退火温度对氧化镍(NiO)薄膜的影响

1、退火温度对氧化镍(NiO)薄膜结构的影响

           Si片上制得的NiO薄膜的X射线衍射结果如图1所示。可以看出，在室温条件下沉积的薄膜除了Si基片的衍射峰外，并没有明显的NiO 衍射峰出现，这表明薄膜表面可能是无定型的NiO。在400～700℃退火条件下所制备的薄膜分别在2θ＝37.4°、43.2°和62.8°处出现了NiO 的衍射峰，且衍射峰随退火温度的升高而逐渐变窄，峰的强度也随之增加，说明薄膜粒径随退火温度升高而逐渐增大，相对结晶度增加。其中37.4°和43.2°的衍射峰可归属于典型的立方结构NiO 的（111）和（200）面的衍射峰，表明形成了有取向结构的NiO 薄膜，这与工控论坛上提到的用脉冲激光沉积法制备的NiO 薄膜的XRD 衍射结果相似。

         显然，退火温度明显影响NiO 薄膜材料的晶化程度，退火温度升高，有利于NiO 薄膜晶化。利用（200）面的衍射峰，由Scherrer 公式计算可知，当退火温度为400℃、500℃、600℃和700℃时，薄膜表面晶粒的大小分别为13.1、18.3、26.6 和59.9 nm。薄膜的晶粒随着退火温度的升高而增大，其原因是薄膜的生长过程中发生了晶粒的相互“吞并”。退火温度越高，小晶粒相互“吞并”的越快，该因素使薄膜的晶粒越来越大。薄膜颗粒的大小，将对NiO 薄膜的电化学性能产生较大的影响。随着退火温度的升高，薄膜的晶体结构更加完整，但随着颗粒逐渐变大，表面易出现裂纹和针孔，甚至会出现薄膜的剥落，这极易导致电池出现短路或自放电现象，影响电池的储存和安全性能。

1 Si 片上沉积的NiO 薄膜在不同退火温度下的XRD图谱

2、退火温度对氧化镍(NiO)薄膜形貌的影响

         图2 给出了不锈钢基片上沉积的不同退火温度下NiO 薄膜的SEM 照片。可以发现，经400℃退火条件下的NiO 薄膜致密光滑，表面粒子非常小，且分布均匀；500℃退火处理的薄膜颗粒略有增大，但变化不大，呈现无序的致密结构，薄膜厚度均匀，表面光滑，和基片结合紧密；而经600℃、700℃退火后，不锈钢基片上NiO 薄膜有不同程度的脱落，特别是700℃退火后的基片，薄膜脱落较严重，这可能是退火条件不妥所致。

图2 不锈钢基片上沉积NiO 薄膜的SEM照片

         当升温速率或降温速率较快时，热膨胀引起的内应力得不到及时释放，如果内应力大于薄膜本身的附着力，将造成薄膜的龟裂、脱落，这将大大影响薄膜的电化学性能。若采用较小的升降温速率，则有可能获得表面形貌较好的NiO 薄膜。显然，退火条件是形成均匀NiO 薄膜的重要因素之一。