氧化锌薄膜表面可控浸润性研究

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众所周知,浸润性是固体表面的重要特征之一,无论是在工农业生产还是人们的日常生活中,浸润都是一种非常重要的现象。寻找具有特殊浸润性和可控浸润性材料一直是人们关注的热点。ZnO是一种n型的宽禁带半导体材料,带隙3.2 eV。其平滑的表面即显示疏水性质,并且用紫外光照射后显示亲水性。因为具有这些属性,所以研究它的浸润性是十分有意义的。本论文用电化学沉积的方法,选取不同的沉积参数,制备了一系列超疏水性质的ZnO薄膜,详细讨论了沉积温度、沉积电压、电解液浓度对薄膜的表面形貌和浸润性的影响。结果显示,各种沉积条件都可以影响ZnO薄膜的表面形貌,引起粗糙度的变化。其中沉积电压和电解液浓度对表面形貌的影响较大,引起粗糙度变化对接触角的影响也比较大,而沉积温度对形貌的影响还不足以引起接触角的明显变化。本文还研究了薄膜的可控浸润性,详细讨论了浸润性转化的机理。实验中发现新制备薄膜显示高度的亲水性,接触角仅有几十度,但在空气中放置和加热处理都可以使接触角变大,由亲水性转变为疏水性。这是因为表面上吸附的水分子可以在空气中放置和加热的条件下被氧所取代而使接触角逐渐增大,并且加热处理的方法更可以使这个过程在较短时间内完成,使薄膜显示出超疏水状态。这种处理过的超疏水表面经紫外光照射以后可以从超疏水状态转化到超亲水状态,其接触角降低到0o。这是由于在紫外光的照射下,表面产生氧空位,吸附空气中游离的水,降低表面能,并在表面形成大量的亲水点,使接触角降低到0o。重复这种加热和紫外光照射的过程可以实现从超疏水到超亲水的重复变化,并且在最初的一个循环里,这种变化几乎是完全可逆的。
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