專利名稱：一種負(fù)載ito薄膜的石英光纖及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石英光導(dǎo)纖維改性，特別是一種在石英光纖表面涂覆上結(jié)合力較強(qiáng)、 光電性能良好的ITO薄膜的方法。
背景技術(shù)：
摻錫氧化銦(Indium Tin Oxide，縮寫為IT0)透明導(dǎo)電薄膜，作為一種η型簡并 半導(dǎo)體，以其良好的導(dǎo)電性能、較高的可見光范圍內(nèi)的透光率和紅外光范圍內(nèi)的反射率、與 基體較好的結(jié)合能力和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，愈來愈受到關(guān)注，已在很多領(lǐng)域包括平面顯示 (液晶顯示器IXD、有機(jī)電致發(fā)光顯示器0LED)、太陽能電池、傳感器、功能性玻璃等方面得 到廣泛應(yīng)用。石英光纖(Quartz Optical Fiber，縮寫為Q0F)則具有抗電磁干擾、保密性好、抗 核輻射以及重量輕、尺寸小、價格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前信息傳遞的首選材料?，F(xiàn)有的石英光纖一般用于信息傳遞、傳感檢測等領(lǐng)域，根據(jù)需要可在光纖制備時 形成不同種類的光纖，也可在光纖制成后在其上寫上光柵用于傳感等。但未曾見過有在石 英光纖外部負(fù)載ITO薄膜的報道，更未有關(guān)于該光纖制備方法的記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種負(fù)載ITO薄膜的 石英光纖。同時，由于鍍在圓柱體上的薄膜的結(jié)合力遠(yuǎn)小于鍍在平面上，在石英光纖表面涂 覆上ITO薄膜也存在更加實際的技術(shù)困難，本發(fā)明也將著眼于此。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是本發(fā)明首先提出以石英光導(dǎo)纖維作為ITO薄膜的基體，賦予光纖同時具備導(dǎo)光和 導(dǎo)電性能。其次，本發(fā)明提出利用光纖的預(yù)處理來提高其負(fù)載ITO的附著能力，并用結(jié)合力 作為判斷負(fù)載在光纖表面ITO薄膜質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)。本發(fā)明是在基體前期處理過程中 增加一道簡單可行的工藝程序，選擇合適的退火溫度和膜層數(shù)，以增強(qiáng)ITO薄膜與石英光 纖表面的結(jié)合力和樣品的實用性。具體表述為一種負(fù)載ITO薄膜的石英光纖，是以石英光纖為基體，以摻錫氧化銦透明導(dǎo)電薄 膜為表面覆膜。本發(fā)明中，ITO薄膜與石英光纖表面結(jié)合牢固，光電性能良好。進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了一種負(fù)載ITO薄膜的石英光纖的制備方法，包括以下步 驟(1)依次進(jìn)行光纖表面前期處理將石英光纖除去涂覆層后，放在去離子水中超聲處理10 30min ；用40% NaOH溶 液除油15 20min ；以分析純HF溶液表面粗化15 20min ；最后置于質(zhì)量濃度比例為10 15%的NH3水和十二烷基苯磺酸鈉的混合溶液中活化處理8 IOmin ；(2)把硝酸銦和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口燒瓶中，在63 65°C水浴中加熱 2h ；然后將溶解在無水乙醇中的氯化錫與其混合，繼續(xù)加熱回流Ih后取出溶液，在空氣中 放置24h，得到均一透明的淡黃色溶膠；硝酸銦乙酰丙酮無水乙醇氯化錫的摩爾比 為 1 14 5 0. 