專利名稱：一種低氟溶液法制備MgF₂薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于減反射膜制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及太陽(yáng)能電池用抗反射薄膜的化學(xué)溶液法制備技術(shù)，具體地說(shuō)，涉及一種低氟溶液法制備MgF2薄膜的方法。
背景技術(shù)：
減反射膜又稱增透膜，即在光學(xué)元件表面上鍍光學(xué)薄膜，用于減少光學(xué)元件表面的反射，增加光線的透過(guò)率，從而提高在工作波長(zhǎng)或波段內(nèi)的性能。對(duì)于減反射膜的研究，早在1817年，約瑟夫·夫瑯和費(fèi)采用酸蝕法制成了第一批 減反射薄膜。1886年，洛德·瑞利發(fā)現(xiàn)，失澤的玻璃反射率比剛拋光的玻璃更低，原因是玻璃表面上形成了薄薄的一層膜，它的折射率低于其基底材料的折射率。從薄膜的角度來(lái)看，最有意義的進(jìn)展是1899年出現(xiàn)的法布里-珀羅干涉儀，它已成為薄膜濾光片的一種基本的結(jié)構(gòu)形式。二十世紀(jì)三、四十年代，減反射膜和增反射膜系、以及干涉單色濾光片的多層膜理論相繼應(yīng)運(yùn)而生?？萍嫉娜招略庐?，新材料的涌現(xiàn)以及制造水平與設(shè)計(jì)水平的不斷提升，減反射膜的性能指標(biāo)有了大大的提升，被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。隨著太陽(yáng)能電池的發(fā)展，減反射薄膜的設(shè)計(jì)已成為太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，由于光在硅表面的反射使光損失高達(dá)30%以上，如果在硅表面鍍上合適的薄膜，利用薄膜干涉原理就可以使光的反射大為減少，從而提高太陽(yáng)能電池的短路光電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率。鍍有減反射薄膜的硅太陽(yáng)能電池的反射顯著減少，能量轉(zhuǎn)換效率提高了 49%。有人在硅太陽(yáng)能電池上制備了兩層的TiO2和SiO2減反射薄膜，太陽(yáng)能電池的平均反射率為7. 9%，而沒(méi)有涂膜的反射率為37. 4%，太陽(yáng)能電池的吸收增加了大約47%，可測(cè)量的電池效率從12. 1%增加到17.4%，即提高了 44%。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的高樓拔地而起。玻璃幕墻集裝飾通風(fēng)采光于一體，受到了建筑單位的喜愛(ài)，但同時(shí)也帶來(lái)了負(fù)效應(yīng)一光污染。而在這些玻璃上涂覆減反射薄膜，則可有效減少這種光污染。不僅如此，汽車擋風(fēng)玻璃、門(mén)窗玻璃、商店玻璃、展柜等都有這樣的要求。液晶顯示已成為顯示器革命中的主流技術(shù)，但它在目前的實(shí)用方面仍有許多的不足之處可視角小、受環(huán)境光影響較強(qiáng)、當(dāng)視角超過(guò)某一范圍，圖像就變得模糊不清、對(duì)比度降低。減反射膜的應(yīng)用有助于液晶顯示器性能的優(yōu)化。在光通訊中，微弱的反射光也會(huì)對(duì)光信號(hào)的傳輸檢測(cè)產(chǎn)生重要影響?？傊?，減反射薄膜在太陽(yáng)能電池，玻璃幕墻，光學(xué)鏡片，顯示投影技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域都有這廣泛的應(yīng)用。但到目前為止，這種減反射薄膜并沒(méi)有真正得到大規(guī)模生產(chǎn)。很多技術(shù)有待克服。目前，用于制備減反射薄膜的主要材料有SiO2,TiO2,MgF2，氮化硅等。SiO2, TiO2是一種氧化物，耐腐蝕性能高，被人們認(rèn)識(shí)是比較好的減反射薄膜。MgF2實(shí)際具有更低的折射系數(shù)，且性能穩(wěn)定，是一種良好的抗反射薄膜。但MgF2的制備困難，迄今為止很少有這方面薄膜的報(bào)道。制備薄膜的技術(shù)很多，包括化學(xué)的溶膠-凝膠法，噴霧熱分解法，化學(xué)氣相沉積法，還有物理的磁控濺射法。