为了分析溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜的光学常数, 采用旋涂法制备了多层TiO2薄膜, 利用扫描电镜对表面形貌进行了分析, 利用椭圆偏振光谱对薄膜的折射率色散和孔隙率进行了拟合分析, 并利用原位共角反射光谱对拟合结果进行了验证, 得到了TiO2薄膜厚度、孔隙率和折射率色散曲线。结果表明, TiO2薄膜厚度与旋涂层数成线性关系, 薄膜孔隙率约为15%且与旋涂层数无关, New Amorphous色散模型可以较好地拟合溶胶-凝胶旋涂方法制备的TiO2薄膜在1.55eV~4.00eV波段的椭偏光谱。该研究为溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜的光学常数测量提供了参考。

热传导规律的研究在激光诱导薄膜材料改性等应用中有着重要的作用, 本文针对二氧化碳激光器辐照下的二氧化钛(TiO2)薄膜表面的热效应进行了理论仿真和实验研究。首先, 对具有粗糙上表面的TiO2薄膜, 利用有限元法构建了连续激光作用下的TiO2薄膜的立体模型并得到了其三维温度场分布。然后使用CO2激光器进行辐照实验, 分析了辐照时间和功率等参数对TiO2薄膜形貌、晶相以及颜色的影响。仿真表明, 连续激光辐照下TiO2薄膜的瞬态温度场呈高斯分布, 且与激光功率、光斑半径、辐照时间等因素有关。当表面温度小于分解温度时, 薄膜上表面最大平均温度与激光功率满足线性关系, 与光斑半径满足ExpAssoc非线性关系。实验结果表明, 激光辐照引起TiO2薄膜材料表面粗糙度降低且颜色变化。激光功率过小或辐照时间过短会导致有效作用面积小且不均匀, 反之会产生热形变 。结合仿真和实验可知使用功率为6 W, 半径为3 mm的连续激光辐照TiO2薄膜10 s时取得的处理效果最优。

采用溶胶-凝胶法制备了聚乙二醇(PEG2000)改性TiO₂薄膜,研究了PEG2000添加量对TiO₂薄膜的微结构、表面形貌、透射率和自清洁性能的影响。以紫外光为光源,分析了PEG2000含量对TiO₂薄膜光催化活性的影响。结果表明,所制备的薄膜均为锐钛矿结构;通过调节PEG2000的添加量,可以调控薄膜的微观结构,从而调控TiO₂薄膜的光学性能和自清洁性能。

为了获得性能优良的二氧化钛薄膜,采用电子束蒸发沉积方法制备二氧化钛薄膜,并分别在300、600、900 ℃空气中对样品进行退火处理以改善所制备二氧化钛薄膜的性能。分别采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)以及分光光度计研究了退火温度对二氧化钛薄膜结构和光学性能的影响。结果表明,退火处理可以使二氧化钛薄膜由非晶态薄膜转换为金红石型薄膜,且金红石晶型成分随退火温度的加大而增大,同时退火处理可以改善二氧化钛薄膜在300～1 200 nm光谱范围的总吸光率以及增大二氧化钛薄膜的应用范围。

新型波导型准直投影系统利用衍射光栅，仅使用一块波导板即可完成光束的耦合、扩展和成像，更利于系统集成和小型化，具有很高的研究价值。基于严格耦合波理论建立了新型波导型准直投影系统中衍射光栅的Matlab模型，并根据系统对衍射光栅的性能需求，对耦合光栅、扩展光栅和出射光栅的模型进行分析，设计衍射光栅的结构及相关参数。结果表明，采用新型闪耀光栅作为耦合光栅，扩展光栅设计为普通二元光栅和新型二元光栅相结合，采用闪耀光栅作为出射光栅，所得的新型波导型准直投影系统成像均匀，视场为24.8°×30°，系统占用空间小、质量轻，可用于集成和小型化的显示器。

采用电子束热蒸发技术在K9玻璃基底上以不同的沉积入射角沉积了单层TiO2薄膜，研究了不同入射沉积角沉积的TiO2薄膜的光学特性、填充密度和表面粗糙度，并比较了不同膜层厚度下薄膜表面粗糙度与入射沉积角之间的关系。研究结果表明，随着入射沉积角的增加，TiO2薄膜的透射率增加，透射峰值向短波移动，薄膜的填充密度从入射沉积角0°时的0.801 降低到入射沉积角为75°时的0.341；薄膜的表面粗糙度随着入射沉积角的增加而增加，当入射沉积角为75°时，薄膜的表面粗糙度略高于基底的表面粗糙度。在沉积入射角不变时，随着膜层厚度的增加，膜层的表面粗糙度降低。

以四氯化钛为源物质, 氩气为载气, 氧气为反应气体, 利用低温等离子体增强化学气相沉积在硅基表面制备出了TiO2薄膜。使用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪等检测分析表征TiO2薄膜的性能与性质, 并探讨了工艺条件如基片材料、沉积时间和基片温度对薄膜性能的影响。结果表明：制备的薄膜表面光滑均匀, 结构致密, 最小晶粒尺寸约15 nm; 薄膜的晶型主要依赖于沉积温度, 低于300 ℃沉积的薄膜是无定形的, 300 ℃之上沉积的薄膜是锐钛矿结构。

二氧化钛薄膜材料具有较好的光致催化和亲水特性,但其对可见光低的利用率极大地限制了应用。通过非金属掺杂可以有效提高其光催化性能。采用射频磁控溅射法,以Ar/N2为工作气体,在石英衬底上制备出了掺氮TiO₂纳米薄膜,在氮气中经不同温度退火处理,用X射线衍射法(XRD)、X射线电子能谱线(XPS)、扫描电镜(SEM)和紫外可见(UV-vis)等方法对薄膜的结构、掺杂情况、表面特性和光吸收性能进行了分析。XRD结果显示在退火600 ℃下薄膜为锐钛矿结构;XPS分析表明氮原子已成功掺入TiO₂中;SEM结果显示薄膜表面均匀平整,平均粒径约为30 nm;UV-vis结果发现,薄膜的光吸收边较未掺杂样品出现了显著红移,表明薄膜具有良好的可见光光催化活性。对薄膜进行了亲水性测试,可见光照射下,30 min后薄膜的水接触角即小于10°。

Nano-TiO₂ thin films are deposited by radio frequency (RF) magnetron sputtering using TiO₂ ceramic target and characterized by X-ray diffractometer, atomic force microscope, and ultraviolet-visible spectrophotometer. The photocatalytic activity is evaluated by light-induced degradation of methyl orange solutions (5, 10, and 20 ppm) using a high pressure mercury lamp as the light source. The film is amorphous, and its energy gap is 3.02 eV. The photocatalytic degradation of methyl orange solution is the first-order reaction and the apparent reaction rate constants are 0.00369, 0.0024, and 0.00151 for the methyl orange solution concentrations of 5, 10, and 20 ppm, respectively.