專利名稱：一種鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米透明半導(dǎo)體無機(jī)材料領(lǐng)域，涉及無機(jī)薄膜及其制備方法，具體涉及一種屏蔽紫外光、近紅外光和可見光透過性強的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
透明半導(dǎo)體薄膜具有較高的可見光透過率和導(dǎo)電性，具有紫外截止、紅外高反射、 微波強衰減等特性，已被廣泛應(yīng)用于各種光電器件中。氧化鋅(化學(xué)式ZnO)是一種纖鋅礦結(jié)構(gòu)的II -VI族化合物，常溫下其禁帶寬度為3. 37 eV，激子束縛能60meV，易實現(xiàn)高效受激發(fā)射，是制作量子效率高、激發(fā)閾值低的光電子器件的理想材料；氧化鋅薄膜在可見光區(qū)具有高的透光率，具有良好的光電特性。通過摻雜其它元素引起ZnO能帶結(jié)構(gòu)和載流子濃度的改變，使摻雜ZnO具有不同于本征ZnO的新光電特性。可以只摻雜一種元素得到單摻雜的ZnO，如鎵摻雜ZnO、鈦摻雜 ZnO等，中國專利CN101696492A公開了一種Al摻雜ZnO薄膜、CN 101575207A公開了 Ge摻雜AZO靶材、CN 101580384A公開了 Ce摻雜AZO靶材，但是研究發(fā)現(xiàn)，隨著單元素?fù)诫s量的增加，薄膜的紫外截止邊藍(lán)移，使得這類單摻雜的ZnO薄膜在應(yīng)用于制作屏蔽紫外的器件如節(jié)能視窗和節(jié)能型的建筑玻璃時有一定限制。采用稀土元素和過渡元素共摻雜ZnO，可以提高ZnO透明薄膜的可見光透過率、 屏蔽紫外和近紅外能力，如中國專利CN 101575697A公開的Al-F共摻雜ZnO薄膜、CN 101188149B公開的Ge-Al共摻雜ZnO薄膜，但是，此類共摻雜的氧化鋅薄膜普遍制備工藝復(fù)雜，成本較高，限制了其進(jìn)一步的生產(chǎn)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種屏蔽紫外和近紅外的鈰_鋁共摻雜氧化鋅薄膜及其制備方法，本發(fā)明采用溶膠_凝膠法和浸漬_提拉法將薄膜均勻鍍在基片上，得到的共摻雜氧化鋅薄膜具有屏蔽紫外和近紅外、可見光透過率高的特點，并且其制備工藝簡單，不需要特殊設(shè)備，生產(chǎn)成本較低。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
一種鈰_鋁共摻雜氧化鋅薄膜，含有氧化鈰、氧化鋁和氧化鋅，其中，氧化鈰氧化鋁 氧化鋅的物質(zhì)的量之比為(廣10)(廣6):100。本發(fā)明還提供一種鈰_鋁共摻雜氧化鋅薄膜的制備方法，包括以下步驟
(1)制備鈰溶膠將硝酸鈰溶解在乙二醇中，配制物質(zhì)的量濃度為0.3^1. Omol/L的硝酸鈰-乙二醇溶液，在65、0°C攪拌廣3h，冷卻至室溫，密封靜置，得到鈰溶膠；
(2)制備鋁摻雜氧化鋅溶膠向乙二醇單甲醚中加入醋酸鋅，配制物質(zhì)的量濃度為 0. 6 0. 7mol/L的醋酸鋅-乙二醇單甲醚溶液，在65、0°C攪拌廣3h，再向其中加入單乙醇胺和硝酸鋁繼續(xù)攪拌至溶解，冷卻至室溫，密封靜置，得到鋁摻雜氧化鋅溶膠；(3)制備鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠向步驟(2)得到的鋁摻雜氧化鋅溶膠中加入步驟 (1)得到的鈰溶膠，得到混合溶膠，在6(T90°C攪拌廣4h，冷卻至室溫，密封靜置，得到鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠；
(4)采用浸漬-提拉法鍍膜將洗凈烘干的基片浸入步驟(3)得到的鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠中，浸漬廣3min，以廣3cm/min的速度提拉出基片，于10(Tl5(rC下干燥l(Tl5min，于 45(T70(TC下熱處理2 4h，冷卻至室溫，得到均勻鍍在基片上的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜。

本發(fā)明步驟(2)中，所述單乙醇胺與醋酸鋅的物質(zhì)的量之比為1:1，所述硝酸鋁與醋酸鋅的物質(zhì)的量之比為(廣6) :100。本發(fā)明步驟(3)中，所述混合溶膠中硝酸鈰與醋酸鋅的物質(zhì)的量之比為 (Γιο) :100ο本發(fā)明步驟(4)中，所述基片為玻璃。本發(fā)明所述的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜鍍在玻璃上，得到的鍍膜玻璃在 30(T380nm的屏蔽效率為95 99%，38(T780nm的屏蔽效率為85 90%，78(T2500nm屏蔽效率為 45 60%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果
(1)本發(fā)明的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜的制備方法較為簡便，成本低廉，生產(chǎn)工藝簡便，適合于各類企業(yè)生產(chǎn)；
(2)與真空磁控濺射生產(chǎn)工藝相比，同樣規(guī)模的流水線設(shè)備成本是真空磁控濺射生產(chǎn)工藝的三分之一，使用的鈰_鋁共摻雜氧化鋅溶膠，與其濺射靶材相當(dāng)；
(3)本發(fā)明的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜在紫外區(qū)30(T380nm的屏蔽效率為95 99%，在可見光區(qū)38(T780nm的透過率為85 90%，在780 2500歷的屏蔽效率為45 60%，比含有抗紫外線和紅外線的有機(jī)高分子涂料高，其綜合性能高于現(xiàn)有技術(shù)。