這些方法中，溶膠凝膠法是比較便宜，溶液大規(guī)模生產(chǎn)的方法，且所得薄膜具有多孔性。而多孔減反射薄膜具有更低的折射系數(shù)，可降低薄膜的反射率。因此，溶膠凝膠法在制備減反射薄膜方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。但溶膠凝膠法或化學(xué)溶液法一般制備氧化物材料，氟化物材料尚無(wú)人涉及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低氟溶液法制備MgF2薄膜的方法，以較低的原料及制作成本制備表面光滑，氣孔率低，薄膜致密的MgF2薄膜。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種低氟溶液法制備MgF2薄膜的方法，首先，用三氟乙酸作反應(yīng)物將醋酸鎂溶解于溶劑中形成了性能穩(wěn)定且成膜性好的低氟氟化鎂溶液；然后用所配制的低氟氟化鎂溶液作為前驅(qū)體溶液，結(jié)合浸潰提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法在基底上，制備凝膠薄膜，隨后將得到的凝膠薄膜在空氣下干燥；最后進(jìn)行熱處理，即得MgF2薄膜。
具體按照以下步驟實(shí)施I)低氟溶液的配制I. I將質(zhì)量為X的醋酸鎂溶解在含有蒸餾水的三氟乙酸中，使得其摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=I (2-8) :10，在40-80°C的溫度下攪拌澄清后，在50-90°C的溫度下烘干或減壓蒸餾后得到白色固體A，固體A可通過(guò)添加溶劑A，形成溶液A ;I. 2將質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在溶劑A中，使得醋酸鎂溶劑A=I : (15 80)，攪拌澄清后，即得到溶液B;I. 3將上述步驟I. I及步驟I. 2得到的溶液A或固體A與溶液B混合并攪拌，使得X/Y= (O. 5-3)，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸溶劑 A = I: (O. 7-1. 5) : (15 80);2)凝膠薄膜的制備及干燥采用步驟I. 3中配制的低氟氟化鎂溶液作為前驅(qū)體溶液，結(jié)合浸潰提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法在玻璃、石英或硅制成的基片上制得氟化鎂凝膠薄膜，隨后將得到的凝膠薄膜在空氣中，不高于200°C條件下干燥5 20分鐘，揮發(fā)掉多余的溶劑，得到凝膠干膜；3)薄膜熱處理將步驟2)獲得的凝膠干膜放入馬弗爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以5-15°C /min的速率升溫到250_450°C煅燒5_50分鐘，保溫結(jié)束后取出即可，若要增加薄膜的厚度，可重復(fù)2)，3)步驟若干次。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，其中溶劑A為乙醇、甲醇、異丙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇甲醚、甲基丙烯酸、丙酸、α -甲基丙烯酸中的任意一種。本發(fā)明的有益效果為，采用價(jià)格低廉的醋酸鎂和乙醇為起始原料，通過(guò)三氟乙酸化學(xué)反應(yīng)，形成三氟醋酸鹽，溶解于乙醇中形成了性能穩(wěn)定且成膜性好的低氟氟化鎂溶液。通過(guò)提拉、懸涂等方法將所得到的薄膜進(jìn)行烘干和簡(jiǎn)單的熱處理后，制備出性能良好的氟
化鎂薄膜。


