專利名稱：具有發(fā)光和光開關(guān)特性的有機－無機復(fù)合薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機-無機復(fù)合光電子材料及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著信息化社會的逐漸到來，與信息處理相關(guān)的光電子科學(xué)和技術(shù)正在迅速發(fā)展。特別是有機-無機復(fù)合光電子材料及其應(yīng)用研究已成為一個研究熱點。近年來，國內(nèi)外眾多科學(xué)家已廣泛開展了這一領(lǐng)域的研究工作。特別是近年來光通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和需求，對低溫復(fù)合光電子和多功能復(fù)合光電子材料的需要日益迫切，促使和激勵人們進行光電子和光波導(dǎo)材料的研究和開發(fā)。
我們知道，對于純無機氧化物玻璃材料，由于要求高溫?zé)崽幚?1000℃)，通常單層膜厚度只有0.2微米以下，所以要得到足夠厚度應(yīng)用的薄膜，就必須多次涂層，但膜層之間的界面必將影響薄膜光學(xué)質(zhì)量。所以近年來基于有機改性硅酸鹽的復(fù)合材料在集成光電子學(xué)方面的應(yīng)用，在國際上引起了科學(xué)家們極大的興趣和關(guān)注。特別是基于有機改性硅酸鹽的溶膠-凝膠集成光學(xué)正顯示出潛在的光子學(xué)應(yīng)用前景。這是因為利用相關(guān)技術(shù)，在低溫下(甚至近于室溫)就可以得到致密、低損耗、和數(shù)微米厚的單層光學(xué)質(zhì)量薄膜。這些特點對光子學(xué)和集成光學(xué)應(yīng)用來說是極為重要的。因為這使得制備的光電子器件可以直接和半導(dǎo)體光源和探測器集成在一起。特別地和無機玻璃基質(zhì)材料相比，該有機-無機復(fù)合材料隨著有機基團的加入導(dǎo)致無機基質(zhì)結(jié)構(gòu)的改進，使得對有機分子功能基團異構(gòu)化具有更大的空間。也就是說該低溫有機-無機復(fù)合材料和純無機玻璃基質(zhì)材料相比，可以更容易地捕獲有機分子功能基團。所以進行低溫有機-無機復(fù)合材料和通過摻雜實現(xiàn)多功能的復(fù)合光電子材料對于納米光子學(xué)和集成光學(xué)學(xué)科發(fā)展將具有重大意義。而且開展以該低溫有機-無機復(fù)合光電子材料及其納米器件的應(yīng)用相關(guān)的光電子學(xué)前沿領(lǐng)域的研究將是光電子學(xué)未來發(fā)展的必然趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有光波導(dǎo)特性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)光源、波導(dǎo)器件和其他光電子器件集成化的具有發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合薄膜的制備方法。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的制備方法為首先將4-羥基偶氮苯、碳酸鉀和二甲基亞砜按1∶1.5-2.0∶34-38的摩爾比混合作為溶液A，再將4-氯丁醇和二甲基亞砜按1∶10-15混合作為溶液B，A溶液與B溶液按4-羥基偶氮苯∶4-氯丁醇為1∶1.5-1.8摩爾比將溶液B慢慢滴進溶液A中并在125℃下攪拌反應(yīng)2-5小時后過濾反應(yīng)液，將過濾液倒進3-6倍體積的水里并過濾形成的沉淀物，再用體積比為1∶1-2的甲醇和己烷混合液溶劑對沉淀物進行重新晶化，即可得到4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子；然后將γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙醇、去離子水和鹽酸按1∶1-2∶6-10∶6-10∶0.01-0.04的摩爾比混合作為溶液C，再將鈦酸四異丙酯和乙酰丙酮按1∶3-6的摩爾比混合得到二氧化鈦溶液作為溶液D，將溶液C和溶液D按γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷∶二氧化鈦為1∶1-2∶0.3-1.5的摩爾比混合，將混合溶液在室溫下攪拌均勻得到含硅鈦的低溫有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液；將0.2-1％摩爾的硝酸釹加入上述含硅和鈦的有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液里，同時不斷攪拌溶液，直到硝酸釹均勻和完全溶解；按摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液重量的0.5-1％將4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子加入到摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液中，并在室溫下攪拌均勻得到懸濁液；利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速每分鐘2500-3500轉(zhuǎn)的情況下將上述得到的懸濁液沉積在石英玻璃基片上，然后將沉積好的薄膜樣品放在60-100℃處理3-5小時，即可得到具有數(shù)微米厚，而且表面光滑平整具有高光學(xué)質(zhì)量的發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合光波導(dǎo)厚膜材料。
