一種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納 米薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米TiO2半導(dǎo)體薄膜具有其它材料無(wú)法比擬的光電轉(zhuǎn)換、電荷傳輸?shù)劝雽?dǎo)體特 性，已廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、傳感器、光催化等領(lǐng)域。二氧化鈦（TiO2)有板鈦礦、金紅石 和銳鈦礦三種晶型，其中金紅石TiO2最穩(wěn)定，銳鈦礦和板鈦礦在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中均可轉(zhuǎn)變 為金紅石相，金紅石相TiO2具有較大的介電常數(shù)和較小的損耗，是制作微電機(jī)消噪用壓敏 電阻器的理想材料。
[0003]目前，二氧化鈦納米薄膜的制備方法主要包括磁控濺射法、電子束蒸發(fā)、化學(xué)氣 相淀積法、金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積法（MOCVD)、金屬有機(jī)氣相外延生長(zhǎng)法（MOVPE)以及溶 膠-凝膠法等。其中，溶膠凝膠法與其它制備方法相比，具有如下特點(diǎn)：工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，制備 過(guò)程中溫度低，對(duì)于制備含易揮發(fā)組分及在高溫下易產(chǎn)生相分離的多元體系尤為重要；制 備得到的涂層均勻，易于實(shí)現(xiàn)定量摻雜，且可有效控制薄膜成分及微觀(guān)結(jié)構(gòu)。然而，溶膠凝 膠法制備薄膜的過(guò)程中，前驅(qū)體溶膠的膠凝時(shí)間短（1-2天），通?，F(xiàn)用現(xiàn)配，導(dǎo)致不同批次 的前驅(qū)體一致性難以保證，制備過(guò)程中溶膠原料的浪費(fèi)率高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種膠凝時(shí)間長(zhǎng)、組分穩(wěn)定的前驅(qū)體溶膠，制備高質(zhì)量金 紅石相二氧化鈦納米薄膜的方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法，具體包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :以鈦酸四丁酯（Ti(OBu)4)為溶質(zhì)，單乙醇氨、乙二醇甲醚和丙酮的混合液 為溶劑，配制鈦酸四丁酯的濃度為〇. 1~〇. 6mol/L的前驅(qū)體溶液；其中，單乙醇氨、乙二醇 甲醚和丙酮的體積比為1 :1 :〇. 5 ;
[0008] 步驟2 :在步驟1得到的前驅(qū)體溶液中加入乙酰丙酮作為螯合劑、丙三醇作為增粘 劑，攪拌，得到透明均勻的溶膠；其中，鈦酸四丁酯與乙酰丙酮的摩爾比為I: (1~3)，丙三 醇的體積百分?jǐn)?shù)為5% ;
[0009] 步驟3 :將步驟2得到的溶膠旋涂在清洗干凈的硅片上，然后在烘箱中200~ 275°C下干燥，使溶劑充分揮發(fā)；最后再置于退火爐中，在700~750°C下退火1~2h，得到 本發(fā)明所述金紅石二氧化鈦納米薄膜。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟3所述旋涂時(shí)的轉(zhuǎn)速為2000~3000轉(zhuǎn)/min。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的鈦酸四丁酯前驅(qū)體溶液形成的透明溶膠，具 有膠凝時(shí)間長(zhǎng)（>15天）、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，且其中單乙醇氨、乙二醇甲醚、丙酮的選擇和比 例是經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)達(dá)到了最佳溶解和穩(wěn)定鈦酸四丁酯的效果才得到的；本發(fā)明采用膠凝時(shí) 間長(zhǎng)的溶膠制備金紅石二氧化鈦薄膜，降低了生產(chǎn)成本，提高了薄膜穩(wěn)定性，得到的高質(zhì)量 金紅石二氧化鈦薄膜在精密光學(xué)器件、紫外發(fā)光、壓電傳感等方面有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為實(shí)例3得到的二氧化鈦納米薄膜的XRD圖譜；