1 ；(3)將經(jīng)過表面前期處理后的石英光纖浸漬在步驟(2)所得溶膠中4 5min后提 拉鍍膜，然后放在98 100°C下預(yù)熱處理8 lOmin，待溶膠干燥后放入馬弗爐中退火處理 60 70min，得到一層ITO膜；待薄膜冷卻后置于無水乙醇中超聲處理5 8秒后，放在空 氣中晾干；循環(huán)該步驟，即得到負(fù)載多層ITO薄膜的石英光纖。本發(fā)明在步驟(1)中，調(diào)制NHyK和十二烷基苯磺酸鈉的混合溶液時，使混合溶液 的PH值為12。本發(fā)明中，所述步驟(3)共執(zhí)行4次，使得負(fù)載在石英光纖表面的ITO薄膜為4層。本發(fā)明在步驟(3)中馬弗爐中退火處理時，控制溫度為500°C。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過簡單可行的石英光纖的前期處理，使溶膠_凝膠法所制得的ITO薄膜 與石英光纖表面結(jié)合牢固，薄膜結(jié)晶完善，表面光滑致密，光電性能良好，從而制備了一種 負(fù)載ITO薄膜的石英光導(dǎo)纖維，賦予光纖同時具備導(dǎo)光和導(dǎo)電性能?？蓱?yīng)用于紅外傳輸、電 流傳感和光電響應(yīng)器件等方面，大大拓寬了各自的應(yīng)用領(lǐng)域。


圖1是光纖表面負(fù)載上在不同退火溫度下制備的四層ITO薄膜的XRD譜圖；圖2是光纖表面負(fù)載上在不同退火溫度下制備的四層ITO薄膜的電阻率；圖3是光纖表面負(fù)載上在不同退火溫度下制備的四層ITO薄膜的可見光透過率；圖4是光纖表面負(fù)載上在500°C退火溫度下制備的四層ITO薄膜的EDS能譜分析；圖5是光纖表面負(fù)載上在500°C退火溫度下制備的四層ITO薄膜的AFM表面形貌 照片。
具體實施例方式具體實施例1 負(fù)載ITO薄膜的石英光纖的制備方法，包括以下步驟(1)依次進(jìn)行光纖表面前期處理將石英光纖除去涂覆層后，放在去離子水中超聲處理IOmin ；用40% NaOH溶液除 油15min ；以分析純HF溶液表面粗化20min ；最后置于質(zhì)量濃度比例為15%的NH3水和十二 烷基苯磺酸鈉的混合溶液中活化處理Smin ；(2)把硝酸銦和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口燒瓶中，在65°C水浴中加熱2h; 然后將溶解在無水乙醇中的氯化錫與其混合，繼續(xù)加熱回流Ih后取出溶液，在空氣中放 置24h，得到均一透明的淡黃色溶膠；硝酸銦乙酰丙酮無水乙醇氯化錫的摩爾比為 1 14 5 0. 1 ；(3)將經(jīng)過表面前期處理后的石英光纖浸漬在步驟(2)所得溶膠中5min后提拉鍍處理8min，待溶膠干燥后放入馬弗爐中退火處理60min，得到一層 ITO膜；待薄膜冷卻后置于無水乙醇中超聲處理5秒后，放在空氣中晾干；循環(huán)該步驟，即得 到負(fù)載多層ITO薄膜的石英光纖。具體實施例2 負(fù)載ITO薄膜的石英光纖的制備方法，包括以下步驟(1)依次進(jìn)行光纖表面前期處理將石英光纖除去涂覆層后，放在去離子水中超聲處理30min ；用40% NaOH溶液除 油16min ；以分析純HF溶液表面粗化15min ；最后置于質(zhì)量濃度比例為10%的NH3水和十二 烷基苯磺酸鈉的混合溶液中活化處理9min ；(2)把硝酸銦和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口燒瓶中，在63°C水浴中加熱2h; 然后將溶解在無水乙醇中的氯化錫與其混合，繼續(xù)加熱回流Ih后取出溶液，在空氣中放 置24h，得到均一透明的淡黃色溶膠；硝酸銦乙酰丙酮無水乙醇氯化錫的摩爾比為 1 14 5 0. 