本發(fā)明采用改進的溶膠-凝膠技術(shù)結(jié)合低溫有機-無機復(fù)合技術(shù)制備具有合成溫度低、工藝要求簡單、重復(fù)性好和可以滿足大量生產(chǎn)等特點。本發(fā)明提出的是有機改性硅酸鹽和二氧化鈦為基的具有多功能特性于一身的低溫有機-無機復(fù)合薄膜材料，同時具有良好的柔韌性和機械特性，所制作的器件易于加工、研磨和拋光。特別是本發(fā)明是基于在低溫下具有數(shù)微米厚和折射率可調(diào)的單層光學(xué)質(zhì)量波導(dǎo)薄膜，所以可以實現(xiàn)光源、波導(dǎo)器件和光探測器的集成化，而光電子器件的集成化是光電子發(fā)展的重要趨勢。


圖1是在370nm紫外光照射下，復(fù)合薄膜材料的紫外吸收率變化圖，其中橫坐標為光波長，縱坐標為吸收率；圖2是在410nm可見光照射下，復(fù)合薄膜材料的紫外吸收率變化圖，其中橫坐標為光波長，縱坐標為吸收率；圖3是在紫外和可見光的交替照射下，復(fù)合薄膜材料的光開關(guān)特性圖，其中橫坐標為光照射時間，縱坐標為吸收率；圖4是在波長為580nm的黃光激發(fā)下，復(fù)合薄膜材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜圖，其中橫坐標為波長，縱坐標為強度。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1首先將4-羥基偶氮苯、碳酸鉀和二甲基亞砜按1∶1.8∶35的摩爾比混合作為溶液A，再將4-氯丁醇和二甲基亞砜按1∶10混合作為溶液B，A溶液與B溶液按4-羥基偶氮苯∶4-氯丁醇為1∶1.6摩爾比將溶液B慢慢滴進溶液A中并在125℃下攪拌反應(yīng)2小時后過濾反應(yīng)液，將過濾液倒進5倍體積的水里并過濾形成的沉淀物，再用體積比為1∶1的甲醇和己烷混合液溶劑對沉淀物進行重新晶化，即可得到4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子；然后將γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙醇、去離子水和鹽酸按1∶2∶10∶6∶0.02的摩爾比混合作為溶液C，再將鈦酸四異丙酯和乙酰丙酮按1∶4的摩爾比混合得到二氧化鈦溶液作為溶液D，將溶液C和溶液D按γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷∶二氧化鈦為1∶2∶1.5的摩爾比混合，將混合溶液在室溫下攪拌均勻得到含硅鈦的低溫有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液；將0.5％摩爾的硝酸釹加入上述含硅和鈦的有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液里，同時不斷攪拌溶液，直到硝酸釹均勻和完全溶解；按摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液重量的0.5％將4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子加入到摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液中，并在室溫下攪拌均勻得到懸濁液；利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速每分鐘3000轉(zhuǎn)的情況下將上述得到的懸濁液沉積在石英玻璃基片上，然后將沉積好的薄膜樣品放在80℃處理4小時，即可得到具有數(shù)微米厚，而且表面光滑平整具有高光學(xué)質(zhì)量的發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合光波導(dǎo)厚膜材料。
實施例2首先將4-羥基偶氮苯、碳酸鉀和二甲基亞砜按1∶2.0∶34的摩爾比混合作為溶液A，再將4-氯丁醇和二甲基亞砜按1∶15混合作為溶液B，A溶液與B溶液按4-羥基偶氮苯∶4-氯丁醇為1∶1.5摩爾比將溶液B慢慢滴進溶液A中并在125℃下攪拌反應(yīng)4小時后過濾反應(yīng)液，將過濾液倒進3倍體積的水里并過濾形成的沉淀物，再用體積比為1∶1.3的甲醇和己烷混合液溶劑對沉淀物進行重新晶化，即可得到4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子；然后將γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙醇、去離子水和鹽酸按1∶1∶8∶9∶0.02的摩爾比混合作為溶液C，再將鈦酸四異丙酯和乙酰丙酮按1∶6的摩爾比混合得到二氧化鈦溶液作為溶液D，將溶液C和溶液D按γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷∶二