（凝聚态物理专业论文）v2o5薄膜的溶胶—凝胶法制备及其特性研究.pdf

兰州大学硕士学位论文 摘要 摘要 v 2 0 5 由于其独特的结构及其在电学、光学、物理化学等方面具有奇异的性 质，拥有十分广阔的应用前景，因而成为近年来国内外相关领域研究的热点之一。 因此，研究v 2 0 5 薄膜材料的制备、结构和性能及其在各个领域中的应用具有重 要意义。 本论文围绕v 2 0 5 薄膜的制备工艺、微观结构和光学性能开展了一系列研究 工作，主要研究内容和结果有： 1 采用溶胶一凝胶技术结合旋涂法，在硅基片和玻璃基片上制备v 2 0 5 薄膜 材料。通过硅基片表面亲水处理，解决了五氧化二钒薄膜与硅基片结合的问题。 2 我们探讨了基片和热处理气氛对v 2 0 5 薄膜微观结构的影响。发现硅基片 上的薄膜具有更好的结晶和择优取向；在空气和氧气热处理气氛下都能得到表面 平整、择优取向的多晶薄膜。我们系统研究了热处理温度对v 2 0 5 薄膜的影响。 未热处理的薄膜样品表面无裂痕、致密性好。随着热处理温度的升高，v 2 0 5 薄 膜的结晶程度逐渐增强，晶粒尺寸逐渐增大。5 0 0 * ( 2 热处理l t j , 时的v 2 0 5 薄膜x r d 图中出现了非常强的( 0 0 1 ) 晶面衍射峰，这表明经热处理v 2 0 5 薄膜由非晶结构 转变为斜方相多晶结构，具有高度的c 轴择优取向性。f t - i r 光谱的测试和分析结 果表明，热处理后v 2 0 5 薄膜中含有的v 4 + 被氧化为v 5 + ，致使v = o 的拉伸振动模向 高波数移动，发生了蓝移。拉曼光谱的测试和分析结果也验证了热处理后v 2 0 5 薄膜中含有的v 4 + 被氧化为v 5 + 。 3 利用紫外可见分光光度计对3 0 0 5 0 0 c 热处理v 2 0 5 薄膜的光学性能测试 发现，随着热处理温度的升高，v 2 0 5 薄膜在近紫外区的透过率明显升高，而在 3 6 肚8 5 0 舢波长范围内样品的平均透过率变化很小，光学带隙逐渐变窄，可能是 热处理后v 2 0 5 薄膜中v 的含量减少而造成吸收边缘红移。 关键词：v 2 0 5 薄膜；溶胶一凝胶；热处理；微结构；光学特性 兰州大学硕士学位论文 摘要 a b s t r a c t r e c e n t l y ，a m o n gt h et r a n s i t i o nm e t a lo x i d es e m i c o n d u c t o r s ，v a n a d i u m p e n t o x i d e ( v 2 0 5 ) ，e s p e c i a l l yi nt h i nf i l mf o r m ，h a sa t t r a c t e dc o n s i d e r a b l e i n t e r e s td u et oh i sr e m a r k a b l ee l e c t r i e s ，o p t i c sa n dp h y s i c a lc h e m i s t r y p r o p e r t i e sa n dh i su n i q u es t r u c t u r e s o ，i ti si m p o r t a n tt os t u d yt h e p r e p a r a t i o n s ，p r o p e r t i e sa n da p p l i c a t i o no f v 2 0 5 t h i nf i l m s i nt h i s p a p e r ，w er e p o r t t h es y n t h e s i s ，m i c r o s t r u c t u r ea n do p t i c a l p r o p e r t ys t u d i e so fv a n a d i u mp e n t o x i d e t h em a i np o i n t sa r es u m m a r i z e d a sf o l l o w s ： 1 t h r o u g hs o l g e lm e t h o dw i t hs p i n - o nt e c h n o l o g y ，w ed e p o s i t e d v 2 0 5t h i nf i l m t h ep r o b l e mo fb o n d i n gb e t w e e nv a n a d i u mp e n t o x i d e t h i nf i l ma n ds u b s t r a t ei ss e t t l e dv i a s t u d y i n g t h em e c h a n i s mo f h y d r o p h i l i ct r e a t m e n t o ns i l i c o ns u b s t r a t es u r f a c e 2 t h ec o m p o s