專利名稱：一種csd法制備多孔狀鐵酸鉍薄膜的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于功能材料領域，涉及一種化學溶液沉積法(Chemical Solution Deposition, CSD)制備鐵酸鉍多孔薄膜的方法，利用CSD法中前驅物可較快分解的特性得到多孔狀薄膜，通過氣孔提高比表面積，從而提高其光催化性能。
背景技術：
Bii^eO3具有三方扭曲的鈣鈦礦結構，是少數(shù)室溫下同時具有鐵電性和磁性的單相鐵磁電材料之一，室溫下同時具有的兩種結構有序，即鐵電有序(Tc = 810°C)和G型反鐵磁有序(TN = 380°C)，使其成為磁電材料的重要候選材料之一。同時Bii^eO3還可以作為一種光催化劑，由于BWeO3具有較窄的禁帶寬度(2. 2eV)，具有高的光敏性和載流子遷移率， 在可見光作用下能有效的降解有機污染物，所以它在光催化領域將有潛在應用。目前用于制備Bii^eO3薄膜的方法有很多，如溶膠-凝膠(Sol-Gel)法、化學氣相淀積(CVD)法、磁控濺射(rf magnetron sputtering)法、金屬有機物淀積(MOD)法、金屬有機物化學氣相淀積(MOCVD)法、液相沉積法(LPD)、分子束外延(MBE)法以及脈沖激光沉積(PLD)法等。CSD法，即化學溶液沉積法，將前驅體按照一定的比例將前驅體溶于有機溶劑或水中，通過得到穩(wěn)定的溶液狀態(tài)，前軀體以離子形式存在，經過干燥，除去有機成分和水分可以得到非晶態(tài)的薄膜，并經過退火晶化得到晶態(tài)薄膜。該方法設備便宜、操作簡單， 且不需要高溫、真空等苛刻的條件，原料消耗較少，易于控制，成膜均勻且晶體內部缺陷少。鐵酸鉍材料光催化性能的主要影響因素在于晶體內部的缺陷。過多的缺陷也可能成為電子/空穴的復合中心而降低反應活性，而缺陷主要是由于鐵酸鉍材料存在氧空位、 化學計量比失衡等因素導致的。本發(fā)明中采用CSD法，薄膜更容易晶化，且不經過水解縮聚的化學反應過程，晶體缺陷可以大幅度減少，從而能夠提高薄膜的催化性能。本發(fā)明采用了 CSD法制備鐵酸鉍薄膜，由于不經過水解縮聚反應，不會出現(xiàn) sol-gel法制備Bii^eO3薄膜時發(fā)生的縮水或縮醇反應，有機物易于去除且不會再薄膜的表面留下氣泡等缺陷，同時也不會因為前軀體的水解引入缺陷，因此可以使鐵酸鉍薄膜快速干燥得到多孔狀的純相鐵酸鉍薄膜，增大薄膜的比表面積，通過比表面積的改善，提高薄膜的光催化性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種CSD法制備多孔狀鐵酸鉍薄膜的方法，該方法通過簡單的CSD法，制備出內部缺陷較少的多孔狀鐵酸鉍薄膜，通過對統(tǒng)一的控制，調節(jié)物相組成、薄膜的形貌以及氣孔。通過氣孔相增加薄膜的比表面積，提高催化性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種CSD法制備鐵酸鉍多孔薄膜的方法，包括以下步驟步驟1 選用ITO/glass基片為基底，將切割好的ITO/glass基片清洗干凈后，用氮氣吹干；
步驟2 將潔凈的ITO/glass基片置于紫外光照射儀中照射20min，使基片表面達至IJ “原子清潔度”；步驟3 JfFe(NO3)3 · 9H20和Bi (NO3)3 · 5H20分別溶于乙二醇甲醚和冰醋酸中，溶解后混合形成前驅液，調節(jié)前驅液中Bi、Fe離子濃度為0. 01 1. Omol/L，磁力攪拌，得到穩(wěn)定的Bii^eO3前驅體。步驟4 在步驟2處理后的基片表面用步驟3得到的前驅體進行勻膠處理，勻膠結束后，干燥，重復勻膠處理幾次得到設定薄膜厚度，最后快速升溫到350°C預退火5min，然后在500°C退火30 120min。在所述步驟1中，對切割好的ITO/glass基片清洗步驟為依次置于洗滌劑、丙酮、 乙醇中超聲波清洗，以除去ITO/glass基片表面的雜質，每次超聲波清洗后用大量蒸餾水沖洗基片；在所述步驟4中，勻膠速度為3000 6000r/min。本發(fā)明CSD法制備鐵酸鉍多孔薄膜的方法至少具有以下優(yōu)點本發(fā)明通過簡單的工藝，要求較低的實驗條件，得到均勻致密、缺陷較少的多孔狀純相鐵酸鉍薄膜，并利用其較大的比表面積，增強薄膜的光催化性能?？梢酝ㄟ^控制前驅液的濃度，控制薄膜的形貌及氣孔。


圖1是本發(fā)明鐵酸鉍薄膜的XRD圖；圖2是本發(fā)明鐵酸鉍薄膜的SEM圖。
