薄膜的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備鋰電池電極材料FeSe2薄膜的方法，尤其涉及磁控濺射法制備鋰電池電極材料FeSe2薄膜的方法。
【背景技術】
[0002]鋰電池作為一種新型綠色電源具有體積和質量比能量高、平均輸出電壓高、可大電流放電、自放電率小、放電時間長、充電效率高、工作溫度范圍寬、少污染、殘留容量測試方便等優(yōu)點。除此之外，鋰離子電池可以根據(jù)不同用電器件對電源輸出性能的要求，選配合適的正極材料、負極材料、電解質以及裝配工藝進行相應的電源性能設計和外觀尺寸設計，鋰離子電池的優(yōu)越性和可設計性正是基于鋰離子電池材料的性質來進行的。
[0003]FeSe2半導體材料因具有較窄的禁帶寬度、高的電子電導率從而在鋰電池電極材料方面具有很重要的研究意義。如何通過開發(fā)新的合成反應，簡化制備過程，改善反應條件來實現(xiàn)這些砸化物納米材料的合成并控制其形貌，增加產(chǎn)物的穩(wěn)定性，提高其化學性能，一直是近幾年來研究的重點。近年來，常用的制備FeSe2薄膜的方法是電化學沉積法和脈沖激光沉積法。電化學沉積是指在電場的作用下，在一定的電解質溶液中由陰極和陽極構成回路，通過發(fā)生氧化還原反應，使溶液中的離子沉積到陰極或陽極表面上，從而得到所需要的薄膜。由于溶液中離子種類多，且化學反應速率不易控制導致沉積的薄膜具有成分不純、與基底附著力較差、結晶性不好等缺點，并且在制備過程中還會帶來難處理的廢物廢水等問題，易污染環(huán)境。脈沖激光沉積是將激光聚焦于靶材上一個較小的面積，利用激光的高能量密度將部分靶材料蒸發(fā)甚至電離，使其能夠脫離靶材而向基底運動，進而在基底上沉積形成薄膜的一種方式。這種方法存在以下幾個缺點:1)激光聚焦范圍小，難以制備大面積薄膜；2)激光能量很高易將空氣電離，因此對制備過程中的真空度要求很高；3)該方法對激光的要求很高，導致制備設備昂貴，成本高；4)該方法需要用到激光，能量消耗大，進一步增加了成本。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種磁控濺射制備鋰電池電極材料FeSe2薄膜的方法。該方法可制備大面積的性能良好的FeSe2薄膜，制備過程簡單，能耗小，成本低，效率高，可重復性好，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術方案是，一種磁控濺射制備鋰電池電極材料FeSe2薄膜的方法，包括以下步驟:
[0006]a、濺射準備:選取硅基片作為磁控濺射的襯底，選取純度為99.99%的FeSe靶材作為磁控濺射的濺射靶材，清洗硅基片；然后分別將清洗好的硅基片和FeSe靶材安裝于磁控濺射室內的相應位置，并調整FeSe靶材到硅基片的距離為5-7cm ;
[0007]b、濺射沉積:將真空室抽真空至氣壓小于2X 14Pa,再通入氬氣作為工作氣體，調節(jié)濺射氣壓、濺射功率、襯底溫度，經(jīng)過一定時間的濺射在硅基片上沉積薄膜；
[0008]C、后退火處理:將b步所得的沉積薄膜的娃基片和粒徑為lmm-1.5mm的砸粒球一起封入氣壓小于I X 10 2Pa的真空石英管中，然后將石英管置于管式爐中，在氬氣保護氣氛下進行后退火處理，即得FeSe2薄膜。
[0009]本發(fā)明的原理是:在步驟b濺射沉積的過程中，由于在相同能量的氬離子轟擊作用下，重離子的濺射產(chǎn)額比輕離子要大，因此得到沉積薄膜中Se與Fe的原子比大于1: 1，此時的薄膜為非晶態(tài)的；步驟c中將沉積薄膜的硅基片和砸粒球一起封入真空石英管中進行后退火處理，即在富Se環(huán)境中進行后退火處理，由Fe-Se相圖可知，Se的含量較高時可形成FeSeJt合物，后退火處理使原子重新排列，最終得到了結晶良好的FeSe 2薄膜。
