一種氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制備周期性有序排列的氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法，本方法中采用KCl對(duì)二氧化硅膠體球進(jìn)行表面改性，利用荷電的二氧化硅膠體球在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)及基底的提拉速度的控制制備不同間隙大小及排列的二氧化硅膠體晶體模板，將所配置的鈦酸鋇凝膠填充于膠體晶體模板中，再經(jīng)雙基片烘干和煅燒后即獲得氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體。
【專利說(shuō)明】一種氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光子晶體是由具有不同介電常數(shù)或是折射率的介質(zhì)材料材料在一維、二維或是三維方向上呈周期性有序排列，從而對(duì)特定波長(zhǎng)的光的傳播起到選擇性抑制或調(diào)制作用的材料，其中，單分散膠體球在某種介質(zhì)中排列成周期排列的三維有序結(jié)構(gòu)稱為膠體晶體。目前主要采用自組裝法制備膠體晶體，這一類方法對(duì)于所用膠體球的形貌、粒徑分布要求很高，主要包括二氧化硅和聚合物膠體球，這些材料的介電常數(shù)較低，對(duì)于膠體晶體的光子帶隙有所限制，不利于其開(kāi)發(fā)應(yīng)用。在此單質(zhì)膠體晶體的基礎(chǔ)之上，引入介電常數(shù)較高的鈦酸鋇材料時(shí)，由于鈦酸鋇介電常數(shù)非常高，利用有機(jī)物絡(luò)合反應(yīng)的特點(diǎn)，不僅可使晶體生長(zhǎng)均勻，而且可使填充鈦酸鋇材料在煅燒過(guò)程中體積收縮而減小鈦酸鋇的空間占有率，控制其收縮率則可獲得不同的異質(zhì)膠體晶體結(jié)構(gòu)，從而有效提高其光學(xué)性能，有利于新型異質(zhì)膠體晶體結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)和性能研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，可獲得周期性有序氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體結(jié)構(gòu)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法，包括如下步驟:
[0006](I)配制質(zhì)量濃度為0.1%~0.15%的KCl水溶液，分別配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A與溶液B中無(wú)水乙醇量相等，無(wú)水乙醇總量與氨水的體積比為(5~12.5):1，氨水的用量 與正硅酸乙酯的體積比為(2~3.5):1，再將2~4mL的KCl水溶液加入到溶液B中，KCl水溶液與氨水的體積比為1:(1~5)，然后在不停攪拌下將溶液A加入溶液B中，反應(yīng)20~22h后，分離沉淀，離心洗滌后于50~60°C干燥，得到表面改性的SiO2納米球或亞微米球粉體；
[0007](2)稱量SiO2粉體，將其超聲分散于有機(jī)溶液中，超聲時(shí)間為2~3h，獲得SiO2顆粒懸浮液，其顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%~2% ；
[0008](3)將兩片ITO玻片相互平行并豎直浸入SiO2顆粒懸浮液中，其中，兩ITO玻片的間距為0.5~0.6cm，在兩ITO玻片上通9~14V電壓，通電20~30s后以0.3~0.4cm/min的速度提拉正極ITO玻片，最后于60°C烘干ITO玻片即獲得SiO2膠體晶體模板；
