新型無鉛鈣鈦礦納米材料的制備及其光學性質(zhì)分析

張永軍

（甘肅能源化工職業(yè)學院，甘肅 蘭州 730207）

相比較傳統(tǒng)的半導體納米結(jié)構(gòu)，以及其他類型的材料，新型無鉛鈣鈦礦納米材料，化學結(jié)構(gòu)異常優(yōu)異，因此它具有較為突出的電學性質(zhì)和光學性質(zhì)。倘若相關(guān)技術(shù)研究人員可以在供電領(lǐng)域，進行該種類材料的更深入研究，那么該類材料或許會在未來的科學發(fā)展中發(fā)揮更為巨大的作用。早在多年以前，鈣鈦礦納米材料就已經(jīng)被科研人員所重視，由于其中的鉛含量成為了制約其發(fā)展的桎梏[1]。因此這一類材料的研究呈現(xiàn)出止步不前的狀態(tài)，而無鉛類型的鈣鈦礦納米材料的出現(xiàn)，打破了鉛元素的桎梏現(xiàn)狀，給有關(guān)材料的制備和研究帶來了新的思路。

1 無鉛鈣鈦礦納米材料制備重要性分析

早在無鉛鈣鈦礦納米材料出現(xiàn)之前，有關(guān)技術(shù)研究人員就已經(jīng)對含鉛的鈣鈦礦納米材料有了深入的研究與實驗。這一類材料雖然有極其優(yōu)異的光學性質(zhì)與電學性質(zhì)，在未來的光電領(lǐng)域或許能夠發(fā)揮極大的作用。但由于相關(guān)材料內(nèi)部的鉛含量比重較大，因此相關(guān)研究并未進一步深入下去。尤其是將其用于太陽能電池制作過程中后，相關(guān)研究人員發(fā)現(xiàn)，其中鉛元素的毒性是事故有關(guān)材料制備的最大障礙。相比較其他元素而言，鉛元素需要花費大量的時間才能夠得到降解，因此它在自然生態(tài)系統(tǒng)中會長時間穩(wěn)定存在，不能為人力所消除。倘若自然生態(tài)系統(tǒng)中的土壤資源以及水資源與鉛元素結(jié)合，那么便會造成大量自然資源的污染[2]。這一類污染將會影響到人類文明的未來發(fā)展以及人類本身的生存繁衍。因此含鉛的鈣鈦礦納米材料無法進行大規(guī)模的制備與使用，否則地球上的鉛元素污染將會進一步加重，給人類未來發(fā)展帶來十分嚴峻的挑戰(zhàn)。為了避免有關(guān)現(xiàn)象的產(chǎn)生，相關(guān)技術(shù)研究人員嘗試進行無鉛鈣鈦礦納米材料的研究與制備。這對于新型材料技術(shù)的發(fā)明，以及未來太陽能電池材料的選擇都能夠起到極其重要的作用。因此從這個方面來看，進行無鉛鈣鈦礦納米材料的制備與使用是很有必要的，也是很有意義的。

2 相關(guān)制備方法分析

通常無鉛鈣鈦礦納米材料會被制備成鈣鈦礦薄膜來進行日常的使用，如果鈣鈦礦納米材料的制造工藝出現(xiàn)了問題，不可能用該類材料來制造醋的光電器件，性能也會出現(xiàn)問題，因此，相關(guān)技術(shù)研究人員研究出了多種進行無鉛鈣鈦礦薄膜制作的方式[3]。其中最為常用的兩種是溶液處理方式和氣象沉積方式。

