采用电沉积法制备WO3薄膜
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- カテゴリ: 钨业知识
- 2015年2月11日（水曜）17:37に公開
- 参照数: 3004
电沉积法的原理是在电解液中通入电流进行电解，从而在工作电极表面得到沉积薄膜。Thierry采用电沉积法制备了WO3薄膜，Monk利用电沉积法成功制备了含多种金属氧化物的WO3薄膜，并对其电致变色性能与纯WO3薄膜进行了对比研究。该法制备WO3薄膜的基本过程为:将2g 金属钨粉(99.99%分析纯)溶解在10mL且浓度为30%的过氧化氢溶液中，待放热反应结束后，再添加100mL蒸馏水和20mL无水乙醇;以透明导电玻璃为工作电极，纯净铂片为阳极，在450mV的电势下电解60min，即可在工作电极上得到WO3薄膜。此外采用新鲜配制的Na2 WO4和H2 SO4 的悬浮液电沉积以及直接采用Na2WO4溶液电沉积，也可以制备出WO3薄膜。与其他方法相比，用电沉积法制备WO3薄膜，设备简单，不需要高温以及高真空度，可控性强。该法在制备复合氧化物薄膜上具有优势，尤其是制备电负性较大的氧化物薄膜。
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采用化学气相沉积法制备WO3薄膜
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- 2015年2月11日（水曜）17:34に公開
- 参照数: 3703
化学气相沉积(CVD)是利用气体原料在气相中通过化学反应形成并经过成核、生长两个阶段合成薄膜、粒子、晶须等固体材料的工艺过程。CVD技术有多种，如快热CVD、等离子体增强CVD、低压CVD等。采用CVD制备WO3薄膜也是一种常用的方法。Maruyama等用W(CO)6作为原料，加热到60～100 ℃，产生蒸气，再用载气N2将产生的蒸气以300cm3/min的流速载入，W(CO)6在反应室中分解，可使WO3沉积到基底上。后来Ma-ruyama又采用P-CVD(photo-CVD)方法对化学气相沉积进行了改进，在沉积过程中加入一低压汞灯，增加了WO3沉积率并提高了薄膜质量。化学气相沉积法具有多功能、工艺可控、过程连续且产品纯度高等特点，但成本高，规模扩大困难，不适合薄膜的工业化制备。
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采用溅射法制备WO3薄膜
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- 2015年2月11日（水曜）17:32に公開
- 参照数: 2595
溅射法是用高能量惰性气体离子轰击固体表面(靶)，使固体原子(或分子)从表面射出，并沉积到衬底或工件表面形成薄膜的方法，属于物理气相沉积的一种。溅射法又分为直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应溅射、中频溅射与脉冲溅射、偏压溅射、离子束溅射等。其中磁控溅射技术因具有沉积速度较高、工作气体压力较低等特点而应用最为广泛。AMonteiro等采用直流磁控反应溅射法在ITO玻璃衬底上沉积了WO3 薄膜，膜厚为360～570nm，是通过溅射出来的钨原子与氧气反应沉积而成的，研究表明该薄膜的光学特性与薄膜中的氧空位有很大关系。KAguir等采用交流磁控反应溅射法在SiO2/Si 衬底上沉积WO3 薄膜，金属钨作为靶，混合气体为氧气和氩气，薄膜厚度约为50nm，在400 ℃温度下进行退火处理，用于制作O3气体传感器，研究表明该薄膜在一定温度下对O3非常灵敏。AAAkl 等以钨作靶材，ITO玻璃作为衬底，气体为氧气和氩气的混合气体，氧气和氩气的分压分别为30%和70%，为了得到不同形态的薄膜，采用对衬底加热和不加热两种实验，最后得到无定形薄膜和晶体形态的薄膜，在无定形薄膜中发现有晶体颗粒的存在，且随着衬底温度的升高，晶体颗粒数量的增加要比其尺寸的增大更快一些，同时薄膜的电导率与薄膜成分中的氧含量有着密切关系。
用溅射法制备纳米薄膜材料有以下优点:(1)可制备多种金属包括高熔点和低熔点金属的纳米薄膜;(2)能制备多组元的化合物纳米薄膜材料;(3)制备参数易控制、粒径较均匀。但是该法的成本较高，不适宜大面积制备薄膜。
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采用真空蒸发法制备WO3薄膜
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- 2015年2月11日（水曜）17:29に公開
- 参照数: 2774
目前制备WO3 薄膜的方法有:蒸发法、溅射法、溶胶-凝胶法、电子束蒸发法、化学蒸气沉
积法、阳极氧化法、电沉积法、脉冲准分子激光沉积法、离子镀法等。由于其中有的方法技术复杂、工艺条件苛刻，因此其应用受到限制。目前使用较多的是蒸发法、磁控溅射法、溶胶-凝胶法等。其中溅射法具有稳定、方便、快速、薄膜均匀等特点，蒸发法也具有快速、稳定、薄膜纯度高的优点，但都存在仪器庞大、成本昂贵的问题，所以小型实验室多采用仪器简单、成本低、易大面积成膜的溶胶-凝胶法。
