喷雾热解氧化锰薄膜的结构和光学研究

摘要

二氧化锰薄膜由于其电学和光学特性，非常适合于电致变色光伏(ECPV)效应和超导现象(如太阳能电池)。采用简单、低成本的化学喷雾热解技术，在不同基底温度下在玻璃基板上制备了二氧化锰薄膜。采用x射线衍射(XRD)、透射率和紫外-可见(UV-VIS)光谱对MnO2薄膜进行了表征。XRD分析表明，MnO2薄膜具有立方结构。通过光学吸收研究了样品的透过率。材料的间接带隙随着温度的升高而增大。用CV、CA和CE研究了离子交换动力学。观察到的最大显色效率为17 cm2/C。

关键字

氧化锰，喷雾热解，XRD，带隙

简介

氧化锰(MnO₂)是过渡金属氧化物。它有许多光电应用。黑色，用作电极材料[1，2]、可充电电池、催化剂、传感器[3.]、电化学电容器[4，5]、磁电子器件[6］．MnO₂的不同结构，采用溶胶-凝胶[6]，真空热蒸发[10]， mocvd [10］．的MnO₂被用作合成磁性氧化物钙钛矿化合物的衬底，该化合物具有各种电气和磁性质，如金属绝缘体晶体管和巨大的磁电阻[7-9］．MnO₂采用溶胶-凝胶[6]， mocvd [10]，真空热蒸发[11]，喷雾热解[12］．不同结构的氧化锰(MnO, Mn₂O_3., MnO₂andMn_3.O₄)通常由不同的计算条件，启动化学前驱体体或薄膜制备。它们也可以通过改变煅烧时的温度和气氛(真空或空气、氧气、氢气等)来相互制备[11］．MnO₂采用化学喷雾热解技术在玻璃基板上制备薄膜，并对其结构、光学性能进行了讨论。（Fig.1.1）

实验的程序

采用典型的喷雾热解技术在玻璃基板上生长二氧化锰薄膜。将适量的前驱体粉(醋酸锰)在甲醇中室温溶解，根据公式制备喷雾溶液。

然后用压缩空气以1kg /cm的压力将该溶液雾化²在超声波清洗过的玻璃衬底上。所喷滴经过溶剂蒸发、溶质凝结和热分解，从而形成氧化锰薄膜。发生的化学反应由方程给出，

通过热电偶作为温度控制器的传感器，将基板温度维持在200℃、250℃和300℃(±2℃)。喷雾速率保持在12cc/min。载气流量保持在15 lit/min不变。

的MnO₂利用x射线衍射仪(Philips PW1710)在CuKα辐射下(λ = 1.5406 Å)对薄膜的结构性质进行了研究。透过率与波长测量使用UV-VIS- NIR分光光度计(日立330型)。

结果及讨论

结构分析

MnO的结构解析₂这部电影在图1.2．MnO的结构鉴定₂用x射线衍射法研究了在不同衬底温度下由醋酸锰沉积的薄膜。样品T1, T2, T3的衍射图如图所示图1.2)。将观测到的XRD图谱与JCPDS数据进行了比较[12］．所测得的d '值与标准d '值吻合较好，所有样品均表现出对应于(104)、(001)、(311)、(400)个平面的峰值。某些峰的位移的存在是由于晶体中由于成分的不成比例排列而存在的内部应变[13］．与JCPDS数据的比较证实了Mn(OH)的形成。₂和MnO₂．标准和观测值与相应的(hkl)面列于表1．

在200oC低温下制备的样品T1由Mn(OH)2相组成，表明乙酸锰热分解不完全。还观察到MnO的突出₂相随着沉积温度的升高而改善。在250℃下制备的薄膜由Mn(OH)2和λ- MnO组成₂在300℃下制备的薄膜由λ- MnO组成₂电影。

透光率分析

通过光学吸收和透射率的研究对薄膜进行了进一步的分析。用紫外光谱仪在400 ~ 800 nm波长范围内测定了薄膜的光吸收密度αt随波长λ的变化规律。对这些光学数据进行了进一步分析，计算了MnO的能带能₂使用这个关系的样本，

αo常数，hν光子能，Eg带隙能在哪里

N = 1/2为直接允许转换

N = 2为间接允许跃迁

Fig.1.3显示(αhν)的变化²Vs (hν)对于所有样本和fig.1.4显示(αhν)的变化^1／2Vs (hν)。图(αhν)直线部分的外推²v (hν)到零的吸收系数给出了直接带隙能的值和图(αhν)的外推。^1／2Vs (hν) to给出间接带隙能的值。结果表明，样品的间接带隙随温度的升高而增大。与其他样品相比，250℃时样品的直接带隙能最小。

结论

采用喷雾热解法制备了MnO2薄膜。结构分析揭示了薄膜的立方性质;还观察到MnO的突出₂相随着沉积温度的升高而改善。材料的间接带隙能随温度的升高而增大。

确认

作者向希瓦吉大学、科尔哈布尔、布拉姆德达达马内理工学院、索拉普尔大学物理系所有工作人员的合作表示衷心的感谢。作者还感谢大学科学和仪器中心(USIC)和公共设施中心(CFC)， Shivaji大学，Kolhapur的工作人员提供的帮助。

参考文献

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