專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微波輔助液相還原法制備硫化釤薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硫化釤薄膜的制備方法，具體涉及一種微波輔助液相還原法制備硫化釤薄膜的方法，本發(fā)明能夠制備出均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，不需后期晶化處理的納米硫化釤薄膜。
背景技術(shù)：
SmS晶體為立方結(jié)構(gòu)，是一種壓變色材料。在常溫常壓下是黑色的半導(dǎo)體 (S-SmS)，其晶格參數(shù)為0. 597nm，在6. 5X108pa的靜壓力下，SmS晶體會(huì)經(jīng)歷從半導(dǎo)體相向金屬相(M-SmS)的相變。晶格常數(shù)從0. 597nm減少到0. 570nm左右；而且，晶體顏色將從黑色變?yōu)榻瘘S色，體積收縮大約在16%左右[Jayaraman A，Narayanamurti V, Bucher E etal. Continuous and Discontinuous Semiconductor-metal Tran-sition in Samarium Monochalcogenides Under Pressure [J]. Phy Rev Lett. 1970,25(20) : 1430. ]。SmS 的薄膜透過(guò)為綠色，反射則為藍(lán)色或者是偏藍(lán)的黑色，發(fā)生相轉(zhuǎn)變后，它會(huì)變成藍(lán)色的透過(guò)色和金黃色的反身寸色[Hickey C F，Gibson U J. Optical Response of Switching SmS in Thin Films Prepared by Reactive Evaporation[J].J Appl Phys. 1987,62(9) :3912 3916]。 因此，具有壓變色性質(zhì)的SmS可以用于全息記錄和貯存器、光學(xué)開(kāi)關(guān)和光學(xué)數(shù)字貯存器等。 到目前為止，制備硫化釤薄膜的方法有反應(yīng)性蒸鍍[Petrov M P. Holographies Storage in SmS Thin Films [J]. Optics Communications. 1977,22(3) :293 四6]、真空沉積、電子束蒸鍍、雙靶濺射等[黃劍鋒，馬小波等.SmS光學(xué)薄膜研究新進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào).2006， 20(9) :9 12]。這些制備工藝已經(jīng)比較成熟，但是需要的設(shè)備比較特殊，昂貴；制備工藝復(fù)雜，條件苛刻等因素，使得制備硫化釤薄膜的成本太高，不能簡(jiǎn)單快速的制備性能良好的薄膜。自組裝(Self-assembled monolayers)技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)SAMs技術(shù))，是一種制備薄膜的新技術(shù)，通過(guò)表面活性劑與基底之間的化學(xué)吸附作用，在基板材料上自組形成排列整齊，致密，有序的單分子膜層。以自組裝膜為模板誘導(dǎo)無(wú)機(jī)前軀體溶液在基底表面沉積成膜的仿生合成制膜技術(shù)，具有傳統(tǒng)物理化學(xué)方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是一種極具應(yīng)用前景的新型、高效的綠色制膜技術(shù)[談國(guó)強(qiáng)，劉劍，賀中亮.自組裝單層膜技術(shù)及其在制備功能薄膜領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].陶瓷.2009，7:9 13]。這種制膜方法操作簡(jiǎn)便，成本低，不需特殊設(shè)備，且制備出的薄膜均勻、致密、低缺陷，強(qiáng)度高，結(jié)合力好，不需后期晶化處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的微波輔助液相還原法制備硫化釤薄膜的方法，制備出的薄膜均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，結(jié)合力好，不需后期晶化處理，性能良好。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的方法如下1)取0. 1-2. Og的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入20_60mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；
2)向溶液A中加入0. 01-1. OOg的檸檬酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 01-1. OOg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液C的pH值至9. 0-12. 0得溶液D ；5)向溶液D中滴加1. 0-10. OmL質(zhì)量濃度為85%的水合胼，攪拌均勻得前驅(qū)液E ；6)將羥基化的硅基板置于體積濃度為1 3%的OTS(十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡15 35min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑?在氮?dú)鈿夥罩?，?10 120°C干燥15 30min得OTS硅基板；7)將OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為1 3cm照射20 60min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；8)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液E中，將燒杯放入微波爐中，在輸出功率為 500-900W的微波下反應(yīng)30 120min制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中于60 80°C干燥得硫化釤納米薄膜。所述的羥基化的硅基板是先將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩15 120min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射20 60min得羥基化的硅基板。由于本發(fā)明采用微波輔助液相還原法制備硫化釤薄膜，制得的硫化釤納米薄膜， 均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，并且通過(guò)控制前驅(qū)液濃度、PH值以及沉積時(shí)間可以控制薄膜厚度和晶粒大小。這種方法制備的硫化釤納米薄膜重復(fù)性高，易于大面積制膜。且操作方便， 原料易得，制備成本較低。


圖1為實(shí)施例1所制備硫化釤薄膜的XRD圖譜；圖2為實(shí)施例1所制備的硫化釤納米薄膜的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 1)取0. Ig的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入20mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. Olg的檸檬酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 05g分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液C的pH值至9. 0得溶液D ；5)向溶液D中滴加2. OmL質(zhì)量濃度為85%的水合胼，攪拌均勻得前驅(qū)液E ；6)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩60min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊(duì)吹干，然后在紫外線照射儀中，照射20min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡15min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑诘獨(dú)鈿夥罩校?于110°C干燥15min得OTS硅基板；
7)將OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為Icm照射20min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；8)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液E中，將燒杯放入微波爐中，在輸出功率為 800W的微波下反應(yīng)120min制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中于60°C干燥得硫化釤納米薄膜。將該實(shí)施例制備的硫化釤薄膜用日本理學(xué)D/maX2200PC型自動(dòng)X-射線衍射儀進(jìn)行測(cè)定，如圖1所示，將該實(shí)施例制備的硫化釤薄膜在JSM-6700F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察，如圖2所示，從圖1中可以看出所制備的薄膜為硫化釤薄膜，從圖2可以看出所制備的硫化釤納米薄膜表面比較均勻，致密，結(jié)晶性良好。實(shí)施例2 1)取0. 5g的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入30mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. 08g的檸檬酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 3g分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液C的pH值至10. 0得溶液D ；5)向溶液D中滴加5. OmL質(zhì)量濃度為85%的水合胼，攪拌均勻得前驅(qū)液E ；6)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩15min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊(duì)吹干，然后在紫外線照射儀中，照射40min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為2. 