[0009](4)量取一定量的檸檬酸平分為兩份，分別溶于氨水中，將鈦酸丁酯加入到一份檸檬酸的氨水溶液中攪拌溶解配制為溶液C，醋酸鋇加入另一份檸檬酸的氨水溶液中攪拌溶解配制為溶液D，其中鈦酸丁酯和醋酸鋇的摩爾比為1:1，兩者的摩爾數(shù)總和與檸檬酸的摩爾比為1:(I~1.5)，混合溶液C和溶液D，加入無(wú)水乙醇后用氨水調(diào)PH值至7~8，再加入乙二醇配制成前驅(qū)體溶液，其中無(wú)水乙醇與檸檬酸的摩爾數(shù)之比為(10~15):1，乙二醇的摩爾數(shù)為檸檬酸摩爾數(shù)的1/3~1/2 ;將前驅(qū)體溶液在80~90°C水浴蒸發(fā)2~4h后，將SiO2膠體晶體模板以一定角度浸入前驅(qū)體溶液中5~lOmin，緩慢把膜層拉出，用吸附紙除去表面過(guò)量的前驅(qū)體溶液，再在膜層表面壓上一清洗烘干的玻片形成雙基片，將其水平放置后在70~80°C下烘干，最后將雙基片在720~800°C下煅燒3~5h后即獲得氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體。
[0010]所述步驟(4)中用于溶解檸檬酸的氨水的用量為滿足溶解。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟(2)中的有機(jī)溶液為乙醇或甲醇。所述步驟(4)中二氧化硅膠體晶體的浸入角度為與水平方向呈45~60度。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法中，采用KCl改性的二氧化硅球體顆粒制備膠體晶體，通過(guò)控制二氧化硅膠體顆粒的運(yùn)動(dòng)速度及基底的提拉速度，可獲得具有不同間隙大小及排列方式的二氧化硅膠體晶體模板，再通過(guò)鈦酸鋇凝膠在膠體晶體模板中的均勻填充而形成凝膠復(fù)合結(jié)構(gòu)；不僅利用了較大間距二氧化硅膠體晶體模板有利于均勻填充這一點(diǎn)，而且利用了凝膠在煅燒過(guò)程中的體積收縮和限制性晶體生長(zhǎng)，從而獲得了周期性有序排列的氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體。【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0014]實(shí)施例1
[0015]一種氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法，包括如下步驟:
[0016](I)配制質(zhì)量濃度為0.1%的KCl水溶液，分別配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A與溶液B中無(wú)水乙醇量相等，無(wú)水乙醇總量與氨水的體積比為5:1，氨水的用量與正硅酸乙酯的體積比為2~:1，再將2mL的KCl水溶液加入到溶液B中，KCl水溶液與氨水的體積比為1:1，然后在不停攪拌下將溶液A加入溶液B中，反應(yīng)20h后，分離沉淀，離心洗滌后于50°C干燥，得到表面改性的SiO2納米球或亞微米球粉體；
[0017](2)稱量SiO2粉體，將其超聲分散于乙醇中，超聲時(shí)間為2h，獲得SiO2顆粒懸浮液，其顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5% ；
[0018](3)將兩片ITO玻片相互平行并豎直浸入SiO2顆粒懸浮液中，其中，兩ITO玻片的間距為0.5cm,在兩ITO玻片上通9V電壓，通電20s后以0.3cm/min的速度提拉正極ITO玻片，最后于60°C烘干ITO玻片即獲得SiO2膠體晶體模板；
[0019](4)量取一定量的檸檬酸平分為兩份，分別溶于氨水中，氨水的用量為滿足溶解即可。將鈦酸丁酯加入到一份檸檬酸的氨水溶液中攪拌溶解配制為溶液C，醋酸鋇加入另一份檸檬酸的氨水溶液中攪拌溶解配制為溶液D，其中鈦酸丁酯和醋酸鋇的摩爾比為1:1，兩者的摩爾數(shù)總和與檸檬酸的摩爾比為1:1，混合溶液C和溶液D，加入無(wú)水乙醇后用氨水調(diào)PH值至7，再加入乙二醇配制成前驅(qū)體溶液，其中無(wú)水乙醇與檸檬酸的摩爾數(shù)之比為10:1，乙二醇的摩爾數(shù)為檸檬酸摩爾數(shù)的1/3 ;將前驅(qū)體溶液在80°C水浴蒸發(fā)2h后，將SiO2膠體晶體模板以一定角度浸入前驅(qū)體溶液中5min，緩慢把膜層拉出，用吸附紙除去表面過(guò)量的前驅(qū)體溶液，再在膜層表面壓上一清洗烘干的玻片形成雙基片，將其水平放置后在70°C下烘干，最后將雙基片在720°C下煅燒5h后即獲得氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體。