氧化鈦為1∶1.3∶0.5的摩爾比混合，將混合溶液在室溫下攪拌均勻得到含硅鈦的低溫有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液；將0.2％摩爾的硝酸釹加入上述含硅和鈦的有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液里，同時不斷攪拌溶液，直到硝酸釹均勻和完全溶解；按摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液重量的0.8％將4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子加入到摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液中，并在室溫下攪拌均勻得到懸濁液；利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速每分鐘2500轉(zhuǎn)的情況下將上述得到的懸濁液沉積在石英玻璃基片上，然后將沉積好的薄膜樣品放在60℃處理5小時，即可得到具有數(shù)微米厚，而且表面光滑平整具有高光學(xué)質(zhì)量的發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合光波導(dǎo)厚膜材料。
實施例3首先將4-羥基偶氮苯、碳酸鉀和二甲基亞砜按1∶1.5∶38的摩爾比混合作為溶液A，再將4-氯丁醇和二甲基亞砜按1∶12混合作為溶液B，A溶液與B溶液按4-羥基偶氮苯∶4-氯丁醇為1∶1.7摩爾比將溶液B慢慢滴進溶液A中并在125℃下攪拌反應(yīng)3小時后過濾反應(yīng)液，將過濾液倒進5倍體積的水里并過濾形成的沉淀物，再用體積比為1∶1.7的甲醇和己烷混合液溶劑對沉淀物進行重新晶化，即可得到4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子；然后將γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙醇、去離子水和鹽酸按1∶1.4∶6∶10∶0.04的摩爾比混合作為溶液C，再將鈦酸四異丙酯和乙酰丙酮按1∶5的摩爾比混合得到二氧化鈦溶液作為溶液D，將溶液C和溶液D按γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷∶二氟化鈦為1∶1.6∶1.0的摩爾比混合，將混合溶液在室溫下攪拌均勻得到含硅鈦的低溫有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液；將0.8％摩爾的硝酸釹加入上述含硅和鈦的有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液里，同時不斷攪拌溶液，直到硝酸釹均勻和完全溶解；按摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液重量的0.5％將4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子加入到摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液中，并在室溫下攪拌均勻得到懸濁液；利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速每分鐘3500轉(zhuǎn)的情況下將上述得到的懸濁液沉積在石英玻璃基片上，然后將沉積好的薄膜樣品放在90℃處理4小時，即可得到具有數(shù)微米厚，而且表面光滑平整具有高光學(xué)質(zhì)量的發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合光波導(dǎo)厚膜材料。
實施例4首先將4-羥基偶氮苯、碳酸鉀和二甲基亞砜按1∶1.6∶36的摩爾比混合作為溶液A，再將4-氯丁醇和二甲基亞砜按1∶13混合作為溶液B，A溶液與B溶液按4-羥基偶氮苯∶4-氯丁醇為1∶1.8摩爾比將溶液B慢慢滴進溶液A中并在125℃下攪拌反應(yīng)5小時后過濾反應(yīng)液，將過濾液倒進6倍體積的水里并過濾形成的沉淀物，再用體積比為1∶2的甲醇和己烷混合液溶劑對沉淀物進行重新晶化，即可得到4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子；然后將γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙醇、去離子水和鹽酸按1∶1.7∶9∶7∶0.01的摩爾比混合作為溶液C，再將鈦酸四異丙酯和乙酰丙酮按1∶3的摩爾比混合得到二氧化鈦溶液作為溶液D，將溶液C和溶液D按γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷∶二氧化鈦為1∶1∶0.3的摩爾比混合，將混合溶液在室溫下攪拌均勻得到含硅鈦的低溫有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液；將1.0％摩爾的硝酸釹加入上述含硅和鈦的有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液里，同時不斷攪拌溶液，直到硝酸釹均勻和完全溶解；拔摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