本發(fā)明涉及一種陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層的制備方法，特別涉及在鍍銀鋁合金表面構(gòu)筑陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層，提高鍍銀鋁合金表面的二次電子抑制特性及其環(huán)境穩(wěn)定性。

背景技術(shù)：

鍍銀鋁合金作為目前衛(wèi)星有效載荷系統(tǒng)中微波部件常用的基材，具有可以降低器件損耗的優(yōu)點，但是在實際使用過程中，鍍銀部件在大功率電磁波傳輸條件下容易發(fā)生二次電子倍增即產(chǎn)生微放電效應(yīng)，導(dǎo)致大功率微波部件失效。目前抑制微放電效應(yīng)的方法主要包括在部件表面構(gòu)筑涂層和在部件表面構(gòu)筑陷阱結(jié)構(gòu)等。

研究表明，在鍍銀鋁合金表面制備具有低二次電子發(fā)射系數(shù)(SEY)的涂層材料，如氮化鈦(TiN)、石墨化碳等，可有效抑制微放電效應(yīng)，但該類涂層材料自身導(dǎo)電性差，使微波部件在高頻條件下表面阻抗大。

文獻(xiàn)“Controllable fabrication of one-dimensional ZnO nanoarrays and their application in constructing silver trap structures.RSC Advances.2014,4,33198–33205.”公開了一種以ZnO陣列為模板，通過電化學(xué)沉積方法在鍍銀鋁合金表面制備陷阱結(jié)構(gòu)銀，可降低SEY至1.6以下，但該方法工藝過程較為繁瑣。

文獻(xiàn)“Investigation into anomalous total secondary electron yield for micro-porous Ag surface under oblique incidence conditions.Journal of Applied Physics.2013,114:1-9.”公開了一種操作簡便且成本低的構(gòu)筑陷阱結(jié)構(gòu)銀的方法，可降低鍍銀鋁合金的SEY至1.2以下，但該方法對初始鍍銀鋁合金的晶界結(jié)構(gòu)有一定要求。此外，陷阱結(jié)構(gòu)銀的環(huán)境穩(wěn)定性一般較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層的制備方法，該方法簡單，并且對初始鍍銀鋁合金的晶界結(jié)構(gòu)沒有要求，同時既可以降低鍍銀鋁合金的SEY，又可以提高其環(huán)境穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)采用Fe(NO₃)₃水溶液對鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為45-55℃，刻蝕時間為35-45s，清洗后干燥；

重復(fù)步驟(1)，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結(jié)構(gòu)；

(2)將表面形成陷阱結(jié)構(gòu)的鍍銀鋁合金浸漬于TBT溶液中10-30min，然后轉(zhuǎn)移至去離子水中反應(yīng)10-20min，最后煅燒；

(3)將步驟(2)煅燒后的鍍銀鋁合金置于鍍金液中在25-35℃下反應(yīng)0.5-2h，清洗后干燥，得到陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述Fe(NO₃)₃水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％-40％。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述TBT溶液是通過以下過程制得的：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％-7％，冰醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％-6％。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述煅燒的溫度為100-400℃，時間為1h。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述鍍金液通過以下過程制備：將HAuCl₄、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為10.5-11.5的鍍金液；其中，HAuCl₄的濃度為2-6mmol/L，葡萄糖的濃度為4-12mmol/L。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟(1)、步驟(2)和步驟(3)中的干燥的溫度為50-70℃，時間為30min。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

1.本發(fā)明通過重復(fù)刻蝕步驟，即采用兩步濕化學(xué)刻蝕法制備陷阱結(jié)構(gòu)銀，對初始鍍銀鋁合金的晶界結(jié)構(gòu)沒有要求，且兩步濕化學(xué)刻蝕制備陷阱結(jié)構(gòu)銀的工藝穩(wěn)定性好。采用類化學(xué)鍍法制備TiO₂薄膜過渡層，操作簡便，可以實現(xiàn)TiO₂薄膜的隨形沉積，不破壞原有陷阱結(jié)構(gòu)。采用化學(xué)鍍制備Au薄膜作為環(huán)境穩(wěn)定性涂層，工藝過程簡便。

2.本發(fā)明通過在鍍銀鋁合金表面構(gòu)筑陷阱結(jié)構(gòu)降低SEY，隨形沉積Au涂層提高環(huán)境穩(wěn)定性，兩者之間引入TiO₂過渡層阻止金銀合金的形成，避免電性能下降。

3.采用本發(fā)明制備的陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO_2/Au涂層可使鍍銀鋁合金的SEY降低到1.2以下，提高鍍銀鋁合金表面的二次電子抑制特性，且環(huán)境穩(wěn)定性好。

進(jìn)一步的，本發(fā)明中Fe(NO₃)₃水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％-40％，濃度過低的話，不能形成陷阱結(jié)構(gòu)，濃度過高的話，會造成過度刻蝕。