圖I是本發(fā)明的低氟溶液法制備MgF2薄膜的方法中低氟溶液的配制的流程圖；圖2是本發(fā)明的方法制備的MgF2薄膜的X射線衍射圖；圖3是本發(fā)明的方法制備的MgF2薄膜的光學(xué)透過(guò)曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供一種低氟溶液法制備MgF2薄膜的方法，可分為低氟溶液的配制、凝膠薄膜的制備及干燥、薄膜熱處理三個(gè)過(guò)程。首先，用一定量的三氟乙酸作反應(yīng)物將醋酸鎂溶 解于甲醇中形成了性能穩(wěn)定且成膜性好的低氟氟化鎂溶液；然后用所配制的低氟溶液作為前驅(qū)體溶液，結(jié)合浸潰提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法在一定基底上，制備凝膠薄膜，隨后將得到的凝膠薄膜在空氣下干燥；然后在一定溫度下進(jìn)行熱處理，即可透明的MgF2薄膜。具體按照以下步驟實(shí)施I)低氟溶液的配制，如圖I所示I. I將質(zhì)量為X的醋酸鎂溶解在含有蒸餾水的三氟乙酸中，使得其摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=I (2-8) :10，在40-80°C的溫度下攪拌澄清后，在50-90°C的溫度下烘干或減壓蒸餾后得到白色固體A，固體A可通過(guò)添加溶劑A，形成溶液A ；I. 2將質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在溶劑A中，使得醋酸鎂溶劑A=I : (15 80)，攪拌澄清后，即得到溶液B;I. 3將上述步驟I. I及步驟I. 2得到的溶液A或固體A與溶液B混合并攪拌，使得X/Y= (O. 5-3)，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸溶劑 A = I: (O. 7-1. 5) : (15 80);其中溶劑A為乙醇、甲醇、異丙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇甲醚、甲基丙烯酸、丙酸、α -甲基丙烯酸中的任意一種。2)凝膠薄膜的制備及干燥采用步驟I. 3中配制的低氟氟化鎂溶液作為前驅(qū)體溶液，結(jié)合浸潰提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法在玻璃、石英或硅制成的基片上制得氟化鎂凝膠薄膜，隨后將得到的凝膠薄膜在空氣中，不高于200°C條件下干燥5 20分鐘，揮發(fā)掉多余的溶劑，得到凝膠干膜；3)薄膜熱處理將步驟2)獲得的凝膠干膜放入馬弗爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以5-15°C /min的速率升溫到250_450°C煅燒5_50分鐘，保溫結(jié)束后取出即可，若要增加薄膜的厚度，可重復(fù)2)，3)步驟若干次。如圖2所示，是本發(fā)明的方法制備出的MgF2薄膜的X射線衍射圖，圖中可知，圖中除了 MgF2的衍射峰外，并無(wú)其他雜相(比如MgO)的存在。圖3是MgF2薄膜的光學(xué)透過(guò)曲線，根據(jù)圖可知，在玻璃基底上制備MgF2薄膜具有良好的透過(guò)率，透過(guò)率可達(dá)97%以上，優(yōu)于一般的SiO2的透過(guò)率(94%)。本發(fā)明的方法采用價(jià)格低廉的醋酸鎂和乙醇為起始原料，通過(guò)三氟乙酸化學(xué)反應(yīng)，形成三氟醋酸鹽，溶解于乙醇中形成了性能穩(wěn)定且成膜性好的低氟氟化鎂溶液。通過(guò)提拉、懸涂等方法將所得到的薄膜進(jìn)行烘干和簡(jiǎn)單的熱處理后，即可制備出性能良好的氟化
鎂薄膜。本發(fā)明的氟化鎂薄膜的制備方法，采用價(jià)格低廉的小分子金屬醋酸鹽為起始原料，未涉及昂貴的大分子金屬羧酸鹽或金屬醇鹽，采用了乙醇等普通的有機(jī)溶液作溶劑，大大降低了成本；利用三氟乙酸絡(luò)合作用將醋酸鹽原料溶解于甲醇中形成了性能穩(wěn)定且成膜性好的低氟氟化鎂溶液。同其他化學(xué)法制備氟化鎂薄膜工藝相比，避免了使用價(jià)格昂貴的醇鹽。在溶液制備過(guò)程中，避免了全三氟醋酸鹽法，采用少量三氟醋酸鹽溶解于有機(jī)溶劑中，從而使得所得薄膜具有表面光滑，氣孔率低，薄膜致密等特點(diǎn)。不僅如此，薄膜制備周期也大大縮短，薄膜制備效率大大提高，適用于未來(lái)大面積、大規(guī)模的、批量化生產(chǎn)抗反射薄膜。實(shí)施例I : 用三氟乙酸和質(zhì)量為X的醋酸鎂反應(yīng)，得到澄清的溶液(需添加少量的蒸餾水促進(jìn)反應(yīng)，并防止三氟乙酸的揮發(fā))，使各組分的摩爾比為，醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=1 6 10，在60°C的溫度下攪拌澄清后形成溶液，然后經(jīng)過(guò)50°C烘干或減壓蒸餾，得到固體物質(zhì)A。