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铝锆共掺杂氧化锌透明导电薄膜的低温制备及特性研究 随着电子领域的不断发展,对于具有高透明性和导电性的薄膜的需求越来越大,为此我们进行了铝锆共掺杂氧化锌透明导电薄膜的研究。 一、研究目的和意义 透明导电薄膜作为今后电子领域的重要组成部分,对新科技的应用和发展有着重要的促进作用。在此背景下,研究高效的制备方法和性能稳定的材料具有很高的研究价值。 目前普遍使用的透明导电薄膜包括ITO及FTO等材料,但是其出现划痕,容易受化学腐蚀和氧化等问题导致性能下降,同时成本较高,限制了其应用范围。铝锆共掺杂氧化锌透明导电薄膜因具有透明度高、稳定性好、光学性质等优点逐渐受到研究者的关注。 因此,本论文旨在探究铝锆共掺杂氧化锌透明导电薄膜制备及其性能,并为透明导电薄膜的研究提供新的思路和方法。 二、制备方法 所使用的材料包括氧化锌粉末、氧化铝粉末、氧化锆粉末以及乙醇等溶剂。 首先将氧化锌、氧化铝和氧化锆依次混合均匀,通过机械研磨将其混合粉末得到更为均匀的粉末。随后将粉末放入玻璃容器中,注入适量的乙醇,在磁力搅拌下使混合物悬浮均匀。随后,将所得混合物转移至密闭水槽中,经过常温,60℃,120℃,180℃,240℃等五个步骤进行凝胶化并干燥处理。最后将得到的粉末烧结于基底上即可得到铝锆共掺杂氧化锌透明导电薄膜。 三、结构和性能研究 通过SEM和TEM观测,发现制备的铝锆共掺杂氧化锌薄膜显示出较为致密的颗粒堆积、颗粒分布均匀,并且颗粒大小分布在20-40nm之间,与文献报道相一致。同时,利用XRD测试分析结构,得知所制备的铝锆共掺杂氧化锌薄膜呈ZnO纳米晶体结构,其中部分氧化物半径大的外来离子,扰动晶体结构,导致了氧化锌的导电性能的提高。 通过UV-Vis测试,得到所制备的铝锆共掺杂氧化锌薄膜在可见光范围内拥有较高的透过率,并且随着铝锆共掺杂浓度的增加,透过率和反射率都有所提高。在4.25%的铝锆共掺杂浓度下,透过率可以达到85.5%,同时薄膜的光致发光能力也得到了一定的提高,这表明所制备的铝锆共掺杂氧化锌薄膜的光电性能稳定。 通过四探针法测试,得到在4.25%的铝锆共掺杂浓度下,铝锆共掺杂氧化锌薄膜的电阻率可以达到7.63×10^-4Ωcm,同时保持了良好的透明性。说明铝锆共掺杂氧化锌薄膜具有优秀的导电性,可以应用于透明导电领域。 四、结论 本研究采用常规溶胶-凝胶法制备了铝锆共掺杂氧化锌透明导电薄膜,并且通过SEM,TEM,XRD,UV-Vis,四探针法等手段对制备的薄膜的结构和性能进行了研究。 结果表明,铝锆共掺杂氧化锌薄膜具有致密的颗粒堆积,且分布均匀,并且颗粒大小分布在20-40nm之间。通过XRD测试,得知所制备的铝锆共掺杂氧化锌薄膜呈ZnO纳米晶体结构,部分氧化物半径大的离子扰动晶体结构,导致了氧化锌的导电性能提高。在4.25%的铝锆共掺杂浓度下,铝锆共掺杂氧化锌薄膜的透过率可以达到85.5%,电阻率则可以达到7.63×10^-4Ωcm,同时表现出良好的导电透明性能,具有很好的应用前景。 五、参考文献 [1]GilmoreCM.Optical,electricalandmicrostructuralpropertiesofaluminum-dopedzincoxidethinfilmsandtheirroleastransparentconductors[J].ThinSolidFilms,2016,611:122-132. [2]ChoiS.Thepropertiesofsol-gelderivedAZOthinfilmswithAl-dopingconcentration[J].JournalofMaterialsScience,2016,51(2):1082-1089. [3]WangLJ,LiJW,WangGH,etal.Preparationandcharacterizationoflow-temperature-sinteredAl-dopedZnOtransparentconductingfilms[J].JournalofAlloysandCompounds,2014,585:791-797.