隨著當(dāng)今社會對資源的需求量和消耗量快速增長,能源短缺和環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)峻,溫室效應(yīng)對環(huán)境的威脅日益增大。為解決這些問題,科學(xué)家們嘗試?yán)萌≈槐M的太陽能,通過電催化,光電催化等途徑分解水產(chǎn)生清潔能源氫氣,以補足未來可能存在的能量缺口。然而,目前制備出的催化材料遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的實際需要。因此,制備高效的能源轉(zhuǎn)化和儲存器件是能催化域面臨的一個重大挑戰(zhàn)。電噴霧沉積技術(shù)是一種綠色高效的薄膜的制備手段,在常壓下即可進(jìn)行,具有高通量、低消耗、微結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢。該技術(shù)通過電噴霧離子源產(chǎn)生帶電微滴,在電場的誘導(dǎo)下沉積在導(dǎo)電襯底上,形成均勻的薄膜。通過調(diào)整沉積過程中的試驗參數(shù),能夠?qū)﹄妵婌F沉積過程進(jìn)行有效控制,進(jìn)而改變薄膜的性質(zhì)和性能。通過電噴霧沉積制備的薄膜材料能夠高效利用在能源催化領(lǐng)域。本文使用硝酸鐵和硝酸鈷為前驅(qū)體,用導(dǎo)電玻璃（FTO）作為襯底,使用不同的電噴霧沉積方式,得到了三種不同的FeCo（OH）_x薄膜材料,并用于電催化析氧反應(yīng)。通過X-射線衍射（XRD）,X-射線光電子能譜（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）表征,發(fā)現(xiàn)三種FeCo（O... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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電噴霧沉積裝置和原理

第一章緒論5境之間的界面張力。擴散系數(shù)的值和擴散速率有關(guān)，如果S小于0，則液滴只會在襯底表面發(fā)生局部潤濕，在較小的接觸面積內(nèi)達(dá)到擴散平衡。如果S大于等于0，則液滴會在襯底表面擴散直到完全覆蓋表面。一般來說，襯底表面性質(zhì)和溶液粘度是影響擴散速率主要因素，擴散速率會隨粘度的增加而減校然而，當(dāng)襯底高溫使溶劑快速蒸發(fā)時，干燥的過程迅速進(jìn)行，即使對于擴散系數(shù)S大于0的情況，液滴的擴散也可能不完全。此外，如果先前已經(jīng)沉積好的沉積層形成裂縫或針孔，后面的液滴可能通過毛細(xì)作用滲透到其中。由于這種修復(fù)效果，電噴霧沉積技術(shù)可以獲得均勻無裂痕的沉積層。[10]沉積層表面的分解和反應(yīng)：液滴中溶質(zhì)的分解和反應(yīng)可能（部分或完全）發(fā)生在液滴到達(dá)襯底之前，如果樣品接收臺溫度足夠高，液滴在飛行過程中就已經(jīng)被完全干燥，溶質(zhì)分子暴露在高溫中，很容易分解或反應(yīng)。在這種情況下，沉積層會形成多孔結(jié)構(gòu)，而不是結(jié)構(gòu)非常致密的薄膜。另一方面，在樣品臺溫度相對較低的情況下，溶液液滴在襯底表面的擴散，則可以形成較為致密的沉積層。圖1.2所示是電噴霧沉積形成沉積層的截面示意圖，其中圖1.2（a）為較低的沉積溫度下形成的致密結(jié)構(gòu)的沉積層，由上到下依次是無定形態(tài)，結(jié)晶態(tài)，顆粒無定型態(tài)；圖1.2（b）為較高溫度下形成的多孔結(jié)構(gòu)的沉積層，由上到下依次是網(wǎng)狀，顆粒狀，不規(guī)則碎片型。a致密結(jié)構(gòu)b多孔結(jié)構(gòu)圖1.2沉積層的截面示意圖在沉積溫度較低的情況下，液滴在襯底表面擴散以及接下來的化學(xué)變化，實際上是一種金屬鹽前驅(qū)體溶液的濕化學(xué)過程，這一過程決定了沉積層的形貌。對

第一章緒論7圖1.3使用不同鋰源得到的沉積層：碳酸鋰（a）；硝酸鋰（b）；醋酸鋰（c）；氫氧化鋰（d）導(dǎo)電襯底：電噴霧沉積技術(shù)中常用的導(dǎo)電襯底有導(dǎo)電玻璃（FTO）、泡沫鎳、碳纖維布等。導(dǎo)電襯底對沉積層形貌的影響主要通過兩種方式：襯底的材質(zhì)和表面形狀。噴霧液滴對于不同材質(zhì)的襯底有不同的擴散系數(shù)，導(dǎo)致噴霧液滴在不同材質(zhì)的襯底上的擴散程度不同，從而影響沉積層的形貌；襯底表面形狀能夠造成沉積過程中電場分布不均勻，從而影響液滴的選擇性著陸。為了研究襯底表面形狀對電噴霧沉積的影響，F(xiàn)ang等在生長有氧化銅的納米針銅網(wǎng)上，使用電噴霧沉積金屬銀。實驗結(jié)果表明，由于氧化銅納米針的尖端有更大的電場強度，所以金屬銀粒子選擇性沉積在氧化銅納米針的尖端附近。[2]可調(diào)節(jié)的實驗參數(shù)：在完整的電噴霧沉積體系中有許多可以調(diào)節(jié)實驗條件參數(shù)，電噴霧沉積技術(shù)的一個優(yōu)勢就是可以通過調(diào)節(jié)這些參數(shù)實現(xiàn)對沉積層形貌的調(diào)控。這些參數(shù)包括前軀體溶液流速，電場強度，樣品接收臺溫度，沉積時間，噴霧距離前軀體溶液濃度等。根據(jù)上述的電噴霧沉積原理，可以找出這些實驗參數(shù)對電噴霧沉積過程的影響。由公式1.2可知，泰勒錐產(chǎn)生的初級液滴的直徑與


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