The preparation and character research of Vanadium pentoxide thin films by sol-gel

氧钒化合物因其具有重要的特性而被人们广泛的研究。其中V2O5因为其良好的催化特性，而被广泛用作各种化学反应的催化剂。同时V2O5也具有很好的电化学性能，理论上，V2O5晶体中平均一个钒原子可以接受两个金属锂原子，具有良好的嵌锂性能，这使得把V2O5用作高容量锂离子电池的阴极膜有很大的吸引力。在电致变色方面作为离子储存膜，也得到了应用。 本课题采用sol-gel方法，以二乙酰丙酮氧钒和五氧化二钒粉末为前驱物，制备得到了钒的有机溶胶和无机溶胶，通过提拉和旋涂两种涂膜方式得到湿的凝胶膜，通过不同条件下的热处理，得到了五氧化二钒薄膜。利用傅立叶变换红外吸收光谱仪和热重分析仪研究了二乙酰丙酮氧钒溶胶的性质，探讨了溶胶的粘度、热处理温度、热处理气氛和陈化时间对薄膜的影响。通过X射线衍射分析，傅立叶变换红外光谱分析及UV-VIS-NIR光谱表征了五氧化二钒薄膜的结晶性和光学特性。 热分析表明二乙酰丙酮氧钒在氮气中300℃开始分解，在空气中250℃开始分解，据此，本实验的热处理温度选为350-550℃之间。二乙酰丙酮氧钒凝胶膜可以在空气，氮气中退火得到多晶五氧化二钒薄膜，在提纯的氮气以及氩氢气中得到的是非晶态的五氧化二钒薄膜。实验中得到的多晶五氧化二钒薄膜均沿着c轴生长。薄膜垂直于衬底平面生长，晶粒大小在24-45nm之间。所得薄膜的禁带宽度为2.0-2.4ev之间。随着热处理气氛中氧分压的减小，薄膜的附着力增大，空气中热处理获得的样品在受潮后容易脱落，而在提纯氮气中热处理得到的样品能耐受研磨；颜色由淡黄向暗绿色转变