具體實施例方式為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于此。實施例1
(1)制備鈰溶膠將13.02g硝酸鈰溶解在50mL乙二醇中，在85°C攪拌lh，冷卻至室溫， 密封靜置12h，得到鈰溶膠，其中Ce3+的物質(zhì)的量濃度為0. 6mol/L ；
(2)制備鋁摻雜氧化鋅溶膠向96mL乙二醇單甲醚中加入13.17g醋酸鋅和3. 6mL單乙醇胺，在90°C攪拌lh，再向其中加入1. 35g硝酸鋁繼續(xù)攪拌Ih至溶解，冷卻至室溫，密封靜置12h，得到鋁摻雜氧化鋅溶膠，其中Al3+ =Zn2+的物質(zhì)的量之比=6:100 ；
(3)制備鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠向步驟(2)得到的鋁摻雜氧化鋅溶膠中，加入ImL 步驟(1)得到的鈰溶膠，在90°C攪拌lh，冷卻至室溫，密封靜置12h，得到鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠，其中Ce3+ =Al3+ =Zn2+的物質(zhì)的量之比=1:6:100 ；
(4)采用浸漬-提拉法鍍膜將洗凈烘干的基片浸入步驟(3)得到的鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠中，浸漬Imin后，以lcm/min的速度提拉出基片，于100°C下干燥15min，于450°C下熱處理4h，冷卻至室溫，得到均勻鍍在基片上的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜。實施例1得到的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜中，氧化鈰氧化鋁氧化鋅的物質(zhì)的量之比為1:6:100，本發(fā)明薄膜鍍在普通玻璃上得到的鍍膜玻璃的光學(xué)/隔熱性能見表1，使用的儀器為紫外_可見-近紅外分光光度計UV-3600檢測，隔熱性能參照GB/T 24480-2009。 表1鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜節(jié)能玻璃的光學(xué)/隔熱性能
權(quán)利要求
1.一種鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜，其特征在于，含有氧化鈰、氧化鋁和氧化鋅，所述氧化鈰氧化鋁氧化鋅的物質(zhì)的量之比為(廣10) (Γ6) :100。
2.權(quán)利要求1所述的鈰_鋁共摻雜氧化鋅薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)制備鈰溶膠將硝酸鈰溶解在乙二醇中，配制物質(zhì)的量濃度為0.3^1. Omol/L的硝酸鈰-乙二醇溶液，在65、0°C攪拌廣3h，冷卻至室溫，密封靜置，得到鈰溶膠；(2)制備鋁摻雜氧化鋅溶膠向乙二醇單甲醚中加入醋酸鋅，配制物質(zhì)的量濃度為 0. 6 0. 7mol/L的醋酸鋅-乙二醇單甲醚溶液，在65、0°C攪拌廣3h，再向其中加入單乙醇胺和硝酸鋁繼續(xù)攪拌至溶解，冷卻至室溫，密封靜置，得到鋁摻雜氧化鋅溶膠；(3)制備鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠向步驟(2)得到的鋁摻雜氧化鋅溶膠中加入步驟 (1)得到的鈰溶膠，得到混合溶膠，在6(T90°C攪拌廣4h，冷卻至室溫，密封靜置，得到鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠；(4)采用浸漬-提拉法鍍膜將洗凈烘干的基片浸入步驟(3)得到的鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠中，浸漬廣3min，以廣3cm/min的速度提拉出基片，于10(Tl5(rC下干燥l(Tl5min，于 45(T70(TC下熱處理2 4h，冷卻至室溫，得到均勻鍍在基片上的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(2) 中，所述單乙醇胺與醋酸鋅的物質(zhì)的量之比為1:1，所述硝酸鋁與醋酸鋅的物質(zhì)的量之比為(Γ6) :100 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(3) 中，所述混合溶膠中，Ce3+與Zn2+的物質(zhì)的量之比為(廣10) :100。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、之一所述的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述基片為玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜及其制備方法。本發(fā)明的薄膜中，氧化鈰∶氧化鋁∶氧化鋅的物質(zhì)的量之比為(1~10):(1~6)∶100。本發(fā)明薄膜的制備方法包括以下步驟將硝酸鈰溶解在乙二醇中，加熱溶解，得到鈰溶膠；向乙二醇單甲醚中加入醋酸鋅和單乙醇胺，加熱攪拌，再加入硝酸鋁混勻，得到鋁摻雜氧化鋅溶膠；向鋁摻雜氧化鋅溶膠中加入鈰溶膠，加熱混勻，靜置陳化，得到鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠；將基片浸入鈰-鋁共摻雜氧化鋅溶膠中，采用浸漬-提拉法鍍膜，經(jīng)干燥、熱處理、冷卻，得到鍍在基片上的鈰-鋁共摻雜氧化鋅薄膜。本發(fā)明的薄膜鍍在玻璃上得到的鍍膜玻璃的節(jié)能隔熱功能大幅提高，其生產(chǎn)工藝簡便，成本低廉。
文檔編號C03C17/23GK102351434SQ20111019035
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者彭益文, 曾功昶, 曾和平 申請人:華南理工大學(xué)