5%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡25min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩?，?20°C干燥iaiiin得OTS硅基板；7)將OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為3cm照射30min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；8)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液E中，將燒杯放入微波爐中，在輸出功率為 900W的微波下反應(yīng)30min制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中于70°C干燥得硫化釤納米薄膜。實(shí)施例3 1)取1. Og的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入50mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. 25g的檸檬酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. Olg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液C的pH值至12. 0得溶液D ；5)向溶液D中滴加5. OmL質(zhì)量濃度為85%的水合胼，攪拌均勻得前驅(qū)液E ；6)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩120min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射60min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為2 %的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡15min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑诘獨(dú)鈿夥罩?，?15°C干燥25min得OTS硅基板；7)將OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為Icm照射60min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；8)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液E中，將燒杯放入微波爐中，在輸出功率為 500W的微波下反應(yīng)120min制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中于65°C干燥得硫化釤納米薄膜。實(shí)施例4 1)取1. 5g的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入40mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. 60g的檸檬酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入Ig分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液C的pH值至11. 0得溶液D ；5)向溶液D中滴加ImL質(zhì)量濃度為85%的水合胼，攪拌均勻得前驅(qū)液E ；6)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩30min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊(duì)吹干，然后在紫外線照射儀中，照射50min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為1. 5%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡35min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩校?13°C干燥30min得OTS硅基板；7)將OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為2cm照射50min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；8)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液E中，將燒杯放入微波爐中，在輸出功率為 700W的微波下反應(yīng)90min制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中于75°C干燥得硫化釤納米薄膜。實(shí)施例5 1)取2. Og的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入60mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入1. OOg的檸檬酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. Sg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液C的pH值至10. 0得溶液D ；5)向溶液D中滴加10. OmL質(zhì)量濃度為85%的水合胼，攪拌均勻得前驅(qū)液E ；6)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩IOOmin后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射30min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為3 %的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡20min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑诘獨(dú)鈿夥罩校?于118°C干燥26min得OTS硅基板；7)將OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為3cm照射40min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板； 8)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液E中，將燒杯放入微波爐中，在輸出功率為 600W的微波下反應(yīng)60min制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空千燥箱中于80 干燥得硫化釤納米薄膜。
權(quán)利要求
1.一種微波輔助液相還原法制備硫化釤薄膜的方法，其特征在于1)取0.1-2. Og的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入20_60mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0.01-1. OOg的檸檬酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0.01-1. OOg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液C的pH值至9.0-12. 0得溶液D ；5)向溶液D中滴加1.0-10. OmL質(zhì)量濃度為85%的水合胼，攪拌均勻得前驅(qū)液E ；6)將羥基化的硅基板置于體積濃度為1 3%的OTS(十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡15 35min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩?，?10 120°C干燥15 30min得OTS硅基板；7)將OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184.9nm，在一個(gè)大氣壓下， 保持照射距離為1 3cm照射20 60min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；8)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液E中，將燒杯放入微波爐中，在輸出功率為 500-900W的微波下反應(yīng)30 120min制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中于60 80°C干燥5 20min得硫化釤納米薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輔助液相還原法制備硫化釤薄膜的方法，其特征在于 所述的羥基化的硅基板是先將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩15 120min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射20 60min得羥基化的硅基板。
全文摘要
一種微波輔助液相還原法制備硫化釤薄膜的方法，將SmCl3·6H2O加入去離子水中得溶液A；向溶液A中加入檸檬酸得溶液B；向溶液B中加入硫代乙酰胺得溶液C；調(diào)節(jié)溶液C的pH值至9.0-12.0得溶液D；向溶液D中滴加水合肼得前驅(qū)液E；將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液E中，將燒杯放入微波爐中，微波反應(yīng)后在真空干燥箱中干得硫化釤納米薄膜。由于本發(fā)明采用微波輔助液相還原法制備硫化釤薄膜，制得的硫化釤納米薄膜，均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，并且通過(guò)控制前驅(qū)液濃度、pH值以及沉積時(shí)間可以控制薄膜厚度和晶粒大小。這種方法制備的硫化釤納米薄膜重復(fù)性高，易于大面積制膜。且操作方便，原料易得，制備成本較低。
文檔編號(hào)C04B41/50GK102515239SQ201110375279
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者侯艷超, 曹麗云, 李意峰, 殷立雄, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)