液重量的1.0％將4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子加入到摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液中，并在室溫下攪拌均勻得到懸濁液；利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速每分鐘3200轉(zhuǎn)的情況下將上述得到的懸濁液沉積在石英玻璃基片上，然后將沉積好的薄膜樣品放在100℃處理3小時，即可得到具有數(shù)微米厚，而且表面光滑平整具有高光學(xué)質(zhì)量的發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合光波導(dǎo)厚膜材料。
圖1是本發(fā)明在實例1中得到的復(fù)合薄膜在波長為370nm紫外光照射下其紫外吸收率變化。從圖中看出隨著照射時間的增長，其紫外吸收率逐漸減小，當(dāng)照射時間增到120秒時，其吸收率幾乎不再減小。吸收率的最大改變(對應(yīng)波長352nm)約為0.14。
圖2為在圖1中的復(fù)合薄膜在波長為370nm紫外光照射120秒后，立即接著用波長為410nm可見光照射，其紫外吸收率的變化曲線。從圖中可以觀擦到，隨著照射時間的增長，其紫外吸收率逐漸增加，當(dāng)照射時間增加到105秒時，其吸收率幾乎恢復(fù)到原狀，即幾乎為紫外照射前一樣。值得提到的是，通過加熱的方法同樣其紫外吸收率可以恢復(fù)到原樣。
圖3是本發(fā)明在在實例1中得到的復(fù)合薄膜在紫外和可見光的交替照射下的光開關(guān)特性。從圖中可以看出復(fù)合薄膜材料在光輻射周期內(nèi)，復(fù)合薄膜的順-反態(tài)的光異構(gòu)化具有很好的可逆性。光的吸收率在光輻射的周期內(nèi)，并沒有明顯的損失。所以復(fù)合薄膜顯示出良好的光開關(guān)特性和開關(guān)行為本身是可逆的。
圖4給出了在實例1中得到的復(fù)合薄膜材料在波長為580nm的黃光激發(fā)下，其可見上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜。從圖中可以看出除了強和明亮紫光(波長為397nm)發(fā)射可以清楚地觀察到外，還有一個相對弱的波長為371nm的紫外光和波長為469nm的藍光輻射也可清楚地觀察到。
權(quán)利要求
1.具有發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于1)首先將4-羥基偶氮苯、碳酸鉀和二甲基亞砜按1∶1.5-2.0∶34-38的摩爾比混合作為溶液A，再將4-氯丁醇和二甲基亞砜按1∶10-15混合作為溶液B，A溶液與B溶液按4-羥基偶氮苯∶4-氯丁醇為1∶1.5-1.8摩爾比將溶液B慢慢滴進溶液A中并在125℃下攪拌反應(yīng)2-5小時后過濾反應(yīng)液，將過濾液倒進3-6倍體積的水里并過濾形成的沉淀物，再用體積比為1∶1-2的甲醇和己烷混合液溶劑對沉淀物進行重新晶化，即可得到4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子；2)然后將γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙醇、去離子水和鹽酸按1∶1-2∶6-10∶6-10∶0.01-0.04的摩爾比混合作為溶液C，再將鈦酸四異丙酯和乙酰丙酮按1∶3-6的摩爾比混合得到二氧化鈦溶液作為溶液D，將溶液C和溶液D按γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷∶二氧化鈦為1∶1-2∶0.3-1.5的摩爾比混合，將混合溶液在室溫下攪拌均勻得到含硅鈦的低溫有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液；3)將0.2-1％摩爾的硝酸釹加入上述含硅和鈦的有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液里，同時不斷攪拌溶液，直到硝酸釹均勻和完全溶解；4)按摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液重量的0.5-1％將4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子加入到摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液中，并在室溫下攪拌均勻得到懸濁液；5)利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速每分鐘2500-3500轉(zhuǎn)的情況下將上述得到的懸濁液沉積在石英玻璃基片上，然后將沉積好的薄膜樣品放在60-100℃處理3-5小時，即可得到具有數(shù)微米厚，而且表面光滑平整具有高光學(xué)質(zhì)量的發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合光波導(dǎo)厚膜材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于首先將4-羥