專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水熱輔助液相自組裝制備(311)取向生長(zhǎng)硫化釤薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硫化釤薄膜的制備方法，具體涉及一種水熱輔助液相自組裝制備 (311)取向生長(zhǎng)硫化釤薄膜的方法。
背景技術(shù)：
SmS晶體為立方結(jié)構(gòu)，是一種壓變色材料。在常溫常壓下是黑色的半導(dǎo)體 (S-SmS)，其晶格參數(shù)為0. 597nm，在6. 5X108pa的靜壓力下，SmS晶體會(huì)經(jīng)歷從半導(dǎo)體相向金屬相(M-SmS)的相變。晶格常數(shù)從0. 597nm減少到0. 570nm左右；而且，晶體顏色將從黑色變?yōu)榻瘘S色，體積收縮大約在16%左右[Jayaraman A，Narayanamurti V，Bucher Eetal. Continuous and Discontinuous Semiconductor-metal Tran-sition inSamarium Monochalcogenides Under Pressure [J]. Phy Rev Lett. 1970,25(20) :1430. ]。SmS 的薄膜透過(guò)為綠色，反射則為藍(lán)色或者是偏藍(lán)的黑色，發(fā)生相轉(zhuǎn)變后，它會(huì)變成藍(lán)色的透過(guò)色和金黃色的反射色[Hickey C F, Gibson U J. Optical Response of Switching SmS in ThinFilms Prepared by Reactive Evaporation[J]. J Appl Phys. 1987,62(9) :3912 3916]。因此，具有壓變色性質(zhì)的SmS可以用于全息記錄和貯存器、光學(xué)開(kāi)關(guān)和光學(xué)數(shù)字貯存器等。到目前為止，制備硫化釤薄膜的方法有反應(yīng)性蒸鍍[Petrov M P. Holographies Storage in SmSThin Films [J]. Optics Communications. 1977,22(3) :293 296]、真空沉積、電子束蒸鍍、雙靶濺射等[黃劍鋒，馬小波等.SmS光學(xué)薄膜研究新進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào).2006,20(9) :9 12]。這些制備工藝已經(jīng)比較成熟，但是需要的設(shè)備比較特殊，昂貴； 制備工藝復(fù)雜，條件苛刻等因素，使得制備硫化釤薄膜的成本太高，不能簡(jiǎn)單快速的制備性能良好的薄膜。自組裝(Self-assembled monolayers)技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)SAMs技術(shù))，是一種制備薄膜的新技術(shù)，通過(guò)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(wú)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(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，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(guó)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]。這種制膜方法操作簡(jiǎn)便，成本低，不需特殊設(shè)備，且制備出的薄膜均勻、致密、低缺陷，強(qiáng)度高，結(jié)合力好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水熱輔助液相自組裝制備 (311)取向生長(zhǎng)硫化釤薄膜的方法，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，制備出的薄膜均勻，致密， 低缺陷，強(qiáng)度高，結(jié)合力強(qiáng)，性能良好。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)取0. 04 0. 50g的氯化亞釤(SmCl2)置于燒杯中，向燒杯中加入10 30ml的無(wú)水乙醇，再滴加0. 1 1. Oml去離子水，攪拌得溶液A ；
