為人們的研究熱點(diǎn)。然而,對(duì)于超薄五氧化二釩薄膜而言,傳統(tǒng)薄膜制備工藝很難在復(fù)雜結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的厚度和均勻性的精確控制。這也使得傳統(tǒng)薄膜制備手段難以滿足當(dāng)前各領(lǐng)域器件小型化,結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的發(fā)展需求。本文針對(duì)這一應(yīng)用需求,提出采用原子層沉積技術(shù)來(lái)解決五氧化二釩薄膜的生長(zhǎng)與摻雜控制的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)原子層沉積過(guò)程中生長(zhǎng)條件和反應(yīng)前驅(qū)體的控制,制備了厚度在納米級(jí)別可控的五氧化二釩薄膜,并實(shí)現(xiàn)了薄膜摻雜。同時(shí)研究了所制備超薄膜的光學(xué)和電學(xué)特性,為五氧化二釩超薄膜在光學(xué)器件和能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了材料基礎(chǔ)。本文主要研究?jī)?nèi)容和成果體現(xiàn)在以下幾方面:首先,通過(guò)改變生長(zhǎng)條件對(duì)五氧化二釩薄膜的生長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié),研究了薄膜厚度、形貌、組分、晶體結(jié)構(gòu)等基本特性。發(fā)現(xiàn)薄膜的生長(zhǎng)模式屬于先層狀生長(zhǎng),再島狀生長(zhǎng)的Stranski-Krastanov模式,分析并比較了兩種模式下薄膜形貌,生長(zhǎng)速率,結(jié)構(gòu)特性的區(qū)別,證明這兩種生長(zhǎng)模式的差異是由五氧化二釩晶體趨向于沿[010]方向生長(zhǎng)的特性決定的。其次,研究了五氧化二釩薄膜的折射率,消光系數(shù)、介電常數(shù)等光學(xué)參量對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)特性的依賴關(guān)系。通過(guò)對(duì)不同生長(zhǎng)模式對(duì)應(yīng)薄膜光學(xué)特性的分析,揭示了五氧化二釩薄膜結(jié)構(gòu)、缺陷、應(yīng)力對(duì)薄膜能帶結(jié)構(gòu)、介電常數(shù)和熒光特性的影響,為對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性的控制提供了依據(jù)。再次,通過(guò)在五氧化二釩薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中增加反應(yīng)前驅(qū)體,研究五氧化二釩薄膜的復(fù)合與摻雜。通過(guò)反應(yīng)條件的控制獲得了含有水、鋅、鈦、鋁的組分的五氧化二釩薄膜,分析了摻雜對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、組分及光學(xué)特性的影響。最后,研究了原子層沉積五氧化二釩薄膜的電學(xué)及電化學(xué)特性。研究了不同摻雜薄膜的電阻變化規(guī)律,掌握了薄膜的溫阻系數(shù),研究了五氧化二釩薄膜的半導(dǎo)體-金屬轉(zhuǎn)變特性。初步探索了用鉬襯底上五氧化二釩薄膜作為鋰離子電池的正極,分析五氧化二釩結(jié)構(gòu)特性對(duì)鋰離子電池的比容量等電學(xué)特性的影響,為原子層沉積制備的五氧化二釩正極在鋰離子電池中的大規(guī)模應(yīng)用提供技術(shù)參考。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ135.11;TB383.2
【部分圖文】：

在 1959 年發(fā)現(xiàn)釩氧化物具有相變特性以來(lái)[2]，二氧化釩、三氧化二釩、五氧化二釩等眾多釩氧化物都得到了科研工作者的大量關(guān)注。其中五氧化二釩以制備簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)更是得到了充分的研究。五氧化二釩具有許多獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，這些性質(zhì)也賦予了五氧化二釩在能量存儲(chǔ)、紅外探測(cè)、電致變色、氣敏傳感、催化等眾多領(lǐng)域巨大的應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用上的需求促進(jìn)了材料合成及改性手段的發(fā)展。近年來(lái)，科研工作者們已經(jīng)在五氧化二釩材料的制備取得了豐碩成果。然而隨著當(dāng)前器件柔性化，納米化的發(fā)展趨勢(shì)，器件性能又對(duì)材料制備提出了更高層次的要求。高均勻性、高可控性的材料合成手段對(duì)五氧化二釩在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。1.1 五氧化二釩的特性及應(yīng)用1.1.1 五氧化二釩的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