基偶氮苯、碳酸鉀和二甲基亞砜按1∶1.8∶35的摩爾比混合作為溶液A，再將4-氯丁醇和二甲基亞砜按1∶10混合作為溶液B，A溶液與B溶液按4-羥基偶氮苯∶4-氯丁醇為1∶1.6摩爾比將溶液B慢慢滴進溶液A中并在125℃下攪拌反應(yīng)2小時后過濾反應(yīng)液，將過濾液倒進5倍體積的水里并過濾形成的沉淀物，再用體積比為1∶1的甲醇和己烷混合液溶劑對沉淀物進行重新晶化，即可得到4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子；然后將γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙醇、去離子水和鹽酸按1∶2∶10∶6∶0.02的摩爾比混合作為溶液C，再將鈦酸四異丙酯和乙酰丙酮按1∶4的摩爾比混合得到二氧化鈦溶液作為溶液D，將溶液C和溶液D按γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷∶二氧化鈦為1∶2∶1.5的摩爾比混合，將混合溶液在室溫下攪拌均勻得到含硅鈦的低溫有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液；將0.5％摩爾的硝酸釹加入上述含硅和鈦的有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液里，同時不斷攪拌溶液，直到硝酸釹均勻和完全溶解；按摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液重量的0.5％將4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子加入到摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液中，并在室溫下攪拌均勻得到懸濁液；利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速每分鐘3000轉(zhuǎn)的情況下將上述得到的懸濁液沉積在石英玻璃基片上，然后將沉積好的薄膜樣品放在80℃處理4小時，即可得到具有數(shù)微米厚，而且表面光滑平整具有高光學(xué)質(zhì)量的發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合光波導(dǎo)厚膜材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于首先將4-羥基偶氮苯、碳酸鉀和二甲基亞砜按1∶2.0∶34的摩爾比混合作為溶液A，再將4-氯丁醇和二甲基亞砜按1∶15混合作為溶液B，A溶液與B溶液按4-羥基偶氮苯∶4-氯丁醇為1∶1.5摩爾比將溶液B慢慢滴進溶液A中并在125℃下攪拌反應(yīng)4小時后過濾反應(yīng)液，將過濾液倒進3倍體積的水里并過濾形成的沉淀物，再用體積比為1∶1.3的甲醇和己烷混合液溶劑對沉淀物進行重新晶化，即可得到4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子；然后將γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙醇、去離子水和鹽酸按1∶1∶8∶9∶0.02的摩爾比混合作為溶液C，再將鈦酸四異丙酯和乙酰丙酮按1∶6的摩爾比混合得到二氧化鈦溶液作為溶液D，將溶液C和溶液D按γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷∶二氧化鈦為1∶1.3∶0.5的摩爾比混合，將混合溶液在室溫下攪拌均勻得到含硅鈦的低溫有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液；將0.2％摩爾的硝酸釹加入上述含硅和鈦的有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液里，同時不斷攪拌溶液，直到硝酸釹均勻和完全溶解；按摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液重量的0.8％將4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子加入到摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液中，并在室溫下攪拌均勻得到懸濁液；利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速每分鐘2500轉(zhuǎn)的情況下將上述得到的懸濁液沉積在石英玻璃基片上，然后將沉積好的薄膜樣品放在60℃處理5小時，即可得到具有數(shù)微米厚，而且表面光滑平整具有高光學(xué)質(zhì)量的發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合光波導(dǎo)厚膜材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于首先將4-羥基偶氮苯、碳酸鉀和二甲基亞砜按1∶1.5∶38的摩爾比混合作為溶液A，再將4-氯丁醇和二甲基亞砜按1∶12混合作為溶液B，A溶液與B溶液按4-羥基偶氮苯∶4-氯丁醇為1∶1.7摩爾比將溶液B慢慢滴進溶液A中并在125℃下攪拌反應(yīng)3小時