真空蒸发法的原理是在高真空条件和不同气氛(高纯惰性气体)中，对WO3进行加热蒸发，依靠气态WO3在惰性气体介质中冷凝形成微粒薄膜。Benjamin等采用此法成功研制成了WO3薄膜，基本过程为:在真空室中(～1.33×10-3Pa)加热WO3粉末，蒸气在基片上冷凝，即得WO3薄膜。薄膜的厚度及成膜速率可以通过膜厚监控仪监控。利用真空法制备WO3薄膜，加热源也发展为电弧加热、电子束加热、激光束加热等，其中电子束蒸发制备WO3薄膜得到了较好的发展。真空蒸发法制备的薄膜纯度高、颗粒分散性好，通过改变、控制气氛压力和温度，可制得颗粒尺寸不同的纳米薄膜。但该法成本高，不适宜制备大面积的薄膜。
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WO3纳米薄膜
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- 2015年2月11日（水曜）17:27に公開
- 参照数: 2712
纳米微粒是指粒度介于1～100nm之间的粒子。纳米微粒区别于宏观物体结构的特点是它具有较大的比表面积，并且表面原子数、表面能和表面张力随粒径的减小而急剧增加。由于表面原子数的增多，原子配位不满以及高的表面能，导致了纳米微粒表面存在许多缺陷。纳米微粒的这种结构特征使其表现出体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，从而在磁性材料、电子材料、光子材料、高致密材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面具有广泛的应用前景。纳米料材料已成为当今乃至21世纪材料领域最富有吸引力的热门研究课题之一。
近年来，纳米薄膜的制备技术得到了不断发展。纳米薄膜由于具有特殊的光、电、磁等性能而越来越受到人们的重视，特别是作为光学材料的研究发展很快。WO3是典型的电致变色材料，具有高的变色效率和相对较低的价格，一直以来是人们首选的无机电致变色化合物。Deb最早报道了WO3薄膜的电致变色特性并对其变色机理作了解释。许多研究工作表明，WO3薄膜尤其是非晶态氧化钨薄膜有着广阔的应用前景，可制备各种电致变色装置和灵巧调光窗(智能窗)，实现对太阳光的智能调控，改善生存环境，节约能源。
WO3不仅是典型的电致变色材料，也是一种常用的气敏材料，具有气致变色特性。随着对环境保护意识的增强，人们已相继开发出了各种各样的气体传感器。WO3作为一种高灵敏度气敏材料，特别是作为氧化氮、硫化氢、氨气、氢气等的气敏材料的应用，近年来受到材料科学者的普遍关注。
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低品位白钨矿生产仲钨酸铵矿物分解方法-苏打压煮法
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- 2015年2月09日（月曜）18:00に公開
- 参照数: 2965
伴随着我国钨金属需求以及硬质合金加工行业的发展，消耗了大量的黑钨精矿。而我国钨资源主要是白钨矿，而且我国的白钨矿存在低品位，高杂质的问题。
苏打压煮法不仅适用于处理标准钨精矿，而且也能有效分解低品位钨精矿。白钨矿与苏打发生以下反应：CaWO4+Na2CO3生成Na2WO4+CaCO3，反应平衡常数随温度升高而增大。钨的浸出率也与苏打溶液的原始浓度有关，原始浓度为30-230克/升时，对浸出率没有影响：大于230克/升，其浸出率则显著下降。对这种现象有两种解释，一是认为苏打浓度过高，将生产结膜性不溶性化合物Na2CO3.CaCO3，并在精矿离子表面形成固体覆盖膜，影响矿石分解。二是认为在加压下，CaCO3的浓度随苏打浓度的增加而显著变大，抑制白钨矿的浸反应。用苏打溶液浸出低品位白钨矿的最佳工艺条件是：温度225，压力25公斤/平方厘米，碳酸钠用量为理论量的4.5倍，液固比为3，浸出时间2小时，在上述条件下，钨的浸出率可达到97-99%。
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WO3薄膜的研究与应用（二）
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- 2015年2月06日（金曜）09:53に公開
- 参照数: 2799
（3）气体传感
环境气体影响材料电学性质的表现形式，一般地讲，就是材料的气敏性能。Shaver首先报道了wO3薄膜对H2及其它含氢气体（N2H4、NH3、H2S等）的气敏性能。近年来人们发现WO3材料对其它一些气体，特别是像氮氧化物这样的有毒气体也具有较好的敏感特性。w03材料对NO和H2S等有毒气体的敏感性能使在实际中对这些气体的探测成为可能，具有极为重要的应用价值。这方面的工作正在比较系统的深入展开，预计将在汽车尾气监测等方面得到实际应用。
（4）光解水制氢电极材料