具體實施例方式實施例1步驟1 選用ITO/glass基片為基底，將切割好的ITO/glass基片依次置于洗滌齊U、丙酮、乙醇中超聲波清洗，除去ITO/glass基片表面的油脂等雜質，每次超聲波清洗后用大量蒸餾水沖洗基片，最后用氮氣吹干；步驟2 將步驟1處理后的ITO/glass基片置于紫外光照射儀中照射20min，使基片表面達到“原子清潔度”，紫外照射的高能量可以使其中的氧化物鍵斷裂，形成親水性較好的羥基，提高基板的親水性；步驟3 JfFe(NO3)3 · 9H20和Bi (NO3) 3 · 5H20分別溶于乙二醇甲醚和冰醋酸中，溶解后混合形成前驅液，調節(jié)前驅液中Bi、Fe離子濃度為0. 01 1. Omol/L，磁力攪拌0. 5h, 得到穩(wěn)定的Bii^eO3前驅體；步驟4 在步驟2處理后的基片表面用步驟3得到的前驅體進行勻膠處理，其中勻膠速度為3000 6000r/min，勻膠結束后，然后在60°C干燥，重復勻膠幾次得到需求厚度后，快速升溫至350°C預退火5min，在500°C退火30min。實施例2步驟1 選用ITO/glass基片為基底，將切割好的ITO/glass基片依次置于洗滌齊U、丙酮、乙醇中超聲波清洗，除去ITO/glass基片表面的油脂等雜質，每次超聲波清洗后用大量蒸餾水沖洗基片，最后用氮氣吹干；
步驟2 將步驟1處理后的ITO/glass基片置于紫外光照射儀中照射20min，使基片表面達到“原子清潔度”，紫外照射的高能量可以使其中的氧化物鍵斷裂，形成親水性較好的羥基，提高基板的親水性；步驟3 JfFe(NO3)3 · 9H20和Bi (NO3) 3 · 5H20分別溶于乙二醇甲醚和冰醋酸中，溶解后混合形成前驅液，調節(jié)前驅液中Bi、Fe離子濃度為0. Olmol/L，磁力攪拌0.證，得到穩(wěn)定的Bii^eO3前驅體；步驟4 在步驟2處理后的基片表面用步驟3得到的前驅體進行勻膠處理，其中勻膠速度為3000 4000r/min，勻膠結束后，然后在60°C干燥，重復勻膠幾次得到需求厚度后，快速升溫至350°C預退火5min，在500°C退火60min。實施例3步驟1 選用ITO/glass基片為基底，將切割好的ITO/glass基片依次置于洗滌齊U、丙酮、乙醇中超聲波清洗，除去ITO/glass基片表面的油脂等雜質，每次超聲波清洗后用大量蒸餾水沖洗基片，最后用氮氣吹干；步驟2 將步驟1處理后的ITO/glass基片置于紫外光照射儀中照射20min，使基片表面達到“原子清潔度”，紫外照射的高能量可以使其中的氧化物鍵斷裂，形成親水性較好的羥基，提高基板的親水性；步驟3 JfFe(NO3)3 · 9H20和Bi (NO3) 3 · 5H20分別溶于乙二醇甲醚和冰醋酸中，溶解后混合形成前驅液，調節(jié)前驅液中Bile離子濃度為0. lmol/L，磁力攪拌0.證，得到穩(wěn)定的Bii^eO3前驅體；步驟4 在步驟2處理后的基片表面用步驟3得到的前驅體進行勻膠處理，其中勻膠速度為4000 6000r/min，勻膠結束后，然后在60°C干燥，重復勻膠幾次得到需求厚度后，快速升溫至350°C預退火5min，在500°C退火120min。實施例4步驟1 選用ITO/glass基片為基底，將切割好的ITO/glass基片依次置于洗滌齊U、丙酮、乙醇中超聲波清洗，除去ITO/glass基片表面的油脂等雜質，每次超聲波清洗后用大量蒸餾水沖洗基片，最后用氮氣吹干；步驟2 將潔凈的ITO/glass基片置于紫外光照射儀中照射20min，使基片表面達到“原子清潔度”，紫外照射的高能量可以使其中的氧化物鍵斷裂，形成親水性較好的羥基， 提高基板的親水性；步驟3 JfFe(NO3)3 · 9H20和Bi (NO3) 3 · 5H20分別溶于乙二醇甲醚和冰醋酸中，溶解后混合形成前驅液，調節(jié)前驅液中Bile離子濃度為0. 5mol/L，磁力攪拌0.證，得到穩(wěn)定的Bii^eO3前驅體；步驟4 在步驟2處理后的基片表面用步驟3得到的前驅體進行勻膠處理，其中勻膠速度為3000r/min，勻膠結束后，然后在60°C干燥，重復勻膠幾次得到需求厚度后，快速升溫至350°C預退火5min，在500°C退火30min。實施例5步驟1 選用ITO/glass基片為基底，將切割好的ITO/glass基片依次置于洗滌齊U、丙酮、乙醇中超聲波清洗，除去ITO/glass基片表面的油脂等雜質，每次超聲波清洗后用大量蒸餾水沖洗基片，最后用氮氣吹干；