進(jìn)一步的，TBT溶液中的冰醋酸起到絡(luò)合劑的作用，乙醇作為溶劑起到分散的作用。

進(jìn)一步的，煅燒的溫度采用100-400℃，是因為不同的煅燒溫度會形成不同晶型的二氧化鈦，且煅燒溫度過高，鍍銀鋁合金會發(fā)生變形，本發(fā)明中為了得到銳鈦礦晶型且不影響鍍銀鋁合金的形狀，所以采用100-400℃。

附圖說明

圖1是兩步濕化學(xué)刻蝕后鍍銀鋁合金的SEM照片，其中，圖(a)放大倍數(shù)為10k，圖(b)放大倍數(shù)為20k。

圖2是類化學(xué)鍍制備TiO₂薄膜后的SEM照片，其中，圖(a)放大倍數(shù)為10k，圖(b)放大倍數(shù)為30k。

圖3是化學(xué)鍍制備Au薄膜后的SEM照片，其中，圖(a)放大倍數(shù)為5k，圖(b)放大倍數(shù)為30k。

圖4是經(jīng)過相同的兩步濕化學(xué)刻蝕工藝制備的4個鍍銀鋁合金樣品的SEY特性曲線。

圖5是陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層放置6個月后，在其表面隨機(jī)取3個點測試后的SEY特性曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式及附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。

實施例1

(1)依次采用50mL洗滌劑、去離子水、丙酮及乙醇對尺寸為長20mm，寬12mm，高1mm的鍍銀鋁合金進(jìn)行超聲清洗，各15min。

(2)采用12g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的Fe(NO₃)₃水溶液對步驟(1)清洗后的鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為45℃，刻蝕時間為35s，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗3min，最后在50℃烘箱中干燥30min。

(3)采用12g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的Fe(NO₃)₃水溶液對步驟(2)干燥后的鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為45℃，刻蝕時間為35s，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗3min，最后在50℃烘箱中干燥30min，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結(jié)構(gòu)。

(4)將步驟(3)干燥后的鍍銀鋁合金浸漬于10g TBT溶液中10min，然后轉(zhuǎn)移至50mL去離子水中反應(yīng)10min，最后在馬弗爐中于100℃下煅燒1h。其中，TBT溶液通過以下過程制得：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％，冰醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％。

(5)將步驟(4)煅燒后的鍍銀鋁合金置于25mL鍍金液中在25℃下反應(yīng)0.5h，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗15min，最后在50℃烘箱中干燥30min，得到陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層。其中，鍍金液通過以下過程制備：將HAuCl₄、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為10.5的鍍金液；其中，HAuCl₄的濃度為2mmol/L，葡萄糖的濃度為4mmol/L。

實施例2

(1)依次采用50mL洗滌劑、去離子水、丙酮及乙醇對尺寸的長20mm，寬12mm，高1mm的鍍銀鋁合金進(jìn)行超聲清洗，各15min。

(2)采用12g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的Fe(NO₃)₃水溶液對步驟(1)清洗后的鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為55℃，刻蝕時間為45s，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗3min，最后在70℃烘箱中干燥30min。

(3)采用12g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的Fe(NO₃)₃水溶液對步驟(2)干燥后的鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為55℃，刻蝕時間為45s，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗3min，最后在70℃烘箱中干燥30min，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結(jié)構(gòu)。

(4)將步驟(3)干燥后的鍍銀鋁合金浸漬于10g TBT溶液中30min，然后轉(zhuǎn)移至50mL去離子水中反應(yīng)20min，最后在馬弗爐中于400℃下煅燒1h。其中，TBT溶液通過以下過程制得：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7％，冰醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％。

(5)將步驟(4)煅燒后的鍍銀鋁合金置于25mL鍍金液中在35℃下反應(yīng)2h，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗15min，最后在70℃烘箱中干燥30min，得到陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層。其中，鍍金液通過以下過程制備：將HAuCl₄、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為11.5的鍍金液；其中，HAuCl₄的濃度為6mmol/L，葡萄糖的濃度為12mmol/L。

實施例3

(1)依次采用50mL洗滌劑、去離子水、丙酮及乙醇對尺寸為長20mm，寬12mm，高1mm的鍍銀鋁合金進(jìn)行超聲清洗，各15min。

(2)采用12g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的Fe(NO₃)₃水溶液對步驟(1)清洗后的鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為50℃，刻蝕時間為40s，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗3min，最后在60℃烘箱中干燥30min。

(3)采用12g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的Fe(NO₃)₃水溶液對步驟(2)清洗后的鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為50℃，刻蝕時間為40s，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗3min，最后在60℃烘箱中干燥30min，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結(jié)構(gòu)。