i t i o n p h a s e sa n dm o r p h o l o g yo fs a m p l e sw i t l ld i f f e r e n t s u b s t r a t e sw h i c hw e r et r e a t e da td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sw e r ec h a r a c t e r i z e d b yx - r a yd i f f r a c t i o n ，s c a ne l e c t r o nm i c r o s c o p y t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t t h e s a m p l e s w e r e a m o r p h o u s b e f o r e a n n e a l i n g ，a n d t h es u r f a c e m o r p h o l o g yw e r ec r a c k - f r e e ，c o m p a c ta n ds m o o t h e ro ng l a s ss u b s t r a t e h i 曲l yo r i e n t a t e d v 2 0 5 吐l i i lf i l m s w h i c hw e r ec o m p o s eo f d i f f e r e n tp a r t i c l e sw i t hd i f f e r e n ts u b s t r a t e sw a sf o r m e da f t e ra n n e a l i n ga t 5 0 0 c i ts h o w e dt h a tv 2 0 5t h i nf i l m sw e r eg r e wa l o n gca x i sa n dy i e l d e d t o c r y s t a l l i n ep e r o v s k i t e s t r u c t u r e t h ef t - i ra n dr a m a na n a l y s i s i n d i c a t et h a ta l lv i b r a t i o n a lm o d e s c h a n g er e m a r k a b l ya f t e rt h er e m o v a lo f w a t e rm o l e c u l e sf r o m 虼o si n t e r l a y e r , w h i c hs h o w st h a t 弘d - 矿b a n di s i n v o l v e di nt h er e d o xr e a c t i o n t h es t r e t c h i n gv i b r a t i o no fv = os h i f t st o h i g h e rw a v e n u m b e r s ，w h i c hc a nb ee x p l a i n e db yab a n d i n gv a n i s h i n g b e t w e e nh 2 0a n dt h ev 2 0 5f 舳e w o r k m o s tl i k e l yv i ah 2 0 o = vb o n d s h 兰州大学硕士学位论文 摘要 v 2 0 5t h i nf i l m sw e r em o r ep r o v i d e dw i t hl a y e rm i c r o s t r u c t u r ef r o mp o i n t o fs p e c t r o s c o p yv i e w 3 t h er e s u l t so fm e a s u r e m e n ta b o u tv 2 0 5f i l m su v - v i st r a n s m i s s i o n s p e c t r a a n dr e f r a c t i o ni n d e xu n d e rd i f f e r e n ta n n e a l i n gt e m p e r a t u r e i n d i c a t e dt h a tt h eo p t i c a la b s o r p t i o ns p e c t r ao fa l lt h es a m p l e se x h i b i t e d t w od i s t i n c tr e g i o n so f b e h a v i o r c o n s e q u e n t i a l l yt h eo p t i c a lp r o p e r t i e so f t h et h i nf i l m sc h a