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1、------------------------------------------------------------------------------------------------TiO2薄膜光学性质的研究第24卷第7期2005年7月 大 学 物 理 COLLEGE PHYSICSVol.24No.7July.2005李 丹1,何愿华2,柳清菊2(11广西师范大学物理与信息工程学院,广西桂林 541004;21云南大学材料科学与工程系,云南昆明 650091) 摘要:以磁控溅射制备的TiO2薄膜为样品,通过对薄膜折射率、吸收系数、膜厚度与入射光波长
2、相互关系的分析,获得了TiO2薄膜的折射率、吸收系数与入射光波长的关系式,以及TiO2薄膜厚度的计算公式.关键词:TiO2薄膜;光学性质;折射率;吸收系数中图分类号:O484.4+1文献标识码:A文章编号:100020712(2005)0720036204 纳米TiO2薄膜具有许多特异的性能,如:光催化性、超亲水性、抗菌性、光电特性、电致变色性等,其中大多数与其光学性质有密切的关系[1～6],因此对它的光学性质的研究,将对其产生各种性质的机理的探讨具有重要意义.本文以磁控溅射法制备的TiO2薄膜样品为例,分析TiO2薄膜的光学性质.()2-αd2αd1-R2e
3、-——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------(2)则透射率T为2-αdT==αI01-R2e-2d(3)1 TiO2薄膜的制备采用磁控溅射法制备TiO2薄膜.过改进的JS-450≥平均粒径为0.23TiO2,6.5mm,直径53.5mm,密度1.71g?cm-3对于普通玻璃,当入波长在400nm～1100nm,ν1,T≈1+R(4)由式(1
4、)和式(4)可推出玻璃的折射率与透射率间的关系为T=;以普通载玻片为衬n+12(5)底,在其上镀制TiO2薄膜.溅射制膜时,阳极电压为1.4kV,阳极电流为0.15A,溅射时间为50min.2.1 ——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------TiO2薄膜的透射率利用UV-VIS8500型双光束分光光度计检测以普通载玻片为衬底的TiO2薄膜的透
5、光特性,测量时,参比样品为空气.对于玻璃衬底上的TiO2薄膜来讲,光入射到薄膜表面和穿过薄膜时将在薄膜的两个表面来回反射,如图1所示.考虑反射光束之间的干涉及光线通过玻璃衬底后的透光率,式(3)和式(5)显然不能满足要求,较准确的透射率可由下式[8]给出:2 相关的理论公式光通过介质的透射率T定义为透射光强I和入射光强I0之比,即I/I0.设介质的厚度为d,当光垂直入射时,反射率R为2R=(n+1)2(1)其中n为介质的折射率,空气折射率为1.设介质对入射光的吸收系数为α,则光通过厚度为d的介质时的透射光强为[7]I=I0(1-R)e2-αd1+Re2-2αd+
6、Re——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------4-4αd图1 光在薄膜中的反射与折射+= 收稿日期:2004-11-04 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50162002)),女,湖北沙市人,广西师范大学物理与信息工程学院高级讲师,主要从事普通物理的教学与研究. 作者简介:李丹(1965—第7期 37T=B-Cxcosφ+Dx2(6)和
7、折射率的误差在计算中对薄膜的厚度影响很大,为此反复运用式(14)取平均值可减小误差.322其中A=16n21n,B=(n1+1)(n1+n),C=2(n1232-1)(n21-n),D=(n1-1)(n1-n),φ=3 结果与讨论3.1 衬底折射率的计算πndλ,x=e——————————————————————————————————————-------------------------------------------------------------------------------------------------αd,n1为TiO2薄膜的折
8、射率,λ为入射光波长.上