[0013] 圖2為實(shí)施例得到的金紅石二氧化鈦納米薄膜表面的SEM圖；
[0014] 圖3為實(shí)施例得到的金紅石二氧化鈦納米薄膜側(cè)面的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016] 實(shí)施例1
[0017] -種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法，具體包括以下步驟：
[0018] 步驟1 :以鈦酸四丁酯（Ti(OBu)4)為溶質(zhì)，單乙醇氨、乙二醇甲醚和丙酮的混合液 為溶劑，配制鈦酸四丁酯的濃度為〇.lmol/L的前驅(qū)體溶液；其中，單乙醇氨、乙二醇甲醚和 丙酮的體積比為1 :1 :〇. 5 ;
[0019] 步驟2 :在步驟1得到的前驅(qū)體溶液中加入乙酰丙酮作為螯合劑、丙三醇作為增粘 劑，常溫磁力攪拌，得到透明均勻的溶膠；其中，鈦酸四丁酯與乙酰丙酮的摩爾比為1:1，丙 三醇的體積百分?jǐn)?shù)為5% ;
[0020] 步驟3 :將步驟2得到的溶膠旋涂在清洗干凈的硅片上，旋涂轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min， 然后在烘箱中200°C下干燥，使溶劑充分揮發(fā)；最后再置于退火爐中，在700°C下退火2h，得 到本發(fā)明所述金紅石二氧化鈦納米薄膜。
[0021] 實(shí)施例2
[0022] 一種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法，具體包括以下步驟：
[0023] 步驟1 :以鈦酸四丁酯（Ti(OBu)4)為溶質(zhì)，單乙醇氨、乙二醇甲醚和丙酮的混合液 為溶劑，配制鈦酸四丁酯的濃度為〇. 2mol/L的前驅(qū)體溶液；其中，單乙醇氨、乙二醇甲醚和 丙酮的體積比為1 :1 :〇. 5 ;
[0024] 步驟2 :在步驟1得到的前驅(qū)體溶液中加入乙酰丙酮作為螯合劑、丙三醇作為增粘 劑，常溫磁力攪拌，得到透明均勻的溶膠；其中，鈦酸四丁酯與乙酰丙酮的摩爾比為1:3,丙 三醇的體積百分?jǐn)?shù)為5% ;
[0025] 步驟3 :將步驟2得到的溶膠旋涂在清洗干凈的硅片上，旋涂轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min， 然后在烘箱中275°C下干燥，使溶劑充分揮發(fā)；最后再置于退火爐中，在750°C下退火lh，得 到本發(fā)明所述金紅石二氧化鈦納米薄膜。
[0026] 實(shí)施例3
[0027] -種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法，具體包括以下步驟：
[0028] 步驟1 :以鈦酸四丁酯（Ti(OBu)4)為溶質(zhì)，單乙醇氨、乙二醇甲醚和丙酮的混合液 為溶劑，配制鈦酸四丁酯的濃度為〇. 4mol/L的前驅(qū)體溶液；其中，單乙醇氨、乙二醇甲醚和 丙酮的體積比為1 :1 :〇. 5 ;
[0029] 步驟2 :在步驟1得到的前驅(qū)體溶液中加入乙酰丙酮作為螯合劑、丙三醇作為增粘 劑，常溫磁力攪拌，得到透明均勻的溶膠；其中，鈦酸四丁酯與乙酰丙酮的摩爾比為1:2,丙 三醇的體積百分?jǐn)?shù)為5% ;
[0030] 步驟3 :將步驟2得到的溶膠旋涂在清洗干凈的硅片上，旋涂轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min， 然后在烘箱中200°C下干燥，使溶劑充分揮發(fā)；最后再置于退火爐中，在700°C下退火2h，得 到本發(fā)明所述金紅石二氧化鈦納米薄膜。
[0031] 實(shí)施例4
[0032] 一種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法，具體包括以下步驟：
[0033] 步驟1 :以鈦酸四丁酯（Ti(OBu)4)為溶質(zhì)，單乙醇氨、乙二醇甲醚和丙酮的混合液 為溶劑，配制鈦酸四丁酯的濃度為〇. 5mol/L的前驅(qū)體溶液；其中，單乙醇氨、乙二醇甲醚和 丙酮的體積比為1 :1 :〇. 5 ;
[0034] 步驟2