n g e dg r e a t l yw i t hi n c r e a s eo fa n n e a l i n gt e m p e r a t u r e t h ea b s o r p t i o ni nt h en e a r - u l t r a v i o l e tr e g i o ni n c r e a s e dd r a s t i c a l l yi nt h e c a s eo fa n n e a l i n gt e m p e r a t u r er i s i n g t h eo p t i c a lb a n dg a p w a s f o u n dt ob e c o m en a r r o w e ra sa n n e a l i n gt e m p e r a t u r ei n c r e a s e d k e yw o r d s ：v 2 0 5t h i nf i l m ；s o l g e l ；a n n e a l i n g ；m i c r o s t r u c t u r e ；o p t i c a l p r 叩e r t y m 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发 表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明 引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研 成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：宣嶂 日 期：丞鸣斟 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定， 同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和 汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：拇导师签名： 日期：理砧0 兰州大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1v 2 0 5 材料的研究背景 1 9 5 8 年，科学家f j m o 血【l 】在贝尔实验室发现钒氧化物随着温度的降低， 在一定的温区内材料会发生从金属性质到非金属或半导体性质的突然转变，同时 还伴随着晶体向对称程度较低的结构转化，从那时开始，伴随溶胶一凝胶技术的 发展，人们对钒氧化物的研究已经历时半个多世纪。 近年来，钒氧化物作为过渡金属氧化物，由于其广泛的用途，受到越来越多 的关注。由于v o 键的复杂性，增加了人们对钒氧化物的微结构及相结构的分析 难度，钒的氧化物分为3 个系列：v 0 一v 2 0 3 一v 0 2 一v 2 0 5 、v 0 2 。一l ( 3 n c 时，费米能级进入导带，费米能级以下状态均被占 有，电子吸收光子只能从价带向费米能级以上导带跃迁。当嵌入“+ 后，n o n o ， 费米能级己进入导带，随着电子的注入，薄膜在近紫外吸收系数减小。薄膜透过 7 兰州大学硕士学位论文 第一章绪论 率提高，吸收边缘向低波长方向移动，出现了明显的阳极电致变色。当l i + 嵌入 薄膜后占据了层间位置形成离子缺陷，产生极化子，在近红外附近形成弱的吸收 峰，从而显现出弱阴极电致色。 v 3 d 0 2 p (a)(b) 图1 - 5v 2 0 5 薄膜能带结构示意图( a ) 锂离子嵌入前；锂离子嵌入后 1 9 ( 4 ) 湿度传感器 随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。由于应用领域不同， 对湿度传感器的技术要求也不同。传感器主要是由湿敏电容和转换电路两部分组 成。湿敏电容是由玻璃底衬、下电极、湿敏材料、上电极几部分组成。湿敏材料 是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿 度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，即当相对湿度增大时，湿敏电 容量随之增大，反之减小( 电容量通常在4 8 5 6 p 锏) 。传感器的转换电路把湿 敏电容变化量转换成电压量变化，对应于相对湿度0 l o o r h 的变化，传感器 的输出呈0 1 v 的线性变化。 v 2 0 5 多晶薄膜不具有湿敏特性，而通过s 0 1 g e l 法制备的v 2 0 5 干凝胶薄膜具有 湿敏特性。v 2 0 5 i l 1 2 0 干凝胶薄膜中的电导由电子电导和离子电导两部分组成 酬，当凝胶薄膜中的v 2 0 5 层问没有嵌入足够水分子时( n o 5 ) 后为离子电导， 8 兰州大学硕士学位论文 第一章绪论 质子在液体介质中或沿h 2 0 一氧化物界面进行扩散传导。