步驟2 將步驟1處理后的ITO/glass基片置于紫外光照射儀中照射20min，使基片表面達到“原子清潔度”，紫外照射的高能量可以使其中的氧化物鍵斷裂，形成親水性較好的羥基，提高基板的親水性；步驟3 JfFe(NO3)3 · 9H20和Bi (NO3) 3 · 5H20分別溶于乙二醇甲醚和冰醋酸中，溶解后混合形成前驅液，調節(jié)前驅液中Bile離子濃度為0. 7mol/L，磁力攪拌0.證，得到穩(wěn)定的Bii^eO3前驅體；步驟4 在步驟2處理后的基片表面用步驟3得到的前驅體進行勻膠處理，其中勻膠速度為5000r/min，勻膠結束后，然后在60°C干燥，重復勻膠幾次得到需求厚度后，快速升溫至350°C預退火5min，在500°C退火80min。實施例6步驟1 選用ITO/glass基片為基底，將切割好的ITO/glass基片依次置于洗滌齊U、丙酮、乙醇中超聲波清洗，除去ITO/glass基片表面的油脂等雜質，每次超聲波清洗后用大量蒸餾水沖洗基片，最后用氮氣吹干；步驟2 將步驟1處理后的ITO/glass基片置于紫外光照射儀中照射20min，使基片表面達到“原子清潔度”，紫外照射的高能量可以使其中的氧化物鍵斷裂，形成親水性較好的羥基，提高基板的親水性；步驟3 JfFe(NO3)3 · 9H20和Bi (NO3) 3 · 5H20分別溶于乙二醇甲醚和冰醋酸中，溶解后混合形成前驅液，調節(jié)前驅液中Bile離子濃度為1. Omol/L，磁力攪拌0.證，得到穩(wěn)定的Bii^eO3前驅體；步驟4 在步驟2處理后的基片表面用步驟3得到的前驅體進行勻膠處理，其中勻膠速度為eOOOr/min，勻膠結束后，然后在60°C干燥，重復勻膠幾次得到需求厚度后，快速升溫至350°C預退火5min，在500°C退火lOOrnin。以XRD測定粉體的物相組成結構，以SEM測定粉體的微觀形貌，其結果如圖1和圖 2所示，從中可知，溶膠凝膠方法制備鐵酸鉍多鐵性薄膜的新退火方式得到的薄膜具有扭曲鈣鈦礦結構，純相沒有雜質，氣孔相均勻分布在薄膜的表面。以上所述僅為本發(fā)明的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領域普通技術人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種CSD法制備多孔狀鐵酸鉍薄膜的方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 選用ITO/glass基片為基底，將切割好的ITO/glass基片清洗干凈后，用氮氣吹干；步驟2:將潔凈的ITO/glass基片置于紫外光照射儀中照射20min，使基片表面達到“原子清潔度”；步驟3 將Fe(NO3)3 · 9H20和Bi (NO3)3 · 5H20分別溶于乙二醇甲醚和冰醋酸中，溶解后混合形成前驅液，調節(jié)前驅液中Bi、Fe離子濃度為0. 01 1. Omol/L，磁力攪拌，得到穩(wěn)定的Bii^eO3前驅體；步驟4 在步驟2處理后的基片表面用步驟3得到的前驅體進行勻膠處理，勻膠結束后，干燥，重復勻膠處理幾次得到設定薄膜厚度，最后快速升溫到350°C預退火5min，然后在 500°C退火 30 120min。
2.如權利要求1所述的一種CSD法制備多孔狀鐵酸鉍薄膜的方法，其特征在于，在步驟 1中，對切割好的ITO/glass基片清洗步驟為依次置于洗滌劑、丙酮、乙醇中超聲波清洗， 以除去ITO/glass基片表面的雜質，每次超聲波清洗后用大量蒸餾水沖洗基片。
3.如如權利要求1所述的一種CSD法制備多孔狀鐵酸鉍薄膜的方法，其特征在于，在所述步驟4中，勻膠速度為3000 6000r/min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種CSD法制備多孔狀鐵酸鉍薄膜的方法，(1)將ITO/glass基片為基底，清洗干凈后用氮氣吹干后，置于紫外光照射儀中照射20min；(2)將Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O分別溶于乙二醇甲醚和冰醋酸中，溶解后混合形成前驅液，磁力攪拌，得到穩(wěn)定的BiFeO3前驅體；(3)在基片表面用前驅體進行勻膠處理，勻膠結束后，干燥，重復勻膠處理幾次得到設定薄膜厚度，最后快速升溫到350℃預退火5min，然后在500℃退火30～120min。由本發(fā)明方法制備出的鐵酸鉍薄膜，其內部缺陷較少，且催化性能較高。
文檔編號C03C17/22GK102557473SQ20111044492
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權日2011年12月19日
發(fā)明者程蒙, 談國強 申請人:陜西科技大學