后過濾反應(yīng)液，將過濾液倒進5倍體積的水里并過濾形成的沉淀物，再用體積比為1∶1.7的甲醇和己烷混合液溶劑對沉淀物進行重新晶化，即可得到4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子；然后將γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙醇、去離子水和鹽酸按1∶1.4∶6∶10∶0.04的摩爾比混合作為溶液C，再將鈦酸四異丙酯和乙酰丙酮按1∶5的摩爾比混合得到二氧化鈦溶液作為溶液D，將溶液C和溶液D按γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷∶二氧化鈦為1∶1.6∶1.0的摩爾比混合，將混合溶液在室溫下攪拌均勻得到含硅鈦的低溫有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液；將0.8％摩爾的硝酸釹加入上述含硅和鈦的有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液里，同時不斷攪拌溶液，直到硝酸釹均勻和完全溶解；按摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液重量的0.8％將4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子加入到摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液中，并在室溫下攪拌均勻得到懸濁液；利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速每分鐘3500轉(zhuǎn)的情況下將上述得到的懸濁液沉積在石英玻璃基片上，然后將沉積好的薄膜樣品放在90℃處理4小時，即可得到具有數(shù)微米厚，而且表面光滑平整具有高光學(xué)質(zhì)量的發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合光波導(dǎo)厚膜材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于首先將4-羥基偶氮苯、碳酸鉀和二甲基亞砜按1∶1.6∶36的摩爾比混合作為溶液A，再將4-氯丁醇和二甲基亞砜按1∶13混合作為溶液B，A溶液與B溶液按4-羥基偶氮苯∶4-氯丁醇為1∶1.8摩爾比將溶液B慢慢滴進溶液A中并在125℃下攪拌反應(yīng)5小時后過濾反應(yīng)液，將過濾液倒進6倍體積的水里并過濾形成的沉淀物，再用體積比為1∶2的甲醇和己烷混合液溶劑對沉淀物進行重新晶化，即可得到4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子；然后將γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙醇、去離子水和鹽酸按1∶1.7∶9∶7∶0.01的摩爾比混合作為溶液C，再將鈦酸四異丙酯和乙酰丙酮按1∶3的摩爾比混合得到二氧化鈦溶液作為溶液D，將溶液C和溶液D按γ-(2，3環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷∶甲基三乙氧基硅烷∶二氧化鈦為1∶1∶0.3的摩爾比混合，將混合溶液在室溫下攪拌均勻得到含硅鈦的低溫有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液；將1.0％摩爾的硝酸釹加入上述含硅和鈦的有機-無機復(fù)合基質(zhì)母液里，同時不斷攪拌溶液，直到硝酸釹均勻和完全溶解；按摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液重量的1.0％將4-(4-羥基丁氧基)偶氮苯小分子加入到摻有硝酸釹的含硅和鈦有機-無機復(fù)合基質(zhì)溶液中，并在室溫下攪拌均勻得到懸濁液；利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速每分鐘3200轉(zhuǎn)的情況下將上述得到的懸濁液沉積在石英玻璃基片上，然后將沉積好的薄膜樣品放在100℃處理3小時，即可得到具有數(shù)微米厚，而且表面光滑平整具有高光學(xué)質(zhì)量的發(fā)光和光開關(guān)特性的有機-無機復(fù)合光波導(dǎo)厚膜材料。
全文摘要
具有發(fā)光和光開關(guān)特性的有機－無機復(fù)合薄膜的制備方法，采用改進的溶膠－凝膠技術(shù)結(jié)合低溫有機－無機復(fù)合技術(shù)設(shè)計和制備了一種具有光致發(fā)光和紫外光敏特性的低溫有機－無機復(fù)合光功能特性薄膜材料。該材料含有硅和鈦有機－無機復(fù)合基質(zhì)中同時摻有稀土離子和偶氮苯功能基團。本發(fā)明的低溫有機－無機復(fù)合材料可作為同時兼有發(fā)光、光開關(guān)或光存儲特性的集成光波導(dǎo)材料，從而有利于實現(xiàn)光源、探測器和波導(dǎo)器件的集成化。
文檔編號G02B1/04GK1949004SQ200610104869
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月7日
發(fā)明者闕文修 申請人:西安交通大學(xué)