研究表明v 2 q 凝胶薄膜 的电导与凝胶中的水含量有关，而凝胶中的水含量与环境中相对湿度有关，从而 使v 2 0 5 凝胶薄膜具有湿敏特性【2 0 】。 b a r b o u x l 2 1 1 等研究发现v 2 0 5 干凝胶薄膜具有湿敏特性，电导率随水分压增高 而迅速增大。v b o n d a g e n k a l 2 2 1 等人的研究也发现，宅e v 2 0 5 凝胶中，通过m o 原子 取代部分v 原子，制得具有湿敏特性的h 2 v 1 2 - x m o x 0 3 i + y h 2 0 薄膜，在不同温度下， 电导率盯和电容c 随相对湿度p 变化而变化，其变化可用下列式子表示： d = t r 0 + t r , e x p ( 醌妒) c 2 c 。+ c e x p ( 仉妒) 式中：c r o 、历、a o 、珥、c 。、c i 为常数，不同温度下i n ( 盯- 0 o 片? ，彤和i n ( c - c 。) = 听刚 均为直线关系。 研究表明，随相对湿度的增大，电导率增大，这是因为在v 2 0 5 为基体的 h 2 v l o m 0 2 0 3 r 8 6 h 2 0 薄膜中电导率包括离子电导率和电子电导率。其中离子电导 由质子迁移决定，它随水的分压的增大而增大，所以其电导主要由薄膜中的质子 浓度决定，而且随着相对温度的增大而增大。另外，在凝胶中电容也随着相对温 度的增大而增大，这是因为水的加入增加了材料的有效介电常数。 ( 5 ) 锂离子电池可逆阴极 目前对于可充锂电池正极材料的研究主要集中在l i c 0 0 2 、l i n i 0 2 、l i m n 0 2 、 l i m n 2 0 4 几种材料上，而对于钒系材料的研究较少，但钒系正极材料具有成本低、 循环性能好和比容量高等优点。五氧化二钒的层状结构有利于l i + 传输，具有很 好的离子嵌入和脱嵌可逆性，在聚合物电解质中化学性能稳定，而且具有较大的 锂离子存储密度，从而可作为电极材料应用于锂离子电池。 经过大量研究，研究者发现通过溶胶凝胶( s o l - g e l )制备的v 2 m 干凝胶拥有 接近于无定型的层状结构，能充当多种金属阳离子嵌入的主体材料，如它能可逆 地嵌入大容量的l i + 离子，低放电速率下，每摩尔v 2 0 5 干凝胶可嵌入4 m o l 锂，中 等放电速率下，可嵌, k 2 7 m o l 锂嘲。此外，v 2 0 5 干凝胶也能与其它物质形成有机 9 兰州大学硕士学位论文 第一章绪论 无机，无机无机复合材料，是一种极佳的嵌入化合物。 锂离子嵌入v 2 0 5 随其数目变化，l i ，v 2 0 s 复合物存在a 、p 、p 、y 等多种相 结构田】。当少量l r 嵌入v 2 0 5 中形成口l i x v 2 0 5 相时，其结构与v 2 0 5 相似为层状， l i + 位于层间。b l i x v 2 0 s 是一种隧道结构，在隧道内部有大量的位点可供给“+ 占 据。因l i + 茬e 隧道中占据的位置不同，d l i 2 0 5 有两种变形，锂离子含量较高的 为p 相。室温时b 与b 相混合存在的范围为0 3 7 ) 【 o 4 4 ，当温度高于2 0 0 4 0 0 c 时b 相消失，仅p 相存在。当b - l i x v 2 0 5 嵌入l i + 的量进一步增加时形成t l i x v 2 0 5 ， 它是由 v 2 0 s n 单元堆积而成的层状结构，其中钒具有【v 5 + 0 5 】和【v 4 + 0 5 】两种氧化 态，此时l i 处于层间并稍偏于0 原子所形成的八面体的中心位置。与口l i x v 2 0 5 不同的是，t - l i x v 2 0 s 的层状结构是呈波形的，变形八面体之间的位置可以提供给 l + 。当l i + 的嵌入数目大于1 时，不同的研究小组得出的结果有一定差别似捌。 锂离子扩散系数( d l i ) 对锂离子电池电极材料的电化学性能有重要的影响。 v i v i e ，6 】等研究了l i x v 2 0 5 ( o x e 黝 e 转自。处在同一电子能级的分子，可能因其振动能量不同，而 处在不同的振动能级上。当分子处在同一电子能级和同一振动能级时，它的能量 电子能级 振动能级 a b 、振动能级 。 图2 1 1 分子中电子能级、振动能级、转动能级示意图 还会因转动能量不同，而处在不同的转动能级上。所以分子的总能量可以认为是 这三种能量的总和：e 分十= e 自子+ e 翮+ e 丹f 鞫。当用频率为d 的电磁波照射分子， 该分子a e 恰好等于该电磁波的能量h d 时，即有a e = h o ( h 为普朗克常数) 此 时，在微观上出现分子由较低的能级跃迁到较高的能级；在宏观上则透射光的强 度变小。若用连续辐射的电磁波照射分子，就可以得到分子的吸收光谱。根据吸 收电磁波的范围不同，可将分子吸收光谱分为远红外光谱、红外光谱及紫外可 见光谱三类。 在实验中，透射、反射谱测量仪器使用的是t u 1 9 0 0 t u l 9 0 1 双光束紫外可 见分光光度光度计，测量波长范围为3 6 0 8 5 0 n m 。