專利名稱：一種微波水熱輔助液相自組裝法制備Sm₂S₃薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Smjj^膜的制備方法，具體涉及一種微波水熱輔助液相自組裝法制備Smj3薄膜的制備方法，本發(fā)明能夠制備出均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，不需后期晶化處理的納米Smj3薄膜。
背景技術(shù)：
Sm2S3有兩種形態(tài)，分別是α -Sm2S3型和Y -Sm2S3型。α -Sm2S3是Tti3P4結(jié)構(gòu)的， 在1573 士 50k時發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)變，變?yōu)閅-Sm2&。Y-Smj3顏色鮮艷，經(jīng)常被用作塑料和油漆顏料。此外Y-Smj3是半導(dǎo)體，是良好的熱電轉(zhuǎn)換材料[Michihiro Ohta,Haibin Yuan, Shinji Hirai, Yoichiro Uemura, Kazuyoshi Shimakage. Preparation of R2S3 (R: La, Pr, Nd, Sm)powders by sulfurization of oxide powders using CS2 gas[J]. Journal of Alloys and Compounds. 2004，374 :112 115]。到目前為止，關(guān)于Smj3的研究還很少，本發(fā)明是用微波輔助液相自組裝法制備Smj3薄膜。自組裝(Self-assembled monolayers)技術(shù)(簡稱SAMs技術(shù))，是一種制備薄膜的新技術(shù)，通過表面活性劑與基底之間的化學(xué)吸附作用，在基板材料上自組形成排列整齊， 致密，有序的單分子膜層。以自組裝膜為模板誘導(dǎo)無機(jī)前軀體溶液在基底表面沉積成膜的仿生合成制膜技術(shù)，具有傳統(tǒng)物理化學(xué)方法無可比擬的優(yōu)點，是一種極具應(yīng)用前景的新型、 高效的綠色制膜技術(shù)[談國強(qiáng)，劉劍，賀中亮.自組裝單層膜技術(shù)及其在制備功能薄膜領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].陶瓷.2009，7:9 13]。微波水熱法是新型的納米材料的制備方法，它與常規(guī)水熱法相比，反應(yīng)時間短，加熱均勻，反應(yīng)溫度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單，成本低廉的微波水熱輔助液相自組裝法制備 Sm2S3薄膜的制備方法，制備出的薄膜均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，結(jié)合力高，性能良好。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體方法如下1)取0. 01-0. 50g的分析純的(SmCl3 · 6H20)置于燒杯中，向燒杯中加入10_60mL 的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. 01-1. OOg的乙二胺四乙酸(EDTA)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 01-1. OOg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至2. 5-5. 0得前驅(qū)液D ；5)將羥基化的硅基板置于體積濃度為1 3%的OTS(十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡10 50min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑?在氮?dú)鈿夥罩校?10 120°C干燥5 20min得OTS硅基板； 6)將干燥的OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長184. 9nm,在一個大氣壓下，保持照射距離為1 3cm照射10 60min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在40 90°C下沉積10-50h制備Smj3薄膜；8)沉積結(jié)束后將所制備的薄膜浸入前驅(qū)液D中，并放入微波消解罐，填充度為50% _80%，密封后放入微波消解儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進(jìn)行反應(yīng)，所述的溫控模式的溫度控制在120-220°C，壓控模式的水熱壓力在0. l_3Mpa，反應(yīng)時間控制在 5-30min,反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；9)將制備好的薄膜取出后，用去離子水沖洗，置于真空干燥箱中60 90°C干燥得 Sm2S3納米薄膜。所述的羥基化的硅基板是先將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩IOmin 60min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射10 SOmin得羥基化的硅基板。本發(fā)明結(jié)合微波水熱和液相自組裝兩種方法，制備Smj3薄膜。這種制膜方法操作簡便，成本低，且制備出的薄膜均勻、致密、低缺陷，強(qiáng)度高，結(jié)合力高，性能良好，并且通過控制前驅(qū)液濃度、PH值以及沉積時間可以控制薄膜厚度和晶粒大小。這種方法制備的Smj3 納米薄膜重復(fù)性高，易于大面積制膜。且操作方便，原料易得，制備成本較低。


圖1為實施例1所制備的Smj3薄膜XRD圖譜；圖2為實施例1所制備的Smj3薄膜的AFM圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例1 1)取0. Olg的分析純的(SmCl3 · 6H20)置于燒杯中，向燒杯中加入20mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0.05g的乙二胺四乙酸(EDTA)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. Olg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至2. 5得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩60min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊吹干，然后在紫外線照射儀中，照射IOmin得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡50min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩校?于110°C干燥20min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長184. 9nm,在一個大氣壓下，保持照射距離為Icm照射60min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在40°C下沉積50h制備Smj3薄膜；