用質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在甲醇中，使得醋酸鎂甲醇=1 :30，即得到溶液B。將上述溶液A、B混合并攪拌，控制X/Y=l，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸甲醇=1:1. 5:35。調(diào)節(jié)甲醇的用量，使得Mg離子濃度在Imol/L0利用所制備的低氟溶液，在室溫條件下，通過(guò)浸潰提拉法在玻璃基底上提拉涂覆一層MgF2凝膠膜。隨后，將獲得的凝膠膜進(jìn)行干燥并熱處理。首先，將凝膠膜在空氣氣氛中不高于200°C條件下保溫20分鐘，隨后將干膜轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以15°C/min的速率升溫到450°C，并保溫30分鐘，隨爐冷卻到室溫。所得MgF2薄膜厚度約為150nm，無(wú)其他雜相的產(chǎn)生，薄膜的透過(guò)率可達(dá)96. 5%。實(shí)施例2:用三氟乙酸和質(zhì)量為X的醋酸鎂反應(yīng)，得到澄清的溶液(需添加少量的蒸餾水促進(jìn)反應(yīng)，并防止三氟乙酸的揮發(fā))，使各組分的摩爾比為，醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=1 2 10，在80°C的溫度下攪拌澄清后形成溶液，然后經(jīng)過(guò)70°C烘干或減壓蒸餾，得到固體物質(zhì)
A。用質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在乙醇中，使得醋酸鎂乙醇=1 :80，即得到溶液B。將上述溶液A、B混合并攪拌,控制Χ/Υ=0. 5，得到低氟氟化鎂溶液,該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸乙醇=1:0.7:80。調(diào)節(jié)乙醇的用量，使得Mg離子濃度在lmol/L0利用所制備的低氟溶液，在室溫條件下，通過(guò)浸潰提拉法在玻璃基底上提拉涂覆一層MgF2凝膠膜。隨后，將獲得的凝膠膜進(jìn)行干燥并熱處理。首先，將凝膠膜在空氣氣氛中不高于200°C條件下保溫10分鐘，隨后將干膜轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以5°C /min的速率升溫到300°C，并保溫40分鐘，隨爐冷卻到室溫。所得MgF2薄膜厚度約為150nm，薄膜的透過(guò)率可達(dá)97. 2%。實(shí)施例3 用三氟乙酸和質(zhì)量為X的醋酸鎂反應(yīng)，得到澄清的溶液(需添加少量的蒸餾水促進(jìn)反應(yīng)，并防止三氟乙酸的揮發(fā))，使各組分的摩爾比為，醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=1 8 10，在40°C的溫度下攪拌澄清后形成溶液，然后經(jīng)過(guò)90°C烘干或減壓蒸餾，得到固體物質(zhì)A。用質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在正丙醇中，使得醋酸鎂正丙醇=1 :15，即得到溶液B。將上述溶液A、B混合并攪拌，控制X/Y=2，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸正丙醇=1:1:15。調(diào)節(jié)正丙醇的用量，使得Mg離子濃度在 O. 6mol/L。利用所制備的低氟溶液，在室溫條件下，通過(guò)浸潰提拉法在玻璃基底上提拉涂覆一層MgF2凝膠膜。隨后，將獲得的凝膠膜進(jìn)行干燥并熱處理。首先，將凝膠膜在空氣氣氛中不高于200°C條件下保溫5分鐘，隨后將干膜轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以10°C /min的速率升溫到250°C，并保溫5分鐘，隨爐冷卻到室溫。所得MgF2薄膜厚度約為lOOnm，無(wú)其他雜相的產(chǎn)生，透過(guò)率可達(dá)97. 5%。實(shí)施例4 用三氟乙酸和質(zhì)量為X的醋酸鎂反應(yīng)，得到澄清的溶液(需添加少量的蒸餾水促 進(jìn)反應(yīng)，并防止三氟乙酸的揮發(fā))，使各組分的摩爾比為，醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=1 3 10，在70°C的溫度下攪拌澄清后形成溶液，然后經(jīng)過(guò)80°C烘干或減壓蒸餾，得到固體物質(zhì)