2.1 溶液處理法

相比較其他的制作方式而言，溶液處理法具有操作簡單的優(yōu)勢。只要將錢具體放置在混合溶液中，并可以通過涂層和印刷的方法來進行相關(guān)薄膜的制備。在早期使用溶液處理法進行無鉛鈣鈦礦納米薄膜材料制備的過程中，技術(shù)研究人員通常都使用一部選舉法來進行相應薄膜的制備，但這種方式所制備出的薄膜覆蓋率較低，并且表面比較粗糙，因此使用這種材料來進行光電器件制造會導致有關(guān)器件的性能無法達到最佳狀態(tài)。具體說來，在使用一步法的過程中，需要將混合溶液旋涂在基底上，使得溶液進行蒸發(fā)。在溶液蒸發(fā)的過程中，無鉛鈣鈦礦便可以進行結(jié)晶，最終在基底上形成一層薄膜。但在一步選圖法的施展過程中，無法進行溶液蒸發(fā)速率的控制，如果溶液蒸發(fā)速率太快，那么無鉛鈣鈦礦的結(jié)晶形成程度也會較快，這很可能會使得徹底的覆蓋率降低，終導致薄膜的制備質(zhì)量出現(xiàn)問題。因此一步法之所以存在缺陷，會導致制造表面不夠光滑，實際上是因為溶液蒸發(fā)的過程難以得到控制。為了使得相關(guān)溶液處理法能夠得到更好的使用，開始有技術(shù)研究人員嘗試使用兩步法來幫助進行薄膜覆蓋率的改善。只有兩部法能夠幫助進行溶液蒸發(fā)速率的控制，未來無鉛鈣鈦礦材料的結(jié)晶速率也就能夠得到相應的控制，原本會出現(xiàn)許多針孔狀的表面薄膜，會變得更加光滑。這樣一來，溶液處理法便能夠得到更加完美的使用。就現(xiàn)階段而言，比較其他的無鉛鈣鈦礦納米材料制備技術(shù)，溶液處理法顯得更加靈活簡單，因此該類方法的使用率較高。但需要注意的是，相關(guān)方法仍然需要進行進一步的改進與完善，才能夠獲得更加良好的使用。

2.2 氣相沉積法

氣相沉積法是現(xiàn)階段使用率較高的另一種無鉛鈣鈦礦薄膜材料制備技術(shù)。與溶液處理法相比較，這一類制備技術(shù)能形成更加均勻的薄膜覆蓋，形成的薄膜不但針孔較少，并且顆粒非常均勻，這種方式所制備出的無鉛鈣鈦礦納米材料一旦被選擇進行充當光電器件制備的材料，可以較好的發(fā)揮有關(guān)光電器件的性能。但這一類材料的制備并非全無缺點。相比較溶液處理法而言，氣相沉積法的使用對周遭的環(huán)境有更高的要求，對使用相關(guān)技術(shù)的工作人員的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)也有更高的要求。因此該類方法的使用準入門檻較高。在薄膜形成期間，使用這種方式進行無鉛鈣鈦礦薄膜材料的制備需要一直保持外部的環(huán)境處于真空狀態(tài)。倘若外部環(huán)境的真空狀態(tài)被打破，那么相關(guān)薄膜材料的制備質(zhì)量就無法達到標準。但如果要進行真空狀態(tài)的維持，勢必要耗費更多的能量和更多的資金投入。因此相比較溶液處理法而言，氣相沉積法的性價比并不高。未來的相關(guān)技術(shù)研究人員試圖從降低成本的角度出發(fā)，來幫助進行氣相沉積法使用的低性能改進。

2.3 蒸汽輔助溶液法

由于溶液處理法和氣相沉積法兩種方法都存在明顯的缺陷，因此相應技術(shù)研究人員嘗試使用一種更加全新的混合方法，來幫助進行無鉛鈣鈦礦納米材料的制備。這種方法便是蒸汽輔助溶液法。使用這種方式，相關(guān)技術(shù)人員既要進行溶液的蒸發(fā)，又要進行溶液的旋涂，相比較溶液處理法而言，這種材料制備方式，能夠更好的保障薄膜材料的表面光滑均勻，這樣一來所制作出的光電器件性能就能達到相應標準。而與氣相沉積法相比，使用蒸汽輔助溶液法來進行相應薄膜的制備，又不需要保證外部環(huán)境的真空。因此該類方法與氣相沉積法相比，并不需要耗費過高的成本。從這兩個角度來看，蒸汽輔助溶液法要比溶液處理法和氣相沉積法都更具有優(yōu)勢。因此該類方法可以進行廣泛的推廣與使用。

3 光學性能及應用分析

新型的無鉛鈣鈦礦納米材料出現(xiàn)之后，這種材料優(yōu)越的光電性能使得其能夠在各個領(lǐng)域進行良好的應用。下文將對其光學性能及應用進行深入的研究與分析。