[0020]實(shí)施例2[0021]一種氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法，包括如下步驟:
[0022](I)配制質(zhì)量濃度為0.15%的KCl水溶液，分別配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A與溶液B中無(wú)水乙醇量相等，無(wú)水乙醇總量與氨水的體積比為12.5:1，氨水的用量與正硅酸乙酯的體積比為3.5:1，再將2~4mL的KCl水溶液加入到溶液B中，KCl水溶液與氨水的體積比為1:5，然后在不停攪拌下將溶液A加入溶液B中，反應(yīng)22h后，分離沉淀，離心洗滌后于60°C干燥，得到表面改性的SiO2納米球或亞微米球粉體；
[0023](2)稱量SiO2粉體，將其超聲分散于甲醇中，超聲時(shí)間為3h，獲得SiO2顆粒懸浮液，其顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2% ；
[0024](3)將兩片ITO玻片相互平行并豎直浸入SiO2顆粒懸浮液中，其中，兩ITO玻片的間距為0.6cm，在兩ITO玻片上通14V電壓，通電30s后以0.4cm/min的速度提拉正極ITO玻片，最后于60°C烘干ITO玻片即獲得SiO2膠體晶體模板；
[0025](4)量取一定量的檸檬酸平分為兩份，分別溶于氨水中，氨水的用量為滿足溶解即可。將鈦酸丁酯加入到一份檸檬酸的氨水溶液中攪拌溶解配制為溶液C，醋酸鋇加入另一份檸檬酸的氨水溶液中攪拌溶解配制為溶液D，其中鈦酸丁酯和醋酸鋇的摩爾比為1:1，兩者的摩爾數(shù)總和與檸檬酸的摩爾比為1:1.5，混合溶液C和溶液D，加入無(wú)水乙醇后用氨水調(diào)PH值至8，再加入乙二醇配制成前驅(qū)體溶液，其中無(wú)水乙醇與檸檬酸的摩爾數(shù)之比為15:1，乙二醇的摩爾數(shù)為檸檬酸摩爾數(shù)的1/2 ;將前驅(qū)體溶液在90°C水浴蒸發(fā)4h后，將SiO2膠體晶體模板以一定角度浸入前驅(qū)體溶液中l(wèi)Omin，緩慢把膜層拉出，用吸附紙除去表面過(guò)量的前驅(qū)體溶液，再在膜層表面壓上一清洗烘干的玻片形成雙基片，將其水平放置后在80°C下烘干，最后將雙基片在800°C下煅燒5h后即獲得氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體。
[0026]實(shí)施例3
[0027]一種氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠 體晶體的制備方法，包括如下步驟:
[0028](I)配制質(zhì)量濃度為0.125%的KCl水溶液，分別配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A與溶液B中無(wú)水乙醇量相等，無(wú)水乙醇總量與氨水的體積比為6.85:1，氨水的用量與正硅酸乙酯的體積比為3.15:1，再將3mL的KCl水溶液加入到溶液B中，KCl水溶液與氨水的體積比為1:2.65，然后在不停攪拌下將溶液A加入溶液B中，反應(yīng)21h后，分離沉淀，離心洗滌后于55°C干燥，得到表面改性的SiO2納米球或亞微米球粉體；
[0029](2)稱量SiO2粉體，將其超聲分散于乙醇中，超聲時(shí)間為3h，獲得SiO2顆粒懸浮液，其顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.85% ；
[0030](3)將兩片ITO玻片相互平行并豎直浸入SiO2顆粒懸浮液中，其中，兩ITO玻片的間距為0.55cm，在兩ITO玻片上通12V電壓，通電25s后以0.35cm/min的速度提拉正極ITO玻片，最后于60°C烘干ITO玻片即獲得SiO2膠體晶體模板；