A。用質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在乙二醇甲醚中，使得醋酸鎂乙二醇甲醚=1:50，即得到溶液
B。將上述溶液A、B混合并攪拌，控制X/Y=3，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸正丙醇=1:1.2:60。調(diào)節(jié)乙二醇甲醚的用量，使得Mg離子濃度在O. 6mol/L。利用所制備的低氟溶液，在室溫條件下，通過(guò)浸潰提拉法在玻璃基底上提拉涂覆一層MgF2凝膠膜。隨后，將獲得的凝膠膜進(jìn)行干燥并熱處理。首先，將凝膠膜在空氣氣氛中不高于200°C條件下保溫15分鐘，隨后將干膜轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以12°C /min的速率升溫到300°C，并保溫50分鐘，隨爐冷卻到室溫。所得MgF2薄膜厚度約為lOOnm，無(wú)其他雜相的產(chǎn)生，透過(guò)率可達(dá)97%。實(shí)施例5 用三氟乙酸和質(zhì)量為X的醋酸鎂反應(yīng)，得到澄清的溶液(需添加少量的蒸餾水促進(jìn)反應(yīng)，并防止三氟乙酸的揮發(fā))，使各組分的摩爾比為，醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=1 6 10，在60°C的溫度下攪拌澄清后形成溶液，然后經(jīng)過(guò)50°C烘干或減壓蒸餾，得到固體物質(zhì)
A。用質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在異丙醇中，使得醋酸鎂異丙醇=1 :30，即得到溶液B。將上述溶液A、B混合并攪拌，控制X/Y=l，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸異丙醇=1:1.5:35。調(diào)節(jié)異丙醇的用量，使得Mg離子濃度在 lmol/L。利用所制備的低氟溶液，在室溫條件下，通過(guò)浸潰提拉法在玻璃基底上提拉涂覆一層MgF2凝膠膜。隨后，將獲得的凝膠膜進(jìn)行干燥并熱處理。首先，將凝膠膜在空氣氣氛中不高于200°C條件下保溫20分鐘，隨后將干膜轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以15°C/min的速率升溫到450°C，并保溫30分鐘，隨爐冷卻到室溫。所得MgF2薄膜厚度約為150nm，無(wú)其他雜相的產(chǎn)生，透過(guò)率可達(dá)96%。實(shí)施例6 用三氟乙酸和質(zhì)量為X的醋酸鎂反應(yīng)，得到澄清的溶液(需添加少量的蒸餾水促進(jìn)反應(yīng)，并防止三氟乙酸的揮發(fā))，使各組分的摩爾比為，醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=1 2 10，在80°C的溫度下攪拌澄清后形成溶液，然后經(jīng)過(guò)70°C烘干或減壓蒸餾，得到固體物質(zhì)A。用質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在正丁醇中，使得醋酸鎂正丁醇=1 :80，即得到溶液B。將上述溶液A、B混合并攪拌，控制Χ/Υ=0. 5，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸正丁醇=1:0.7:80。調(diào)節(jié)正丁醇的用量，使得Mg離子濃度在lmol/L。利用所制備的低氟溶液，在室溫條件下，通過(guò)浸潰提拉法在玻璃基底上提拉涂覆一層MgF2凝膠膜。隨后，將獲得的凝膠膜進(jìn)行干燥并熱處理。首先，將凝膠膜在空氣氣氛中不高于200°C條件下保溫10分鐘，隨后將干膜轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以5°C /min的速率升溫到300°C，并保溫40分鐘，隨爐冷卻到室溫。