样品采用溶胶- 凝胶法制备在 玻璃基片的v 2 0 5 薄膜，将样品分为多组，在大气中分别进行3 0 0 ( 2 、4 0 0 * ( 2 和5 0 0 ( 2 热处理。 兰州大学硕士学位论文第二章v 如薄膜的制备工艺与特性表征 参考文献： 【l 】d e k is ，a o iy ，k a j i n a m ia ，jm a t e rs c i ，1 9 9 7 ，3 2 ：4 2 6 9 - 4 2 7 3 【2 】w r u c kd ，r a m a m u r t h is ，r u b i nm t h i ns o l i df i l m s ，1 9 8 9 ，1 8 2 ：7 9 - 8 5 【3 】o z e rn t h i ns o l i df i l m s ，1 9 9 7 ，3 0 5 ：8 0 - 8 5 4 】m _ a r t n od s e r r aa g u l i om j a p p l p h y s ，1 9 9 7 ，8 ( 6 ) ：2 7 0 9 【5 】靳艾平，陈文，朱泉蛲化学物理学报，2 0 0 5 ，1 8 ( 5 ) ：8 1 3 8 1 6 【6 】j a c q u e sl c o o r d i n a t i o nc h e m i s t r yr e v i e w s ，1 9 9 9 ，1 9 0 - 1 9 2 ：3 9 1 4 0 3 1 【7 】b a d d o u rr p e r e i mr a l o sj ，m e s s i n a e ta 1 je l e c t r o a n a lc h e m , 1 9 9 1 ，3 1 4 ( 1 - 2 ) ：8 1 - 1 0 11 【8 】8 朱沁伟，余晴春，黄海燕等功能材料，2 0 0 0 ，3 1 ( 1 6 ) ：6 6 0 6 6 1 1 【9 】k u d ot ，i k e d ay ，w a t a n a b et ，e ta 1 s o l i ds t a t ei o n i c s ，2 0 0 2 ，1 5 2 1 5 3 ：8 3 3 - 8 4 11 f l o 田民波薄膜技术与薄膜材料，清华大学出版社，2 0 0 6 【1 l 】t a k a h i r okk a t a y a m ay ，m i u r at ，e ta 1 s o l i ds t a t ei o n i c s ，2 0 0 0 ，1 3 4 ：2 0 9 【1 2 】杨绍利重庆大学博士论文，2 0 0 3 ，1 2 【1 3 】j l i v a g e c h e m m a t e r 1 9 9 1 ，3 ，5 7 8 5 9 3 【1 4 】谢静刚武汉大学博士论文，2 0 0 3 ，8 1 5 】j l iv a g e , o p e l l e t i e r , p da v i d s o n , j s o l - g e ls c i t e c h 1 9 ( 20 0 0 ) 2 75 【1 6 】p al d e b e r t , n ba f f i e r , j le g e n d r e ，j li v a g e ，m a t e r r e s b u l l 1 6 ( 1 9 8 1 ) 6 6 9 【1 7 】w l ee ，p h d t h e s i s ，t h eu n i v e r s i t yo f m i n n e s o t a , 1 9 9 9 【1 8 】何志巍兰州大学博士论文，2 0 0 6 ，6 ：3 8 - 4 0 【1 9 】余桂郁，杨南如硅酸盐通报，1 9 9 3 ，6 ：5 9 - 6 3 1 2 0 杨南如无机非金属材料测试方法武汉工业大学出版社，1 9 9 3 ：2 2 3 - 2 7 1 【2 l 】刘恩科等半导体物理学国防工业出版社，第四版，1 9 9 4 ：2 5 4 - 2 5 6 【2 2 】方荣川固体光谱学合肥：中国科学技术大学出版社，第一版，2 0 0 1 ：2 9 - 5 7 【2 3 】吴自勤，王兵薄膜生长科学出版社，2 0 0 1 t4 1 4 - 4 1 5 【2 4 】张有纲，罗迪民，宁永功电子材料现代分析概论电子科技大学出版，1 4 2 1 5 7 【2 5 】何字亮，陈光华，张仿清非晶半导体物理学 m ，北京：高等教育出版社 1 9 8 9 ，2 8 7 - 2 9 4 兰州大学硕士学位论文 第三章v 2 0 s 薄膜的微观结构分析 第三章v 2 0 5 薄膜的微结构分析 由于v 2 0 5 有其独特的结构特性，具有离子注入量大、效能密度高和离子导电 性，在二次电池、电致变色器件、催化及传感等方面具有广泛的应用前景。但是 传统结构的v 2 0 5 由于其低的比表面积很难在离子注入容量、能量密度、充电可逆 性、离子注入退出速度等性能提高方面实现突破。高孔隙率的v 2 0 5 薄膜材料具 有纳米多孔结构，这种孔洞结构可使电解质渗透进纳米孔洞之中，由于其很细的 固相骨架，明显地降低注入离子的行程，从而缩短扩散时间，可突破传统材料的 结构和特性。