8)沉積結(jié)束后將所制備的薄膜浸入前驅(qū)液D中，并放入微波消解罐，填充度為 60%，密封后放入微波消解儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進(jìn)行反應(yīng)，所述的溫控模式的溫度控制在120°C，壓控模式的水熱壓力在0. IMpa，反應(yīng)時間控制在30min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；9)將制備好的薄膜取出后，用去離子水沖洗，置于真空干燥箱中60°C干燥得Smj3 納米薄膜。將該實施例制備的Smj3薄膜用日本理學(xué)D/maX2200PC型自動X-射線衍射儀 (XRD)(圖1)進(jìn)行測定，同時用日本精工的SPA400-SPI3800N型原子力顯微鏡(AFM)(圖2) 對其表面形貌進(jìn)行分析。從圖片可以看出所制備的Smj3納米薄膜結(jié)晶度較好，是物相純凈的Sm2S3，并且沿著(013)晶面取向生長，從AFM中可以看出薄膜表面起伏較大，非常致密。實施例2 1)取0. 8g的分析純的(SmCl3 · 6H20)置于燒杯中，向燒杯中加入IOmL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. Olg的乙二胺四乙酸(EDTA)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 05g分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至3. 5得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩30min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊吹干，然后在紫外線照射儀中，照射40min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為2. 5%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡20min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑诘獨(dú)鈿夥罩?，?12°C干燥15min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長184. 9nm,在一個大氣壓下，保持照射距離為2cm照射35min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在70°C下沉積30h制備Smj3薄膜；8)沉積結(jié)束后將所制備的薄膜浸入前驅(qū)液D中，并放入微波消解罐，填充度為 80%，密封后放入微波消解儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進(jìn)行反應(yīng)，所述的溫控模式的溫度控制在150°C，壓控模式的水熱壓力在0. 5Mpa,反應(yīng)時間控制在25min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；9)將制備好的薄膜取出后，用去離子水沖洗，置于真空干燥箱中70°C干燥得Smj3 納米薄膜。實施例3 1)取0. 35g的分析純的(SmCl3 · 6H20)置于燒杯中，向燒杯中加入40mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0.6g的乙二胺四乙酸(EDTA)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B;3)向溶液B中加入0. 6g分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至4. 5得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩IOmin后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射60min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為1. 5%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡40min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑诘獨(dú)鈿夥罩?，?18°C干燥IOmin得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長184. 9nm,在一個大氣壓下，保持照射距離為3cm照射lOmin，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在90°C下沉積IOh制備Smj3薄膜；8)沉積結(jié)束后將所制備的薄膜浸入前驅(qū)液D中，并放入微波消解罐，填充度為 50 %，密封后放入微波消解儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進(jìn)行反應(yīng)，所述的溫控模式的溫度控制在200°C，壓控模式的水熱壓力在2Mpa，反應(yīng)時間控制在lOmin，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；9)將制備好的薄膜取出后，用去離子水沖洗，置于真空干燥箱中90°C干燥得Smj3 納米薄膜。實施例4 1)取0. 16g的分析純的(SmCl3 · 6H20)置于燒杯中，向燒杯中加入30mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入Ig的乙二胺四乙酸(EDTA)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B;3)向溶液B中加入0. Sg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至3得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩45min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊吹干，然后在紫外線照射儀中，照射SOmin得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為3 %的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡lOmin，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩校?于120°C干燥5min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長184. 