[0031](4)量取一定量的檸檬酸平分為兩份，分別溶于氨水中，氨水的用量為滿足溶解即可。將鈦酸丁酯加入到一份檸檬酸的氨水溶液中攪拌溶解配制為溶液C，醋酸鋇加入另一份檸檬酸的氨水溶液中攪拌溶解配制為溶液D，其中鈦酸丁酯和醋酸鋇的摩爾比為1:1，兩者的摩爾數(shù)總和與檸檬酸的摩爾比為1:1.25，混合溶液C和溶液D，加入無(wú)水乙醇后用氨水調(diào)PH值至7.5，再加入乙二醇配制成前驅(qū)體溶液，其中無(wú)水乙醇與檸檬酸的摩爾數(shù)之比為12.65:1,乙二醇的摩爾數(shù)為檸檬酸摩爾數(shù)的5/12 ;將前驅(qū)體溶液在90°C水浴蒸發(fā)4h后，將SiO2膠體晶體模板以一定角度浸入前驅(qū)體溶液中l(wèi)Omin，緩慢把膜層拉出，用吸附紙除去表面過(guò)量的前驅(qū)體溶液，再在膜層表面壓上一清洗烘干的玻片形成雙基片，將其水平放置后在80°C下烘干，最后將雙基片在760°C下煅燒4h后即獲得氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體。
[0032]本發(fā)明中，當(dāng)二氧化硅膠體晶體的浸入角度為與水平方向呈45~60度時(shí)，效果更佳。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (O配制質(zhì)量濃度為0.1%~0.15%的KCl水溶液，分別配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A與溶液B中無(wú)水乙醇量相等，無(wú)水乙醇總量與氨水的體積比為(5~12.5 ):1，氨水的用量與正硅酸乙酯的體積比為(2~3.5 ):1，再將2~4mL的KCl水溶液加入到溶液B中，KCl水溶液與氨水的體積比為1:(1~5)，然后在不停攪拌下將溶液A加入溶液B中，反應(yīng)20~22h后，分離沉淀，離心洗滌后于50~60°C干燥，得到表面改性的SiO2納米球或亞微米球粉體； (2)稱量SiO2粉體，將其超聲分散于有機(jī)溶液中，超聲時(shí)間為2~3h，獲得SiO2顆粒懸浮液，其顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%~2% ； (3)將兩片ITO玻片相互平行并豎直浸入SiO2顆粒懸浮液中，其中，兩ITO玻片的間距為0.5~0.6cm,在兩ITO玻片上通9~14V電壓，通電20~30s后以0.3~0.4cm/min的速度提拉正極ITO玻片，最后于60°C烘干ITO玻片即獲得SiO2膠體晶體模板； (4)量取一定量的檸檬酸平分為兩份,分別溶于氨水中，將鈦酸丁酯加入到一份檸檬酸的氨水溶液中攪拌溶解配制為溶液C，醋酸鋇加入另一份檸檬酸的氨水溶液中攪拌溶解配制為溶液D，其中鈦酸丁酯和醋酸鋇的摩爾比為1:1，兩者的摩爾數(shù)總和與檸檬酸的摩爾比為1:(1~1.5)，混合溶液C和溶液D，加入無(wú)水乙醇后用氨水調(diào)PH值至7~8，再加入乙二醇配制成前驅(qū)體溶液，其中無(wú)水乙醇與檸檬酸的摩爾數(shù)之比為(10~15):1，乙二醇的摩爾數(shù)為檸檬酸摩爾數(shù)的1/3~1/2 ;將前驅(qū)體溶液在80~90°C水浴蒸發(fā)2~4h后，將SiO2膠體晶體模板以一定角度浸入前驅(qū)體溶液中5~lOmin，緩慢把膜層拉出，用吸附紙除去表面過(guò)量的前驅(qū)體溶液，再在膜層表面壓上一清洗烘干的玻片形成雙基片，將其水平放置后在70~80°C下烘干，最后將雙基片在720~800°C下煅燒3~5h后即獲得氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的有機(jī)溶液為乙醇或甲醇`。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中用于溶解檸檬酸的氨水的用量為滿足溶解。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅-鈦酸鋇異質(zhì)膠體晶體的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中二氧化硅膠體晶體的浸入角度為與水平方向呈45~60度。
【文檔編號(hào)】C01G23/053GK103880015SQ201410055797
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】伍媛婷, 王秀峰, 沈清 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)