所得MgF2薄膜厚度約為150nm，薄膜的透過(guò)率可達(dá)95. 8%。實(shí)施例7 用三氟乙酸和質(zhì)量為X的醋酸鎂反應(yīng)，得到澄清的溶液(需添加少量的蒸餾水促進(jìn)反應(yīng)，并防止三氟乙酸的揮發(fā))，使各組分的摩爾比為，醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=1 8 10，在40°C的溫度下攪拌澄清后形成溶液，然后經(jīng)過(guò)90°C烘干或減壓蒸餾，得到固體物質(zhì)
A。用質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在甲基丙烯酸中，使得醋酸鎂甲基丙烯酸=1:15，即得到溶液
B。將上述溶液A、B混合并攪拌，控制X/Y=2，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸甲基丙烯酸=1:1:15。調(diào)節(jié)甲基丙烯酸的用量，使得Mg離子濃度在O. 6mol/L。利用所制備的低氟溶液，在室溫條件下，通過(guò)浸潰提拉法在玻璃基底上提拉涂覆一層MgF2凝膠膜。隨后，將獲得的凝膠膜進(jìn)行干燥并熱處理。首先，將凝膠膜在空氣氣氛中不高于200°C條件下保溫5分鐘，隨后將干膜轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以10°C /min的速率升溫到250°C，并保溫5分鐘，隨爐冷卻到室溫。所得MgF2薄膜厚度約為lOOnm，無(wú)其他雜相的產(chǎn)生，透過(guò)率可達(dá)96. 5%。實(shí)施例8 用三氟乙酸和質(zhì)量為X的醋酸鎂反應(yīng)，得到澄清的溶液(需添加少量的蒸餾水促進(jìn)反應(yīng)，并防止三氟乙酸的揮發(fā))，使各組分的摩爾比為，醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=1 3 10，在70°C的溫度下攪拌澄清后形成溶液，然后經(jīng)過(guò)80°C烘干或減壓蒸餾，得到固體物質(zhì)A。用質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在丙酸中，使得醋酸鎂丙酸=1 :50，即得到溶液B。將上述溶液A、B混合并攪拌，控制X/Y=3，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸丙酸=1:1. 2:60。調(diào)節(jié)丙酸的用量，使得Mg離子濃度在O. 6mol/L0利用所制備的低氟溶液，在室溫條件下，通過(guò)浸潰提拉法在玻璃基底上提拉涂覆一層MgF2凝膠膜。隨后，將獲得的凝膠膜進(jìn)行干燥并熱處理。首先，將凝膠膜在空氣氣氛中不高于200°C條件下保溫15分鐘，隨后將干膜轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以12°C/min的速率升溫到300°C，并保溫50分鐘，隨爐冷卻到室溫。所得MgF2薄膜厚度約為lOOnm，無(wú)其他雜相的產(chǎn)生，透過(guò)率可達(dá)97%。實(shí)施例9 用三氟乙酸和質(zhì)量為X的醋酸鎂反應(yīng)，得到澄清的溶液(需添加少量的蒸餾水促進(jìn)反應(yīng)，并防止三氟乙酸的揮發(fā))，使各組分的摩爾比為，醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=1 2 10，在80°C的溫度下攪拌澄清后形成溶液，然后經(jīng)過(guò)70°C烘干或減壓蒸餾，得到固體物質(zhì)A。用質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在α -甲基丙烯酸中，使得醋酸鎂α -甲基丙烯酸=1 :80，即得到溶液B。將上述溶液Α、B混合并攪拌，控制Χ/Υ=0. 5，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸α -甲基丙烯酸=1:0.7:80。調(diào)節(jié)α -甲基丙烯酸的用量，使得Mg離子濃度在lmol/L。利用所制備的低氟溶液，在室溫條件下，通過(guò)浸潰提拉法在玻璃基底上提拉涂覆一層MgF2凝膠膜。隨后，將獲得的凝膠膜進(jìn)行干燥并熱處理。首先，將凝膠膜在空氣氣氛 中不高于200°C條件下保溫10分鐘，隨后將干膜轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以5°C /min的速率升溫到300°C，并保溫40分鐘，隨爐冷卻到室溫。所得MgF2薄膜厚度約為150nm，透過(guò)率可達(dá)96. 5%。