1 ；(3)將經(jīng)過表面前期處理后的石英光纖浸漬在步驟(2)所得溶膠中4min后提拉鍍 膜，然后放在100°c下預(yù)熱處理lOmin，待溶膠干燥后放入馬弗爐中退火處理70min，得到一 層ITO膜；待薄膜冷卻后置于無水乙醇中超聲處理8秒后，放在空氣中晾干；循環(huán)該步驟， 即得到負(fù)載多層ITO薄膜的石英光纖。具體實施例3 負(fù)載ITO薄膜的石英光纖的制備方法，包括以下步驟(1)依次進(jìn)行光纖表面前期處理將石英光纖除去涂覆層后，放在去離子水中超聲處理20min ；用40% NaOH溶液除 油20min ；以分析純HF溶液表面粗化16min ；最后置于質(zhì)量濃度比例為13%的NH3水和十二 烷基苯磺酸鈉的混合溶液中活化處理IOmin ；(2)把硝酸銦和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口燒瓶中，在64°C水浴中加熱2h ； 然后將溶解在無水乙醇中的氯化錫與其混合，繼續(xù)加熱回流Ih后取出溶液，在空氣中放 置24h，得到均一透明的淡黃色溶膠；硝酸銦乙酰丙酮無水乙醇氯化錫的摩爾比為 1 14 5 0. 1 ；(3)將經(jīng)過表面前期處理后的石英光纖浸漬在步驟(2)所得溶膠中4min后提拉鍍 膜，然后放在99°C下預(yù)熱處理9min，待溶膠干燥后放入馬弗爐中退火處理65min，得到一層 ITO膜；待薄膜冷卻后置于無水乙醇中超聲處理6秒后，放在空氣中晾干；循環(huán)該步驟，即得 到負(fù)載多層ITO薄膜的石英光纖。本發(fā)明中在退火溫度為500°C下制備的薄膜表面沒有發(fā)生變化，當(dāng)退火溫度大 于500°C時，隨著退火溫度的增加，薄膜表面形貌破壞程度增加，在退火溫度為400°C下制 備的薄膜經(jīng)過淬火處理后其表面破壞程度比500°C大，即在退火溫度為500°C下制備的薄 膜結(jié)合力最強(qiáng)。隨著膜層數(shù)的增加，每層薄膜的熱膨脹系數(shù)不同，薄膜的結(jié)合力減小，同時 考慮到石英光纖表面薄膜的完整性，選擇在光纖表面鍍上四層ITO薄膜。圖1是在光纖表面負(fù)載上在不同退火溫度下制備的四層ITO薄膜的XRD對比譜 圖，根據(jù)謝樂公式在退火溫度為400°c，500°c，60(rc，70(rc和800°C下制備的ITO薄膜的 晶粒大小分別為14. 4nm, 16. 5nm, 16. 8nm, 17. Onm和17. Inm,當(dāng)退火溫度大于500°C時，結(jié)晶
5度沒有明顯地增加，即在退火溫度為500°C下制備的薄膜結(jié)晶完善，出現(xiàn)了明顯的In2O3特 征峰。圖2是光纖表面負(fù)載上在不同退火溫度下制備的四層ITO薄膜的電阻率與所測量 光纖長度關(guān)系曲線，在退火溫度為500°C下制備的ITO薄膜的電阻率相對于400°C有明顯地 減小，相對于600°C其增加值不大。圖3是光纖表面負(fù)載上在不同退火溫度下制備的四層ITO薄膜的可見光透過率， 當(dāng)退火溫度小于700°C時，ITO薄膜的可見光透過率沒有很大的變化，即退火溫度為500°C 下制備的薄膜透光性能良好。沒有經(jīng)過活化處理的光纖表面負(fù)載上在500°C退火溫度下制備的四層ITO薄膜， 與經(jīng)過處理的光纖表面負(fù)載上在500°C退火溫度下制備的四層ITO薄膜相比，ITO薄膜表面 粗糙，活化處理增強(qiáng)了 ITO薄膜與石英光纖的結(jié)合力，使光纖表面光滑，ITO薄膜的顆粒致
滋
