研究目的
为开发具有紫外B波段防护性能的高透明Al-Zn-O复合薄膜,以应用于温室遮阳网系统,研究溅射气体中氧含量对其性能的影响。
研究成果
在6%氧含量下沉积的Al-Zn-O薄膜具有高可见光透过率(93.6%)和UV-B衰减率(14%),有望作为温室涂层材料,在最小化影响自然条件的同时保护植物免受增强的UV-B辐射。其带隙主要受ZnO/Al2O3比例影响,但可调范围有限。未来工作应聚焦于提升防护效率并解决实际应用相关因素。
研究不足
光学带隙的可调范围不大(4.7-5电子伏特),且对UV-B的衰减不超过17%。该研究仅限于特定的氧含量百分比和基底材料;要基于植物特定的光学需求、温室气候及能耗考量进行优化,还需进一步研究。
1:实验设计与方法选择:
采用圆柱形直流磁控溅射系统,在氧气/氩气混合气体中不同氧含量(3%、4.5%、6%、7.5%)条件下,于熔融石英和PMMA基底上沉积Al-Zn-O薄膜。该方法因具有更好的附着力、覆盖率和薄膜致密性而被选用。
2:3%、5%、6%、5%)条件下,于熔融石英和PMMA基底上沉积Al-Zn-O薄膜。该方法因具有更好的附着力、覆盖率和薄膜致密性而被选用。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:基底经含洗涤剂/蒸馏水的超声浴、乙醇和丙酮依次清洗后,于氮气流中干燥。薄膜在具有圆柱对称性的基底上同步沉积。
3:实验设备与材料清单:
设备包括圆柱形直流磁控溅射系统、能量色散X射线光谱仪(EDS,VEGA\TESCAN-LMU)、扫描电子显微镜(SEM,KYKY-EM3200)、原子力显微镜(AFM,Park Scientific Instrument)及双光束分光光度计(Cary 500 UV-Vis-NIR)。材料包含熔融石英和PMMA基底、锌圆筒(纯度99.99%)、铝丝(纯度99.9%)、氧气和氩气。
4:0)、原子力显微镜(AFM,Park Scientific Instrument)及双光束分光光度计(Cary 500 UV-Vis-NIR)。材料包含熔融石英和PMMA基底、锌圆筒(纯度99%)、铝丝(纯度9%)、氧气和氩气。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:腔室抽至3.2×10^-3 N/m2本底压强后,通过气体混合达到2.9 N/m2沉积压强。在室温下以恒定200 mA直流电流及变化电压(369-463 V)进行165秒沉积。沉积后采用EDS(镀金样品)、SEM测量厚度、AFM分析形貌、分光光度计测定光学性能。
5:2×10^-3 N/m2本底压强后,通过气体混合达到9 N/m2沉积压强。在室温下以恒定200 mA直流电流及变化电压(369-463 V)进行165秒沉积。沉积后采用EDS(镀金样品)、SEM测量厚度、AFM分析形貌、分光光度计测定光学性能。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:化学成分由EDS光谱确定,厚度通过截面SEM图像获取,形貌特征源自AFM图像,光学性能(透过率、带隙)依据UV-Vis分光光度计数据,采用Tauc图计算直接带隙。
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Double-beam spectrophotometer
Cary 500
Cary
To identify optical characteristics such as transmittance and optical band gap
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Energy-dispersive X-ray spectroscopy
VEGA\TESCAN-LMU
TESCAN
To determine the atomic percentage of different elements in the films
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Scanning electron microscopy
KYKY-EM3200
KYKY
To measure the thicknesses of the thin films using cross-sectional images
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Atomic force microscope
Park Scientific Instrument
To investigate morphological characteristics in contact mode
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Cylindrical DC magnetron sputtering system
To deposit thin films on substrates
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