硅化鈦薄膜的制備及其在離子溶液中的雙電層電容行為研究.pdf

1、由于人口的快速增長和工業(yè)化步伐的不斷加快，水污染變得越來越嚴(yán)重。污水中一般含有酸、堿、氧化劑，氯化物、氨、氟化物、硝基化合物以及銅、鎘、汞、砷等化合物。為了人們的健康，需要更多，更方便的能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測污水中離子濃度的裝置，以監(jiān)測水質(zhì)是否被污染。雙電層電容是通過在電極表面吸附電解質(zhì)離子來儲(chǔ)能的，其在低電解液濃度時(shí)的電容值隨電解液濃度的增大而增大，有望被應(yīng)用于污水的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
　　硅化物薄膜具有低電阻，高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，低的表面

2、逸出功，硅化鈦與硅工藝能很好的匹配，因此是一種很好的電極材料?？紤]到不同制備條件下制備得到的薄膜表面結(jié)構(gòu)有很大差別。另一方面，雙電層電容的電容值不僅與電極的孔隙率有關(guān)，還與孔尺寸、孔的拓?fù)鋵W(xué)特性，電解液中離子尺寸等都相關(guān)。因而研究不同薄膜制備條件與薄膜結(jié)構(gòu)的關(guān)系，不同電解質(zhì)離子在不同硅化鈦薄膜電極雙電層電容器中的表現(xiàn)，對提高材料的應(yīng)用性能，對控制和制備高性能器件將具有非常重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文通過APCVD法在玻璃基

3、板上制備了不同沉積溫度，不同硅鈦比例的TiSi2薄膜，并通過XRD，SEM，AFM研究了其結(jié)晶性和表面結(jié)構(gòu)，通過循環(huán)伏安測試研究了其雙電層電容特性，并分析了薄膜的表面結(jié)構(gòu)，電解液濃度和電解質(zhì)對其雙電層電容特性和循環(huán)伏安曲線形態(tài)的影響，并建立了它們之間的理論關(guān)系。
　　研究表明，不同硅鈦比例和沉積溫度下，TiSi2薄膜的結(jié)晶性和表面結(jié)構(gòu)分別受到吉布斯自由能和晶體成核與長大的影響?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)硅鈦比例，沉積溫度獲得具有不同表面結(jié)構(gòu)的Ti

4、Si2薄膜，要獲得低堆積密度，大粗糙度的TiSi2薄膜時(shí)，應(yīng)控制硅鈦比為2，沉積溫度為680℃和730℃。
　　硅化鈦薄膜，納米線均具有較好的雙電層電容特性，其循環(huán)伏安曲線呈準(zhǔn)矩形。TiSi2薄膜的雙電層比電容值與薄膜的堆積密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與薄膜表面粗糙高度呈正相關(guān)關(guān)系?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)硅鈦比例，沉積溫度獲得具有不同比電容的TiSi2薄膜，要獲得比電容值大的硅化鈦薄膜電極，應(yīng)控制硅鈦比為2，沉積溫度為680℃和730℃。
　　實(shí)

5、際雙電層電容體系中因存在串聯(lián)電阻，循環(huán)伏安曲線偏離標(biāo)準(zhǔn)的矩形。隨著串聯(lián)電阻的增大，曲線偏離矩形的程度增大。受薄膜表面精細(xì)結(jié)構(gòu)的影響，串聯(lián)電阻并非定值，其隨電壓變化符合下列關(guān)系式:R=R1+[R2-(KV)2]=R0-(KV)2這最終導(dǎo)致了大電壓處的電流峰的出現(xiàn)，電流峰隨著K的增大，R0的減小而增強(qiáng)。電流峰僅在電壓到達(dá)一定值時(shí)出現(xiàn)，且隨電壓掃描速率的增大而增大。
　　隨著電解液濃度的增大，TiSi2薄膜的電容值先線性增大，后達(dá)到飽和