Γ t [ O圖4是光纖表面負(fù)載上在500°C退火溫度下制備的四層ITO薄膜的EDS能譜分析， ITO薄膜均勻地負(fù)載在光纖表面，In與Sn質(zhì)量比與前驅(qū)物中的In與Sn質(zhì)量比相吻合。光纖表面負(fù)載上在500°C退火溫度下制備的四層ITO薄膜，薄膜厚度均勻，其值為 186. lnm，薄膜之間沒有明顯的分層現(xiàn)象。圖5是光纖表面負(fù)載上在500°C退火溫度下制備的四層ITO薄膜的AFM表面形貌 圖，其均方根(RMS)表面粗糙度為0. 719nm。最后，還需要注意的是，顯然本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形，本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā) 明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種負(fù)載ITO薄膜的石英光纖，其特征在于，是以石英光纖為基體，以摻錫氧化銦透明導(dǎo)電薄膜為表面覆膜。
2.一種負(fù)載ITO薄膜的石英光纖的制備方法，包括以下步驟(1)依次進(jìn)行光纖表面前期處理將石英光纖除去涂覆層后，放在去離子水中超聲處理10 30min ；用40% NaOH溶液 除油15 20min ；以分析純HF溶液表面粗化15 20min ；最后置于質(zhì)量濃度比例為10 15%的NH3水和十二烷基苯磺酸鈉的混合溶液中活化處理8 IOmin ；(2)把硝酸銦和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口燒瓶中，在63 65°C水浴中加熱2h； 然后將溶解在無水乙醇中的氯化錫與其混合，繼續(xù)加熱回流Ih后取出溶液，在空氣中放 置24h，得到均一透明的淡黃色溶膠；硝酸銦乙酰丙酮無水乙醇氯化錫的摩爾比為 1 14 5 0. 1 ；(3)將經(jīng)過表面前期處理后的石英光纖浸漬在步驟(2)所得溶膠中4 5min后提拉鍍 膜，然后放在98 100°C下預(yù)熱處理8 lOmin，待溶膠干燥后放入馬弗爐中退火處理60 70min，得到一層ITO膜；待薄膜冷卻后置于無水乙醇中超聲處理5 8秒后，放在空氣中晾 干；循環(huán)該步驟，即得到負(fù)載多層ITO薄膜的石英光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述石英光纖的制備方法，其特征在于，在步驟(1)中，調(diào)制NHyK 和十二烷基苯磺酸鈉的混合溶液時，使混合溶液的PH值為12。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述石英光纖的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)共執(zhí)行4次， 使得負(fù)載在石英光纖表面的ITO薄膜為4層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種石英光纖的制備方法，其特征在于在步驟(3)中，馬弗 爐中退火處理時，控制溫度為500°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及石英光導(dǎo)纖維改性，旨在提供一種負(fù)載ITO薄膜的石英光纖及其制備方法。該石英光纖是以石英光纖為基體，以摻錫氧化銦透明導(dǎo)電薄膜為表面覆膜。本發(fā)明通過簡單可行的石英光纖的前期處理，使溶膠-凝膠法所制得的ITO薄膜與石英光纖表面結(jié)合牢固，薄膜結(jié)晶完善，表面光滑致密，光電性能良好，從而制備了一種負(fù)載ITO薄膜的石英光導(dǎo)纖維，賦予光纖同時具備導(dǎo)光和導(dǎo)電性能?？蓱?yīng)用于紅外傳輸、電流傳感和光電響應(yīng)器件等方面，大大拓寬了各自的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號G02B6/02GK101950043SQ20101025785
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者劉婧, 楊斌 申請人:浙江理工大學(xué)