日本学者Fujishima和Honda自上世纪六十年代末对光照n-型半导体TiO2电极导致水的分解从而产生氢气这一现象的发现，揭示了利用太阳能分解水制氢的可能性。作为太阳能分解水制氢的光电极材料必须满足以下几个条件：材料在电解液中要耐酸腐蚀；材料要能够耐光腐蚀；最关键的一点是材料要具有合适的禁带宽度。禁带宽度太低不能使水分解（使水分解的电压应在1.23v以上），禁带宽度太高，材料只能吸收太阳光中的紫外光，效率会太低。而氧化钨薄膜材料可以较好地满足上述条件，因而在太阳能光解水制氢领域具有很好的前景。
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WO3薄膜的研究与应用（一）
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- 2015年2月06日（金曜）09:51に公開
- 参照数: 2945
三氧化钨薄膜具有良好的电致变色性能，并在电致变色领域得到了广泛的应用；同时，人们发现三氧化钨薄膜还具有许多其它优异的性能，以下分别作以简单介绍。
（1）光致变色
三氧化钨薄膜在紫外光照射下，能变为蓝色，在加热条件下又可以恢复到无色状态，表明三氧化钨薄膜是一种很好的光致变色材料。光致变色材料可用于光信息存储、生物分子活性的光调控、露光计、自显影感光胶片和全息摄影材料、光计算、防伪与装饰材料、印刷板、伪装材料和鉴伪等领域。下面以其在光全息存储方面的应用为例进行简单的说明。
光致变色材料曝光时，光致变色膜层的折射率将发生变化，尤其是记录波长与介质吸收谱非共振时，膜内部折射率可产生显著的变化。此时全息的衍射效应主要来源于折射率变化而不是介质吸收的改变。此时，光致变色材料可看作位相型记录材料。光致变色材料具有无颗粒和宽的动态范围特征，分辨率仅受一记录光的波长的限制，并且，记录光功率足够强，则不必采用干法或湿法显影，而只需光照就可以在原位记录或擦出全息图。
（2）催化降解
近年来，半导体氧化物光催化作为一项新的污染治理技术，日益受到重视。与其它方法相比，该方法具有高效节能、清洁无毒、无二次污染和工艺简单等特点，在污水处理及生活用水的深度处理等方面有着广阔的应用前景。w03的禁带宽度较低，利用可见光就能达到较好的降解效果。鉴于环境保护及可持续发展的要求，这是一个很有意义的研究与应用领域。
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WO3的基本物理化学性质
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- 2015年2月06日（金曜）09:20に公開
- 参照数: 4635
WO3分子量为231.85，理论密度7.16g/cm3，不溶于水，不溶于酸，微溶于HF，可溶于热碱、氨水。钨的外层电子构型为sd46s，因此在其化合物中可呈现+2，+3，+4，+5和+6共计5种价态，也常常出现不同价态共存的情况。WO3是钨的最高价氧化物，通常在WO3中氧的含量并不满足严格的化学计量比，以WO3-x的形式来表示。由于存在有一定程度的氧缺位，使得部分W6+离子还原为W5+离子，形成钨的五、六价混合价态氧化物。
WO3的分子式相当简单，但它的物理性质却十分的复杂。WO3的熔点据文献报道是1473℃，但在1100℃时就开始升华，升华热为459.8kJ/mol。严格满足化学计量比且无任何杂质的三氧化钨，应是无色透明的绝缘体，室温下其禁带宽度约为2.9eV。非化学计量的WO3-x则呈现n型半导体行为，禁带宽度2.4~2.8eV。由于WO3结构的相变，随着温度的变化，WO3的电阻率会出现跃变现象，其电阻率一般在0.3~10Ω·cm范围。
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三氧化钨薄膜的掺杂
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- 2015年2月06日（金曜）08:42に公開
- 参照数: 2927
三氧化钨薄膜掺杂不同的元素后会明显地改善其某些特性，例如提高薄膜对某种气体的灵敏度和选择性等。三氧化钨薄膜掺杂一般都是向三氧化钨溶胶中掺入金属离子或者以三氧化钨薄膜作衬底来溅射稀有金属，如Pt，Au等。金属离子都是以其氧化物或相应的金属盐的形式加入的，其中有LiN03, RbCl，CsCl，Bi(N03)3，AgN03，其余皆为金属氧化物。掺入不同的金属离子添加剂，制成的气敏元件特性会有明显的不同。掺钯或铂后大大提高对氢气的灵敏度，掺锂后三氧化钨薄膜的电致变色性能得到很大改善尤其是加快了着色时间和褪色时间，掺杂银可以提高三氧化钨薄膜对二氧化硫气体灵敏度。
S.Sekimoto等制备的光纤氢气传感器使用掺杂了钯或铂的三氧化钨薄膜作氢敏元件，测试结果
表明加入钯或铂可以提高薄膜对氢气的灵敏度，而且加入钯或铂可以缩短响应时间，尤其是掺铂响应更快速。YasuhiroShimizu等在三氧化钨薄膜中掺杂了1.0%的Ag有效地提高了在450℃下对SO2的灵敏度和选择性。C.O.Avellaneda等制备了掺杂15%Li 的三氧化钨薄膜，研究表明该掺杂薄膜的电致变色机理与未掺杂的三氧化钨薄膜相同，但未掺杂的薄膜着色和褪色时间都要长一些。C.N.Xu等在三氧化钨薄膜中掺杂了Au和三氧化钼以提高三氧化钨薄膜对NH3的选择性。
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