(4)將步驟(3)干燥后的鍍銀鋁合金浸漬于10g TBT中20min，然后轉(zhuǎn)移至50mL去離子水中反應(yīng)10min，最后在馬弗爐中于200℃下煅燒1h。其中，TBT溶液通過以下過程制得：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，冰醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％。

(5)將步驟(4)煅燒后的鍍銀鋁合金置于25mL鍍金液中在30℃下反應(yīng)1h，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗15min，最后在60℃烘箱中干燥30min，得到陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層。其中，鍍金液通過以下過程制備：將HAuCl₄、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為10.8的鍍金液；其中，HAuCl₄的濃度為4mmol/L，葡萄糖的濃度為8mmol/L。

實施例4

(1)依次采用50mL洗滌劑、去離子水、丙酮及乙醇對尺寸為長20mm，寬12mm，高1mm的鍍銀鋁合金進(jìn)行超聲清洗，各15min。

(2)采用12g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的Fe(NO₃)₃水溶液對步驟(1)清洗后的鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為50℃，刻蝕時間為40s，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗3min，最后在60℃烘箱中干燥30min。

(3)采用12g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的Fe(NO₃)₃水溶液對步驟(2)干燥后的鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為50℃，刻蝕時間為40s，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗3min，最后在60℃烘箱中干燥30min，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結(jié)構(gòu)。

(4)將步驟(3)干燥后的鍍銀鋁合金浸漬于10g TBT溶液中20min，然后轉(zhuǎn)移至50mL去離子水中反應(yīng)10min，最后在馬弗爐中于400℃下煅燒1h。其中，TBT溶液通過以下過程制得：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％，冰醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％。

(5)將步驟(4)煅燒后的鍍銀鋁合金置于25mL鍍金液中在30℃下反應(yīng)1h，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗15min，最后在60℃烘箱中干燥30min，得到陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層。其中，鍍金液通過以下過程制備：將HAuCl₄、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為11.5的鍍金液；其中，HAuCl₄的濃度為4mmol/L，葡萄糖的濃度為8mmol/L。

實施例5

(1)依次采用50mL洗滌劑、去離子水、丙酮及乙醇對尺寸為長20mm，寬12mm，高1mm的鍍銀鋁合金進(jìn)行超聲清洗，各15min。

(2)采用12g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的Fe(NO₃)₃水溶液對步驟(1)清洗后的鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為50℃，刻蝕時間為38s，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗3min，最后在70℃烘箱中干燥30min。

(3)采用12g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的Fe(NO₃)₃水溶液對步驟(2)干燥后的鍍銀鋁合金進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為55℃，刻蝕時間為38s，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗3min，最后在60℃烘箱中干燥30min，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結(jié)構(gòu)。

(4)將步驟(3)干燥后的鍍銀鋁合金浸漬于10g TBT溶液中20min，然后轉(zhuǎn)移至50mL去離子水中反應(yīng)10min，最后在馬弗爐中于300℃下煅燒1h。其中，TBT溶液通過以下過程制得：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，冰醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％。

(5)將步驟(4)處理后的鍍銀鋁合金置于25mL鍍金液中在35℃下反應(yīng)1h，然后采用去離子水清洗鍍銀鋁合金并超聲清洗15min，最后在70℃烘箱中干燥30min，得到陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層。其中，鍍金液通過以下過程制備：將HAuCl₄、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為11.5的鍍金液；其中，HAuCl₄的濃度為6mmol/L，葡萄糖的濃度為12mmol/L。

采用本發(fā)明的方法成功制備了陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層。從圖1可以看出，經(jīng)過兩步濕化學(xué)刻蝕的鍍銀鋁合金表面出現(xiàn)顯著的陷阱結(jié)構(gòu)，從圖2可以看出，TiO₂薄膜由細(xì)小的TiO₂顆粒構(gòu)成，且該薄膜在陷阱結(jié)構(gòu)銀表面實現(xiàn)了隨形沉積。從圖3可以看出，Au鍍層由尺寸均勻的Au顆粒構(gòu)成，隨形沉積在陷阱結(jié)構(gòu)表面。圖4為相同的兩步濕化學(xué)刻蝕工藝制備的4個鍍銀鋁合金樣品的SEY特性曲線，4個鍍銀鋁合金樣品分別命名為S-1、S-2、S-3和S-4，4個鍍銀鋁合金樣品的SEY均在1.3以下，表明兩步濕化學(xué)刻蝕法制備陷阱結(jié)構(gòu)銀涂層的工藝穩(wěn)定性較好。圖5為陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層放置6個月后，在其表面隨機(jī)取3個點測試的SEY，3個點分別命名為point 1、point 2和point 3，3個點的SEY均在1.2以下，表明陷阱結(jié)構(gòu)Ag/TiO₂/Au涂層覆蓋均勻，且環(huán)境穩(wěn)定性好。