權(quán)利要求
1.一種低氟溶液法制備MgF2薄膜的方法，其特征在于，首先，用三氟乙酸作反應(yīng)物將醋酸鎂溶解于溶劑中形成了性能穩(wěn)定且成膜性好的低氟氟化鎂溶液；然后用所配制的低氟氟化鎂溶液作為前驅(qū)體溶液，結(jié)合浸潰提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法在基底上，制備凝膠薄膜，隨后將得到的凝膠薄膜在空氣下干燥；最后進(jìn)行熱處理，即得MgF2薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，具體按照以下步驟實(shí)施 1)低氟溶液的配制 I. I將質(zhì)量為X的醋酸鎂溶解在含有蒸餾水的三氟乙酸中，使得其摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸蒸餾水=I (2-8):10，在40-801的溫度下攪拌澄清后，在50-901的溫度下烘干或減壓蒸餾后得到白色固體A， 固體A可通過(guò)添加溶劑A，形成溶液A ； I. 2將質(zhì)量為Y的醋酸鎂溶解在溶劑A中，使得醋酸鎂溶劑A=I :(15 80)，攪拌澄清后，即得到溶液B ; I.3將上述步驟I. I及步驟I. 2得到的溶液A或固體A與溶液B混合并攪拌，使得X/Y= (0. 5-3)，得到低氟氟化鎂溶液，該低氟氟化鎂溶液中有效成分的摩爾比為醋酸鎂三氟乙酸溶劑 A = I: (0. 7-1. 5) : (15 80); 2)凝膠薄膜的制備及干燥 采用步驟I. 3中配制的低氟氟化鎂溶液作為前驅(qū)體溶液，結(jié)合浸潰提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法在玻璃、石英或硅制成的基片上制得氟化鎂凝膠薄膜，隨后將得到的凝膠薄膜在空氣中，不高于200°C條件下干燥5 20分鐘，揮發(fā)掉多余的溶劑，得到凝膠干膜； 3)薄膜熱處理 將步驟2)獲得的凝膠干膜放入馬弗爐中，以任意速率升溫到200°C后，再以5-15°C /min的速率升溫到250-450°C煅燒5_50分鐘，保溫結(jié)束后取出即可， 若要增加薄膜的厚度，可重復(fù)2)，3)步驟若干次。
3.如權(quán)利要求I中所述的方法，其特征在于，所述的溶劑A為乙醇、甲醇、異丙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇甲醚、甲基丙烯酸、丙酸、a -甲基丙烯酸中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低氟溶液法制備MgF2薄膜的方法，首先，用三氟乙酸作反應(yīng)物將醋酸鎂溶解于溶劑中形成了性能穩(wěn)定且成膜性好的低氟氟化鎂釔鋇銅氧溶液；然后用所配制的低氟氟化鎂溶液作為前驅(qū)體溶液，結(jié)合浸漬提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法在基底上，制備凝膠薄膜，隨后將得到的凝膠薄膜在空氣下干燥；最后進(jìn)行熱處理，即得MgF2薄膜。本發(fā)明的方法采用價(jià)格低廉的醋酸鎂和乙醇為起始原料，通過(guò)三氟乙酸化學(xué)反應(yīng)，形成三氟醋酸鹽，溶解于乙醇中形成了性能穩(wěn)定且成膜性好的低氟氟化鎂溶液。通過(guò)提拉、懸涂等方法將所得到的薄膜進(jìn)行烘干和簡(jiǎn)單的熱處理后，即可制備出性能良好的氟化鎂薄膜。
文檔編號(hào)C01F5/28GK102963915SQ201210457558
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者陳源清, 張古強(qiáng), 趙高揚(yáng) 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)