氧化锌纳米棒在透明导电薄膜用AZO织构陶瓷中的应用研究【开题报告】.doc

毕业设计开题报告 电子信息科学与技术 氧化锌纳米棒在透明导电薄膜用AZO织构陶瓷中的应用研究 选题的背景与意义 随着社会发展和科学技术的突飞猛进，人类对功能材料的需求日益迫切。新的功能材料已成为新技术和新兴工业发展的关键。透明导电薄膜由于其独特且优越的光学和电学性能，而被广泛应用于各种领域。目前商业化应用的ITO薄膜，其主要成分是稀有金属In，生产成本高，限制了它的推广和应用。但随着可持续发展进程的加快和人们环保意识的提高，材料的无害化发展是必然趋势。一种新型的透明导电薄膜--铝掺杂氧化锌AZO，由于其不仅具备透明导电薄膜的共性，而且无毒，而逐渐成为研究的焦点。而其靶材的选择在很大程度上会影响到制得的薄膜的性能，因此，对于性能优越的靶材研究及制取也显得尤为重要。 1. 透明导电薄膜（TCO）的背景 透明导电薄膜是一种对可见光高透射率和低电阻率的薄膜,是功能薄膜中比较有特色的一类。主要有金属透明导电薄膜，氧化物透明导电薄膜，非氧化物透明导电薄膜和高分子透明导电薄膜。氧化物透明导电薄膜因其具有其独特而优越的性能而成为研究与制备的重点。透明导电薄膜的制备方法目前主要有磁控溅射法，化学气相沉积法，等离子体溅射法，喷射热分解法，脉冲激光法和溶胶-凝胶法。这些方法各有特点及应用，其中磁控溅射技术由于溅射效率高、薄膜与基底的附着力好、可实现大面积镀膜而成为制备透明导电薄膜的最常用方法。目前在太阳能电池，液晶显示器中已应用的ITO薄膜就是氧化物透明导电薄膜中最具有代表的一种，用ITO陶瓷靶进行磁控溅射得到的ITO薄膜具有高的可见光透射率（～90%）和红外反射率，低的电阻率（1～4×10-4 Ω?cm），耐磨损，良好的机械强度和化学稳定性。但因In、Sn为稀有金属，有毒，其制备成本高且稳定性差等缺点，限制了ITO的广泛使用。而AZO薄膜不仅具有与ITO可比拟的电学和光学特性,而且储量丰富、易于制造、成本低、无毒、热稳定性好等优点,因此，AZO透明导电薄膜的研究已成为热点。 2.取向靶材的研究背景及制备方法 AZO薄膜的制备有锌铝合金靶反应溅射和AZO陶瓷靶直流磁控溅射。其中合金靶反应溅射由于其易毒化，溅射寿命短，膜层方块电阻分布不均而受到限制。而利用AZO陶瓷靶材磁控溅射AZO薄膜的重复性好、工艺稳定、膜层均匀且易控制而成为当前薄膜领域研究的一大热点。 磁控溅射AZO薄膜的性能在很大程度上往往受到AZO陶瓷靶材的性能的影响。因而对AZO靶材的研究和制备同等重要。目前，AZO溅射靶材面临的主要技术问题存在如下: 如何提高AZO溅射靶材的利用率。 如何大面积制备AZO溅射陶瓷靶材。 如何抑制溅射过程中微粒的产生。 如何提高陶瓷溅射靶材的致密度。 AZO002高取向靶材指的是利用沿002方向织构化生长的AZO粉体制备的具有结晶取向性的靶材，可以有效提高靶材的致密度和均匀性，同时预期利用该种靶材可以制备得到高性能的取向AZO薄膜。 3.ZnO纳米棒的研究现状及制备方法 氧化锌纳米棒是一种重要的光电半导体材料，在室温下具有较大的导带宽度和较高的电子激发能及光增益系数而使之具有独特的催化特性，压电特性和光电特性。因而在太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。氧化锌纳米棒的制备和性能研究已成为当今的热点。 氧化锌纳米棒的制备方法主要有水热法，化学溶液沉积法（即湿化学方法），化学气相沉积法，晶种诱导法和微波法。其中湿化学方法具有对纳米棒的生长方向的控制，得到的氧化锌纳米棒阵列具有高致密度，且大小可调。此种方法成本低，且可大量生产，有望工业化制备氧化锌纳米棒。 在该课题中我们将利用ZnO纳米棒做模板，结合电场诱导的方法，拟制备出高取向性的AZO纳米粉体，从而探索制备高性能的取向性AZO靶材的制备新技术。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 1.温和条件下ZnO纳米棒的可控制备研究 2.探索不同ZnO纳米棒模板晶粒尺寸对AZO晶粒取向生长的影响 3.探索不同电场强度与频率、浆料浓度、烧结温度对AZO晶粒取向生长的影响 4.探索电场作用下的AZO注浆成型技术 研究的方法与技术路线： 本研究将首先利用湿化学方法在温和条件下制备ZnO纳米棒作为模板晶粒，并利用模板晶粒辅助生长（TGG）技术制备高度取向的AZO陶瓷靶材，并探讨模板晶粒尺寸、电场强度与频率、浆料浓度、烧结温度等不同因素对坯体以及陶瓷体晶粒取向规律的影响，获得优化的工艺参数。 （一）ZnO纳米棒的合成过程如下： （1） 将5克氯化锌在200毫升蒸馏水溶解后，滴加盐酸直到溶液变为透明的。 （2） 将氢氧化钠溶液逐滴加入到上述溶液中，并剧烈搅拌，直到溶液的pH值达到8以上，然后将此过程产生的沉淀物过滤，将此沉淀物用蒸馏水在离心机（最大4500转）中洗净六次。 （3）将4克高