五氧化二釩的光吸收來(lái)源于電子由 O 2p 帶帶頂?shù)?V 3d 劈裂下能帶帶底的躍遷（圖1.2 a），對(duì)應(yīng)帶隙為間接帶隙，大小為 2.35 eV[10]。帶隙的數(shù)值受五氧化二釩的化學(xué)計(jì)量比影響，在 2 到 2.38 eV 之間變化[11]。當(dāng)離子插入到五氧化二釩的間隙中時(shí)或電子注入到五氧化二釩中時(shí)，材料的費(fèi)米能級(jí)會(huì)發(fā)生變化，電子逐漸填滿V 3d 的下能帶（圖 1.2 b）。由于 V 3d 帶劈裂的上下能帶兩部分間的躍遷是禁戒

2O5相，ε-LixV2O5相和 δ-LixV2O5相中，鋰離子剛開(kāi)。隨著鋰離子的嵌入，LixV2O5片層開(kāi)始有輕微褶皺體的層狀結(jié)構(gòu)不變，五氧化二釩構(gòu)成的相鄰的三角雙五氧化二釩結(jié)構(gòu)基本相同，相對(duì)于片層的位置可以；當(dāng)更多的鋰離子嵌入到 LixV2O5中（1<x<2）時(shí)，變?yōu)榈?γ-LixV2O5相，這時(shí)雖然 LixV2O5繼續(xù)保持著構(gòu)成的三角雙錐體的方向變得極為扭曲，三角雙錐體置已變成上-下-上-下[17]。由 δ-LixV2O5相變化到 γ-位的迅速降落（圖 1.3）[12]。當(dāng)繼續(xù)有鋰離子嵌入到變?yōu)閹r鹽礦結(jié)構(gòu)的 ω-LixV2O5相。巖鹽礦結(jié)構(gòu)為四有明顯的平臺(tái)，嵌入/脫嵌過(guò)程結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定，其鋰衰減。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 唐鳳霞;;高頻紅外吸收法測(cè)定五氧化二釩中硫的研究[J];北方釩鈦;2012年03期

2 劉建林;方東明;;五氧化二釩制備工藝及污染治理[J];北方釩鈦;2010年02期

3 張濤;;大連地區(qū)五氧化二釩出口實(shí)現(xiàn)歷史性突破[J];鋼鐵釩鈦;2016年06期

4 萬(wàn)慧;程浩;胡兵兵;余丹梅;;超級(jí)電容器用五氧化二釩材料的研究進(jìn)展[J];電池;2017年01期

5 汪大成;王海林;楊歡;白鳳仁;;粉狀五氧化二釩熔片過(guò)程中品位降低原因的分析[J];鐵合金;2017年07期

6 朱軍;朱明明;趙奇;白苗苗;李凡;程國(guó)鵬;;高純五氧化二釩制備及應(yīng)用[J];中國(guó)有色冶金;2016年03期

7 ;粉狀五氧化二釩價(jià)位近期小幅回升[J];鐵合金;2011年01期

8 劉莎;吳烈善;黃世友;唐植成;;五氧化二釩生產(chǎn)中的污染問(wèn)題及治理研究[J];環(huán)境科學(xué)與管理;2008年09期

9 李清昌,賈宇晶,劉閣;光度法測(cè)定冶金用五氧化二釩中磷[J];理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè));2003年06期

10 田曉燕,賈西平;急性五氧化二釩吸入中毒6例報(bào)告[J];中國(guó)工業(yè)醫(yī)學(xué)雜志;1999年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 汪大成;王海林;楊歡;白鳳仁;;粉狀五氧化二釩熔片過(guò)程中品位降低原因的分析[A];第25屆全國(guó)鐵合金學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2017年

2 唐紅建;;溶劑萃取法制備高純度五氧化二釩的工藝研究[A];第三屆釩產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)研討與交流會(huì)論文集[C];2015年

3 莊立軍;楊錦銘;;含釩酸鈣廢渣制備五氧化二釩研究[A];第25屆全國(guó)鐵合金學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2017年

4 趙小平;;片狀五氧化二釩制備工藝的探討[A];第三屆釩鈦微合金化高強(qiáng)鋼開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)暨第四屆釩產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2017年

5 董玉娟;魏慧英;楊延釗;;五氧化二釩納米棒的合成以及電化學(xué)性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第24分會(huì)：化學(xué)電源[C];2014年

6 萬(wàn)龍飛;;草酸氧釩制取實(shí)驗(yàn)研究[A];第三屆釩產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)研討與交流會(huì)論文集[C];2015年