2)向溶液A中加入0. 01-0. IOg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液B ；3)用氨水調(diào)節(jié)溶液B的pH值至7. 0-10. 0得前驅(qū)液C ；4)將羥基化的玻璃基板置于體積濃度為1 2%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡10 40min，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?，?00 130°C干燥5 15min ；5)將干燥后的OTS玻璃基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，照射距離為1 3cm，照射5 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功能化后的玻璃基板；6)將功能化后的玻璃基板置于前驅(qū)液C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30 50°C下沉積l_30h在基板上形成硫化釤薄膜；7)將沉積好的薄膜浸入到前驅(qū)液C中，放入水熱釜中，在80 150°C下，熱處理 10 Mh，將水熱釜冷卻到室溫，將薄膜取出，用氮?dú)獯蹈傻昧蚧煴∧?。所述的羥基化的玻璃基板是將玻璃基板分別置于丙酮溶液、乙醇溶液中超聲波清洗10 15min，去掉玻璃基板表面上有機(jī)物質(zhì)，再將玻璃基板置于溶液F中室溫浸泡1 36h，然后再用去離子水清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射10 30min，得到羥基化的玻璃基板，所述的溶液F采用質(zhì)量濃度為98 %的和質(zhì)量濃度為30 %的H2A以 7 3的體積比混合得到。由于本發(fā)明采用液相自組裝方法，制得的硫化釤納米薄膜，均勻，致密，低缺陷， 強(qiáng)度高，并且通過(guò)控制前驅(qū)液濃度、PH值以及沉積時(shí)間可以控制薄膜厚度和晶粒大小。這種方法制備的硫化釤納米薄膜重復(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(shí)施例1所制備的硫化釤薄膜XRD圖譜；圖2為實(shí)施例1所制備的硫化釤薄膜的AFM圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1:1)取0. 04g的氯化亞釤(SmCl2)置于燒杯中，向燒杯中加入IOmi的無(wú)水乙醇，再滴加0. Iml去離子水，攪拌得溶液A ；2)向溶液A中加入0. Olg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液B ；3)用氨水調(diào)節(jié)溶液B的pH值至7. 0得前驅(qū)液C ；4)將玻璃基板分別置于丙酮溶液、乙醇溶液中超聲波清洗lOmin，去掉玻璃基板表面上有機(jī)物質(zhì)，再將玻璃基板置于溶液F中室溫浸泡lh，然后再用去離子水清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射30min，得到羥基化的玻璃基板，所述的溶液F采用質(zhì)量濃度為98%的H2SO4和質(zhì)量濃度為30%的H2A以7 3的體積比混合得到。將羥基化的玻璃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40min，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?00°C干燥15min ；5)將干燥后的OTS玻璃基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，照射距離為1cm，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功能化后的玻璃基板；6)將功能化后的玻璃基板置于前驅(qū)液C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30°C下沉積30h在基板上形成硫化釤薄膜；7)將沉積好的薄膜浸入到前驅(qū)液C中，放入水熱釜中，在150°C下，熱處理10h，將水熱釜冷卻到室溫，將薄膜取出，用氮?dú)獯蹈傻昧蚧煴∧?。將該?shí)施例制備的硫化釤薄膜用日本理學(xué)D/maX2200PC型自動(dòng)X-射線衍射儀進(jìn)行測(cè)定，如圖1所示，同時(shí)用日本精工的SPA400-SPI3800N型原子力顯微鏡(AFM)對(duì)其表面形貌進(jìn)行分析，如圖2所示。從圖1中可以看出制備出的薄膜沿著(311)晶面取向生長(zhǎng)，且衍射峰尖銳，說(shuō)明薄膜的結(jié)晶性很好，圖2是制備出薄膜的AFM圖片，可以看出薄膜表面比較均勻，平整。實(shí)施例2 1)取0. 08g的氯化亞釤(SmCl2)置于燒杯中，向燒杯中加入15ml的無(wú)水乙醇，再滴加0. 5ml去離子水，攪拌得溶液A ；2)向溶液A中加入0. 03g分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液B ；3)用氨水調(diào)節(jié)溶液B的pH值至9. 0得前驅(qū)液C ；4)將玻璃基板分別置于丙酮溶液、乙醇溶液中超聲波清洗13min，去掉玻璃基板表面上有機(jī)物質(zhì)，再將玻璃基板置于溶液F中室溫浸泡10h，然后再用去離子水清洗，用N2 吹干，然后在紫外線照射儀中，照射20min，得到羥基化的玻璃基板，所述的溶液F采用質(zhì)量濃度為98%的H2SO4和質(zhì)量濃度為30%的H2A以7 3的體積比混合得到。