[0010]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0011]一、通過磁控濺射的方法在基底上沉積薄膜，再通過特定條件下的后退火處理進一步得到結晶良好的FeSe2薄膜；磁控濺射效率高，重復性好，可制備大面積、均勻、純度高、與基片間的附著力強的薄膜；且該方法可通過控制濺射時間控制薄膜厚度。
[0012]二、本發(fā)明最高的真空要求僅為10 4Pa數(shù)量級，所需的設備為常用的磁控濺射設備和管式爐，制備成本低，可重復性好，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0013]進一步，本發(fā)明所述步驟a中清洗硅基片的具體操作是:將硅基片依次在丙酮、乙醇、去離子水中進行10-20min的超聲清洗，然后用熱氮氣干燥。
[0014]上述清洗步驟可徹底清洗硅基片表面的灰塵及有機殘留等雜質，保證在之后的磁控濺射步驟中薄膜與硅基片之間的結合力和薄膜的純度。
[0015]進一步，本發(fā)明所述步驟b中所作為磁控濺射工作氣體的氬氣純度為99.995%。
[0016]高純度的氬氣可保證沉積薄膜的純度和質量。
[0017]進一步，本發(fā)明所述步驟b中在硅基片上沉積薄膜的濺射沉積條件為:濺射氣壓為0.45-0.55Pa，襯底溫度為500-600°C，濺射功率為60-80W、濺射時間為0.5-1.0h。
[0018]上述沉積條件下可以制得表面平整、致密、與硅基片結合力強的薄膜。
[0019]進一步，本發(fā)明所述步驟c中與沉積薄膜的硅基片一起封入真空石英管的數(shù)量為I粒。
[0020]這樣，既保證的后退火處理在富砸環(huán)境中進行，生成性能良好的FeSeJ^薄膜，也避免了砸粒球的浪費，降低了制備成本。
[0021]進一步，本發(fā)明所述步驟c中后退火處理的具體操作為:以2°C /min的升溫速度升至500°C，保溫6-7h，然后爐冷(隨爐冷卻)。
[0022]由于濺射所得到的薄膜是非晶的，通過上述條件的后退火處理可以使原子重新排列得到結晶良好的薄膜。
[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實施例一制備的FeSe2薄膜的X射線衍射圖譜。
[0025]圖2是本發(fā)明實施例一制備的FeSe2薄膜的5000倍掃描電子顯微鏡照片。
[0026]圖1的縱坐標為衍射強度(Intensity)、任意單位(a.u.);橫坐標為衍射角2 Θ，單位為度(degree)。
【具體實施方式】
[0027]實施例一
[0028]—種磁控濺射制備鋰電池電極材料FeSe2薄膜的方法，包括以下步驟:
[0029]a、濺射準備:選取硅基片作為磁控濺射的襯底，選取純度為99.99%的FeSe靶材作為磁控濺射的濺射靶材，清洗硅基片；然后分別將清洗好的硅基片和FeSe靶材安裝于磁控濺射室內的相應位置，并調整FeSe靶材到硅基片的距離為7cm ;
[0030]b、濺射沉積:將真空室抽真空至氣壓小于2X 10 4Pa,再通入純度為99.995%氬氣作為工作氣體，調節(jié)濺射氣壓為0.5Pa，襯底溫度為600°C，濺射功率為60W、經(jīng)過0.5h的濺射在硅基片上沉積薄膜；
[0031]C、后退火處理:將b步所得的沉積薄膜的硅基片和I粒粒徑為1.3mm的砸粒球一起封入氣壓小于I X 10 2Pa的真空石英管中，然后將石英管置于管式爐中，在氬氣保護氣氛下進行后退火處理，即得FeSe2薄膜。
[0032]本例中所述步驟a中清洗硅基片的具體操作是:將硅基片依次在丙酮、乙醇、去離子水中進行20min的超聲清洗，然后用熱氮氣干燥。
[0033]本例中所述步驟c中后退火處理的具體操作是:以2°