7 湯凱;張勇;史英迪;宋艷斌;崔接武;王巖;舒霞;鄭紅梅;秦永強(qiáng);吳玉程;;納米結(jié)構(gòu)三氧化鎢/五氧化二釩復(fù)合薄膜的電化學(xué)合成及其電致變色性能[A];TFC’17全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2017年

8 王開(kāi)學(xué);張曉菲;陳接勝;;多孔五氧化二釩電極材料的可控合成及性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第8分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

9 齊曉青;陸子豪;劉明風(fēng);姜源;;構(gòu)筑一維膠體顆粒的面內(nèi)有序組裝平臺(tái)[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十六屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集——第二分會(huì)：功能微納米材料[C];2017年

10 徐懋;黃憲法;桂林;;全濕法從皖南石煤中提取五氧化二釩新工藝[A];第二屆釩產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2013年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 唐詩(shī)全;攀鋼微波制取五氧化二釩試驗(yàn)取得突破[N];中國(guó)冶金報(bào);2009年

2 椿子;五氧化二釩價(jià)格漲至6年來(lái)最高點(diǎn)[N];中國(guó)冶金報(bào);2004年

3 張娜 楊寶龍 張林濤 喬巍;創(chuàng)新工藝“兩步法”生產(chǎn)粉劑五氧化二釩[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2012年

4 王俞德;五氧化二釩制取有新技術(shù)[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

5 李智林;昆鋼4000噸五氧化二釩項(xiàng)目落戶玉溪[N];玉溪日?qǐng)?bào);2008年

6 孫維生;五氧化二釩[N];中國(guó)化工報(bào);2005年

7 清晨;攀鋼研成粉狀五氧化二釩新產(chǎn)品[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2004年

8 記者 李禾;新技術(shù)讓五氧化二釩總收率超85%[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

9 記者 張立政;我州將取締關(guān)閉所有五氧化二釩企業(yè)[N];團(tuán)結(jié)報(bào);2005年

10 記者 劉祥　趙莽 通訊員 劉樹(shù)軍;河北鋼鐵承鋼“三步法”制五氧化二釩降本顯著[N];中國(guó)冶金報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 張?zhí)鞂?五氧化二釩薄膜原子層沉積制備及其光學(xué)與電學(xué)特性研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所);2018年

2 唐昊;五氧化二釩誘導(dǎo)人支氣管上皮細(xì)胞COX-2表達(dá)增加及其抗調(diào)亡作用[D];第二軍醫(yī)大學(xué);2008年

3 逯家寧;氧化釩基納米材料及器件研究[D];天津大學(xué);2012年

4 王玉泉;釩氧化物納米材料的制備和性能[D];清華大學(xué);2008年

5 董玉娟;鋰離子電池電極材料鈷、釩氧化物的制備及電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2016年

6 付偉偉;Ti，V，Cu過(guò)渡金屬化合物能源材料、催化材料的合成與制備[D];吉林大學(xué);2013年

7 孫毅;鈷釩基鋰離子電池納米電極材料的制備及性能表征[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

8 安琴友;V_2O_5電化學(xué)性能優(yōu)化及新型釩酸鹽正極材料探索[D];武漢理工大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 徐杰;氯化法制取高純五氧化二釩工藝研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所);2018年

2 陽(yáng)輝;五氧化二釩復(fù)合材料的制備及儲(chǔ)能性能研究[D];湘潭大學(xué);2018年

3 陳益超;多聚釩酸銨純化制備高純五氧化二釩[D];吉首大學(xué);2018年

4 姜單單;氯化鋁低溫氯化法五氧化二釩提純工藝研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所);2017年

5 朱明明;多聚釩酸銨制備高純五氧化二釩實(shí)驗(yàn)研究[D];西安建筑科技大學(xué);2016年

6 王向陽(yáng);釩渣制備99.9%五氧化二釩清潔生產(chǎn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所);2017年

7 原晨光;還原五氧化二釩制備釩的低價(jià)氧化物[D];浙江大學(xué);2005年

8 孫圣男;五氧化二釩薄膜的制備及其電致變色特性的研究[D];吉林大學(xué);2013年

9 王強(qiáng);聚苯胺/五氧化二釩復(fù)合電極材料的研究[D];重慶大學(xué);2003年

10 熊萍萍;高純五氧化二釩制備技術(shù)研究[D];東北大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2818321