溶胶凝胶方法制得的v 2 0 5 薄膜较为疏松，具有较高孔隙度和表面 比。 本章的主要内容是研究基片、热处理气氛和热处理温度对v 2 0 5 薄膜微结构的 影响，探讨了v 2 0 5 薄膜的制备工艺、生长特性以及结构特性。 3 1 基片对v 2 0 5 薄膜结构的影响 在玻璃基片上制备的样品，在空气中干燥后呈黄色，是v 2 0 5 薄膜的典型颜 色。图3 - 1 分别为玻璃基片上v 2 0 5 薄膜热处理前后的x r d 谱图。从图3 1 可以 看出，未经热处理的样品为典型的非晶结构，没有明显的衍射峰出现，说明薄膜 结构长程无序。在空气条件下5 0 0 0 热处理1 小时后，样品出现了一系列衍射峰。 对照标准v 2 0 5 粉末衍射卡片可知，2 0 为2 0 1 8 0 、4 1 1 4 0 分别对应v 2 0 5 ( 0 0 1 ) 、 ( 0 0 2 ) 面的衍射，其q a ( 0 0 1 ) 面的衍射峰最强，明显属于口- v 2 0 5 结构。显然，样品 经过热处理由非晶态转变成多晶态，其结构转变为斜方晶系的多晶结构。通过测 量衍射峰的半高宽，利用d e b y e - s c h e t e 公式【l , 2 1 ： d = k a , p c o s o 估算平均晶粒约为4 7 n m ，其中d 是平均晶粒尺寸，k 是谢乐常数，0 是衍射角，口 是衍射峰的半高宽，五是入射线波长。 有文献报道【，虽然五氧化二钒的熔点是9 6 3 k ，在常压下五氧化二钒的分解 兰州大学硕士学位论文第三章v 2 0 s 薄膜的微观结构分析 温度是2 0 2 3 k ，发生如下反应： v 2 0 5 - - v 2 0 4 + ；0 2 图3 1 玻璃基片上的v 2 0 5 薄膜热处理前后的x 射线衍射图 但这并不是指在低于温度2 0 2 3 k 时不释放出氧气，在低温状态下，也放出氧气， 它首先释放表面吸附的氧，然后释放表面晶格氧，当表面处于缺氧状态时，表面 晶格氧与体晶格氧存在着快速交换作用，造成样品中产生氧缺陷，使v - o 键结合 变弱而发生断裂，生成了低价态钒氧化物，结果使得低价态钒氧化物和高价态钒 氧化物在薄膜中并存。在本论文实验中，从5 0 0 热处理v 2 0 5 薄膜x r d 图中我们并 没有发现低价态钒氧化物的衍射相。 ，一参isc9lu 兰州大学硕士学位论文 第三章v 2 0 s 薄膜的微观结构分析 图3 - 2 在玻璃基片的v 2 0 5 薄膜在空气中热处理前后的s e m 测试图 ( a ) 未热处理；( b ) 5 0 0 c 热处理1 小时 基片对五氧化二钒薄膜结晶状态的影响通过扫描电镜( s e m ) 表面形貌分 析也可以观察到，如图3 - 2 ( a ) 、所示，分别为玻璃基片上未热处理和空气中 5 0 0 c 热处理1 小时的五氧化二钒薄膜s e m 表面形貌图。在图( a ) 中可以观察到 薄膜的表面颗粒很细，均匀，非常致密，看不出微观结构，薄膜是典型的无定形 结构。而从图( b ) 中可以看出，热处理后明显呈多晶结构，薄膜是由大小不一的 多晶条状和片状凌乱堆积组成的。进一步分析我们认为，带状v 2 0 5 溶胶被旋涂 在玻璃基片上之后经过高温热处理，结晶成条状和不规则的片状。其它文献中也 有报道【3 5 】，v 2 0 5 薄膜制备在不同的基片上，经高温热处理后薄膜会出现不同 的结晶取向和形貌结构。 图3 3 为硅基片上的样品热处理前后的x r d 图。从图3 3 可以看出，未经 热处理的样品为典型的非晶结构，没有明显的衍射峰出现，说明薄膜结构长程无 序。在空气条件下5 0 0 1 2 热处理l 小时后，样品出现了一系列衍射峰。对照标准 v 2 0 5 粉末衍射卡片可知，2 8 为2 0 2 2 0 、4 1 1 4 0 分别对应v 2 0 5 ( 0 0 1 ) 、( 0 0 2 ) 面的 衍射，其中v 2 0 s ( 0 0 1 ) 面的衍射峰最强，明显属于口v z 0 5 结构。显然，样品经 过热处理由非晶态转变成多晶态，其结构转变为斜方晶系的多晶结构。与图3 1 相比较我们发现，硅基片更有利于v z 0 5 薄膜的择优取向生长，我们认为这可能 与基片结构类型有关，也可能与我们对硅基片进行的亲水处理有关。 兰州大学硕士学位论文第三章v 2 0 s 薄膜的微观结构分析 ( o) 1 ( 0 0 2 ) ii 5 0 0 c n 山。j 。 一。一j l 1 02 03 04 05 0 6 0 2 e ( d e g r e e ) 图3 - 3 硅基片上热处理前后的v 2 0 s 薄膜x 射线衍射图 图3 - 4 ( a ) 和c o ) 分别为硅基片上热处理前后v 2 0 s 薄膜s e m 图。与图3 2 ( b ) 相比， 从图3 - 4 中我们可以看出样品的颗粒较均匀，呈短棒状，表面比较平整，结构 致密，同样也可以看出样品已经良好结晶。所以结合x r d 分析结果，我们认为硅 基片更有利于生长均匀的薄膜。 一n日一扫is