3.1 在光伏上的應用

相比較傳統(tǒng)的si基太陽能電池而言，無鉛的鈣鈦礦納米材料具有十分優(yōu)異的光電性能，因此，在進行太陽能電池的制備過程中，該材料的使用具有無可比擬的優(yōu)勢。首先作為太陽能電池中最主要的光吸收材料，它與傳統(tǒng)材料的太陽能電池相比，具有更加高效的光電轉(zhuǎn)換率，它在可溶液處理光伏技術(shù)上的表現(xiàn)也較為令人驚嘆。相比較傳統(tǒng)的太陽能電池制備材料而言，無鉛鈣鈦礦納米材料能夠兼容各類溶液處理方式，因此它能夠進行，較為符合人類生產(chǎn)期待的薄膜光伏技術(shù)建立。相應材料的制備也不沒有太高程度上的要求，因此現(xiàn)階段地球所蘊含的能夠幫助進行無鉛鈣鈦礦納米材料制備的原料較為豐富，能夠被有關(guān)技術(shù)人員進行大規(guī)模的低成本生產(chǎn)。因此其在光伏上的應用顯得尤為出眾。

3.2 在儲存設(shè)備上進行應用

使用傳統(tǒng)的鈣鈦礦材料來進行儲存器件設(shè)備的制作與運用過程中，相關(guān)技術(shù)研究人員必須要對傳統(tǒng)材料進行高溫退火，這種加工方式既要耗費大量的成本，又需要耗費大量的材料。但倘若使用無鉛的鈣鈦礦納米技術(shù)應用在相應的存儲設(shè)備上，這可以通過各種溶液加工的方式，來幫助進行有關(guān)材料制備和結(jié)晶。這樣一來，相關(guān)材料在存儲設(shè)備上應用的成本就得到了大幅度的降低，也不至于浪費太多的原料素材來進行有關(guān)材料的制備。并且相比較傳統(tǒng)的制作生產(chǎn)材料而言，無鉛的鈣鈦礦納米材料具有較好的耐久性和使用壽命，因此較為適合在存儲設(shè)備上進行使用。

3.3 在鋰離子電池中進行使用

相比較傳統(tǒng)的鋰離子電池制備材料而言，無鉛鈣鈦礦納米材料中的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)具有靈活和多樣的特性，因此更適宜在鋰離子電池生產(chǎn)中進行使用。相應技術(shù)研究人員在現(xiàn)階段的鋰離子電池制備過程中，想要進行電極穩(wěn)定性的突破，并且?guī)椭M行現(xiàn)階段相應電池開發(fā)成本的降低，并且尋找到更具高性能的負極材料來幫助進行相應電池的生產(chǎn)。為了使得鋰離子電池達到更加完美的使用性能，有關(guān)技術(shù)研究人員嘗試使用含鉛的鈣鈦礦材料來進行相應電池的生產(chǎn)與制備。但由于其中的鉛元素對環(huán)境并不友好，因此有關(guān)生產(chǎn)與制備的研究陷于停滯。在無鉛鈣鈦礦納米材料出現(xiàn)后，相應技術(shù)研究人員便開始嘗試使用無鉛鈣鈦礦材料來代替，原本含鉛的鈣鈦礦材料，進行有關(guān)鋰離子電池的生產(chǎn)與使用。這種材料的使用能夠幫助進行電池穩(wěn)定性的突破，還能夠幫助降低有關(guān)鋰離子電池生產(chǎn)中所投入的資金成本。更重要的是，相關(guān)材料的使用還不會對環(huán)境產(chǎn)生任何不利的影響。并且相比較傳統(tǒng)的制備材料而言，無鉛鈣鈦礦納米材料具有十分優(yōu)異的高離子導電率。因此該類材料很適合在鋰離子電池中進行應用，未來的鋰離子電池生產(chǎn)過程也可以嘗試使用有關(guān)材料來幫助進行相關(guān)電池性能的提升。

4 結(jié)語

總而言之，無鉛鈣鈦礦納米材料作為一種新型材料，具有較好的光電性能。能夠在未來的社會發(fā)展中滿足人們的生活期待。該材料具有十分廣闊的使用前景和較為廣闊的發(fā)展空間，值得有關(guān)技術(shù)研究人員進行進一步的深入研究與使用。該材料的使用也符合環(huán)境友好型的未來社會發(fā)展理念，因此相關(guān)技術(shù)研究人員應當引起重視。