將羥基化的玻璃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lOmin，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?，?20°C干燥8min ；5)將干燥后的OTS玻璃基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，照射距離為2cm，照射30min，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功能化后的玻璃基板；6)將功能化后的玻璃基板置于前驅(qū)液C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45°C下沉積證在基板上形成硫化釤薄膜；7)將沉積好的薄膜浸入到前驅(qū)液C中，放入水熱釜中，在100°C下，熱處理20h，將水熱釜冷卻到室溫，將薄膜取出，用氮?dú)獯蹈傻昧蚧煴∧ぁ?shí)施例3 1)取0. 15g的氯化亞釤(SmCl2)置于燒杯中，向燒杯中加入25ml的無(wú)水乙醇，再滴加0. 3ml去離子水，攪拌得溶液A ；2)向溶液A中加入0. 08g分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液B ；3)用氨水調(diào)節(jié)溶液B的pH值至8. 0得前驅(qū)液C ；4)將玻璃基板分別置于丙酮溶液、乙醇溶液中超聲波清洗15min，去掉玻璃基板表面上有機(jī)物質(zhì)，再將玻璃基板置于溶液F中室溫浸泡20h，然后再用去離子水清洗，用N2
5吹干，然后在紫外線照射儀中，照射lOmin，得到羥基化的玻璃基板，所述的溶液F采用質(zhì)量濃度為98%的H2SO4和質(zhì)量濃度為30%的H2A以7 3的體積比混合得到。將羥基化的玻璃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25min，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°C干燥12min ；5)將干燥后的OTS玻璃基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，照射距離為3cm，照射5min，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功能化后的玻璃基板；6)將功能化后的玻璃基板置于前驅(qū)液C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35°C下沉積2 在基板上形成硫化釤薄膜；7)將沉積好的薄膜浸入到前驅(qū)液C中，放入水熱釜中，在130°C下，熱處理15h，將水熱釜冷卻到室溫，將薄膜取出，用氮?dú)獯蹈傻昧蚧煴∧?。?shí)施例4 1)取0. 30g的氯化亞釤(SmCl2)置于燒杯中，向燒杯中加入20ml的無(wú)水乙醇，再滴加0. 8ml去離子水，攪拌得溶液A ；2)向溶液A中加入0. 05g分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液B ；3)用氨水調(diào)節(jié)溶液B的pH值至10. O得前驅(qū)液C ；4)將玻璃基板分別置于丙酮溶液、乙醇溶液中超聲波清洗12min，去掉玻璃基板表面上有機(jī)物質(zhì)，再將玻璃基板置于溶液F中室溫浸泡^h，然后再用去離子水清洗，用N2 吹干，然后在紫外線照射儀中，照射15min，得到羥基化的玻璃基板，所述的溶液F采用質(zhì)量濃度為98%的H2SO4和質(zhì)量濃度為30%的H2A以7 3的體積比混合得到。將羥基化的玻璃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32min，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?，?30°C干燥5min ； 5)將干燥后的OTS玻璃基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，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功能化后的玻璃基板；6)將功能化后的玻璃基板置于前驅(qū)液C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50°C下沉積Ih在基板上形成硫化釤薄膜；7)將沉積好的薄膜浸入到前驅(qū)液C中，放入水熱釜中，在80°C下，熱處理Mh，將水熱釜冷卻到室溫，將薄膜取出，用氮?dú)獯蹈傻昧蚧煴∧?。?shí)施例5 1)取0. 50g的氯化亞釤(SmCl2)置于燒杯中，向燒杯中加入30ml的無(wú)水乙醇，再滴加1. Oml去離子水，攪拌得溶液A ；2)向溶液A中加入0. IOg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液B ；3)用氨水調(diào)節(jié)溶液B的pH值至7. O得前驅(qū)液C ；4)將玻璃基板分別置于丙酮溶液、乙醇溶液中超聲波清洗Hmin，去掉玻璃基板表面上有機(jī)物質(zhì)，再將玻璃基板置于溶液F中室溫浸泡36h，然后再用去離子水清洗，用N2 吹干，然后在紫外線照射儀中，照射25min，得到羥基化的玻璃基板，所述的溶液F采用質(zhì)量濃度為98%的H2SO4和質(zhì)量濃度為30%的H2A以7 3的體積比混合得到。