9nm，在一個大氣壓下，保持照射距離為2. 5cm照射20min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在80°C下沉積20h制備Smj3薄膜；8)沉積結(jié)束后將所制備的薄膜浸入前驅(qū)液D中，并放入微波消解罐，填充度為 70%，密封后放入微波消解儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進(jìn)行反應(yīng)，所述的溫控模式的溫度控制在180°C，壓控模式的水熱壓力在IMpa，反應(yīng)時間控制在20min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；9)將制備好的薄膜取出后，用去離子水沖洗，置于真空干燥箱中80°C干燥得Smj3 納米薄膜。實施例5 1)取0. 5g的分析純的(SmCl3 · 6H20)置于燒杯中，向燒杯中加入60mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈;2)向溶液A中加入0.8g的乙二胺四乙酸(EDTA)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B;3)向溶液B中加入Ig分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至5得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩20min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊吹干，然后在紫外線照射儀中，照射30min得羥基化的硅基板；
將羥基化的硅基板置于體積濃度為2 %的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡30min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩校?于115°C干燥i:3min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長184. 9nm,在一個大氣壓下，保持照射距離為1. 5cm照射45min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在60°C下沉積40h制備Smj3薄膜；8)沉積結(jié)束后將所制備的薄膜浸入前驅(qū)液D中，并放入微波消解罐，填充度為 60%，密封后放入微波消解儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進(jìn)行反應(yīng)，所述的溫控模式的溫度控制在220°C，壓控模式的水熱壓力在3Mpa，反應(yīng)時間控制在5min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；9)將制備好的薄膜取出后，用去離子水沖洗，置于真空干燥箱中60°C干燥得Smj3 納米薄膜。
權(quán)利要求
1.一種微波水熱輔助液相自組裝法制備Smj3薄膜的方法，其特征在于1)取0.01-0. 50g的分析純的(SmCl3 · 6H20)置于燒杯中，向燒杯中加入10_60mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0.01-1.OOg的乙二胺四乙酸(EDTA)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0.01-1. OOg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至2.5-5. 0得前驅(qū)液D ；5)將羥基化的硅基板置于體積濃度為1 3%的OTS(十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡10 50min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩?，?10 120°C干燥5 20min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長184.9nm,在一個大氣壓下，保持照射距離為1 3cm照射10 60min，使OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到OTS功能化后的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在40 90°C下沉積10-50h制備Smj3薄膜；8)沉積結(jié)束后將所制備的薄膜浸入前驅(qū)液D中，并放入微波消解罐，填充度為 50% _80%，密封后放入微波消解儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進(jìn)行反應(yīng)，所述的溫控模式的溫度控制在120-220°C，壓控模式的水熱壓力在0. l_3Mpa，反應(yīng)時間控制在 5-30min,反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；9)將制備好的薄膜取出后，用去離子水沖洗，置于真空干燥箱中60 90°C干燥得Smj3 納米薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波水熱輔助液相自組裝法制備Smj3薄膜的方法，其特征在于所述的羥基化的硅基板是先將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩IOmin 60min 后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射10 80min得羥基化的硅基板。
全文摘要
一種微波水熱輔助液相自組裝法制備Sm2S3薄膜的方法，將SmCl3·6H2O、乙二胺四乙酸和硫代乙酰胺加入去離子水得溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值至2.5-5.0得前驅(qū)液，將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液中于干燥箱沉積制備Sm2S3薄膜；沉積結(jié)束后將所制備的薄膜再次浸入前驅(qū)液中在微波消解儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；將制備好的薄膜取出后，用去離子水沖洗，置于真空干燥箱中干燥得Sm2S3納米薄膜。本發(fā)明結(jié)合微波水熱和液相自組裝兩種方法，制備Sm2S3薄膜。這種制膜方法操作簡便，成本低，且制備出的薄膜均勻、致密、低缺陷，強(qiáng)度高，結(jié)合力高，性能良好，并且通過控制前驅(qū)液濃度、pH值以及沉積時間可以控制薄膜厚度和晶粒大小。
文檔編號C01F17/00GK102503553SQ20111037596
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者侯艷超, 曹麗云, 李意峰, 殷立雄, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學(xué)