TiO2-x薄膜光响应研究：射频磁控溅射法制备与性质分析

"这篇论文详细探讨了利用射频磁控溅射法制备TiO2-x薄膜的过程，并研究了这些薄膜的光响应特性。通过不同热处理条件，作者观察了薄膜的结构变化，发现未经热处理的薄膜呈现锐钛矿相，而经过600℃热处理后转变为金红石相。论文指出，氧空位在TiO2-x薄膜的光响应中起着关键作用，影响其光吸收特性。" 本文是一篇自然科学领域的学术论文，主要关注TiO2-x薄膜的制备及其光响应性质。研究采用了射频反应磁控溅射技术，在250℃下在石英玻璃基片上沉积TiO2-x薄膜。通过多种表征手段，如X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱，对薄膜进行了深入分析。 未经过热处理的薄膜呈现出锐钛矿结构，表面粗糙，由约30纳米的小晶粒构成，形成类似“小层”的堆积。经过600℃的热处理后，薄膜转化为金红石结构，晶粒增大，孔隙度增加。XPS分析揭示了未经处理的薄膜表面含有20%的三价钛，伴随着较多的氧空位。经过600℃空气热处理后，三价钛含量降低至8%，氧空位相应减少。 光响应研究部分显示，氧空位的存在有助于TiO2-x薄膜的吸收边界向可见光区移动，这意味着氧空位可以增强薄膜在可见光下的光吸收能力。这对于优化TiO2-x薄膜在光催化、太阳能电池和环境净化等领域的应用具有重要意义。通常，二氧化钛的光催化活性受限于其仅在紫外光区吸收光能，但通过调控氧空位，可以扩展其光响应范围至可见光区域，提高其在实际应用中的效率。 二氧化钛因其优良的化学稳定性和光催化性能，广泛应用于多个领域，包括气敏传感器、电化学设备、光学设备等。论文强调，尽管已有多通过掺杂改性来提升其可见光活性的研究，但通过优化材料自身结构的研究相对较少。论文作者提出，氧空位和色心可能是提高二氧化钛可见光响应的关键因素，这为设计高效可见光响应的TiO2-x薄膜提供了新的思路。 这篇论文详细探讨了射频磁控溅射法制备的TiO2-x薄膜的结构演变及其与光响应的关系，尤其是在氧空位对可见光吸收的影响方面，为二氧化钛在太阳能转换和环保等领域的应用提供了理论支持。