將羥基化的玻璃基板置于體積濃度為1. 8%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡18min，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?，?00°C干燥IOmin ；5)將干燥后的OTS玻璃基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，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功能化后的玻璃基板；6)將功能化后的玻璃基板置于前驅(qū)液C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IOh在基板上形成硫化釤薄膜；7)將沉積好的薄膜浸入到前驅(qū)液C中，放入水熱釜中，在120°C下，熱處理20h，將水熱釜冷卻到室溫，將薄膜取出，用氮?dú)獯蹈傻昧蚧煴∧ぁ?br> 權(quán)利要求
1.一種水熱輔助液相自組裝制備(311)取向生長(zhǎng)硫化釤薄膜的方法，其特征在于1)取0.04 0. 50g的氯化亞釤(SmCl2)置于燒杯中，向燒杯中加入10 30ml的無(wú)水乙醇，再滴加0. 1 1. Oml去離子水，攪拌得溶液A ；2)向溶液A中加入0.01-0. IOg分析純的硫代乙酰胺(C2H5NS)攪拌均勻得溶液B ；3)用氨水調(diào)節(jié)溶液B的pH值至7.0-10. 0得前驅(qū)液C ；4)將羥基化的玻璃基板置于體積濃度為1 2%的OTS(十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡10 40min，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?，?00 130°C干燥5 15min ；5)將干燥后的OTS玻璃基板放在紫外線照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184.9nm,在一個(gè)大氣壓下，照射距離為1 3cm，照射5 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功能化后的玻璃基板；6)將功能化后的玻璃基板置于前驅(qū)液C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30 50°C下沉積l_30h在基板上形成硫化釤薄膜；7)將沉積好的薄膜浸入到前驅(qū)液C中，放入水熱釜中，在80 150°C下，熱處理10 24h,將水熱釜冷卻到室溫，將薄膜取出，用氮?dú)獯蹈傻昧蚧煴∧ぁ?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水熱輔助液相自組裝制備(311)取向生長(zhǎng)硫化釤薄膜的方法，其特征在于所述的羥基化的玻璃基板是將玻璃基板分別置于丙酮溶液、乙醇溶液中超聲波清洗10 15min，去掉玻璃基板表面上有機(jī)物質(zhì)，再將玻璃基板置于溶液F中室溫浸泡1 36h，然后再用去離子水清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射10 30min， 得到羥基化的玻璃基板，所述的溶液F采用質(zhì)量濃度為98%的和質(zhì)量濃度為30%的 H2O2以7 3的體積比混合得到。
全文摘要
一種水熱輔助液相自組裝制備(311)取向生長(zhǎng)硫化釤薄膜的方法，將氯化亞釤加入無(wú)水乙醇中得溶液A；向溶液A中加入硫代乙酰胺得溶液B；用氨水調(diào)節(jié)溶液B的pH值至7.0-10.0得前驅(qū)液C；將前驅(qū)液C置于燒杯中，再將功能化后的玻璃基板置于前驅(qū)液C中，在真空干燥箱中沉積，將沉積好的薄膜浸入到前驅(qū)液C中，放入水熱釜中熱處理后取出，用氮?dú)獯蹈傻昧蚧煴∧?。由于本發(fā)明采用液相自組裝方法，制得的硫化釤納米薄膜，均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，并且通過(guò)控制前驅(qū)液濃度、pH值以及沉積時(shí)間可以控制薄膜厚度和晶粒大小。這種方法制備的硫化釤納米薄膜重復(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。
文檔編號(hào)C30B29/64GK102418139SQ201110375380
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)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, 張燁, 曹麗云, 殷立雄, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)