一种有机超晶格锐钛型钛化氧化钨薄膜红外光敏材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种有机超晶格锐钛型钛化氧化钨薄膜红外光敏材料的制备方法，其步骤如下：步骤1，制备钨镀膜液；步骤2，得到二氧化钛镀膜液；步骤3，制备改性液；步骤4，将基底材料浸泡至钨镀膜液中，搅拌均匀后，在烘箱内烘干，得到钨膜；步骤5，将钨膜浸泡至二氧化钛镀膜液中，然后快速冷却，形成纳米二氧化钛前驱薄膜；步骤6，将步骤5中的薄膜基底材料进行高温烧结，形成纳米二氧化钛‑氧化钨薄膜；步骤7，将步骤6的薄膜浸泡至步骤3中乙醇水溶液中，多次微沸蒸煮，捞出后，快速固化；步骤8，步骤7中的薄膜材料退火处理得到产品。本发明制备方法简单，解决了钛化和氧化钨薄膜材料的平整度和均匀性低、缺陷大、粗糙度高等问题。

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种有机超晶格锐钛型钛化氧化钨薄膜红外光敏材料的制备方法。

背景技术

在光电子应用领域，三维花状纳米结构材料相对一维纳米线和二维纳米片而言优势十分明显，其高的比表面积有利于光子的吸收，其内在的互穿网格结构有利于光生载流子的输运。二十多年来，人们通过纳米技术已经成功制备了许多半导体花状纳米晶，如氧化铁纳米雪花，氧化锌纳米丁香花，硫化铅纳米合欢花，氧化钛纳米茶花，氧化铜纳米牡丹，硫化铜纳米玫瑰，硫化镍纳米花，硫化钴纳米花等。但在纳米光电器件应用中，三维花状纳米结构材料仍面临着光生电子和空穴复合几率高的问题。近年来研究发现，超晶格纳米结构具有人们渴盼的量子限域效应，其特有的超晶格调制结构相当于异质结界面，能够有效地提高光生电子-空穴对的产率和分离效率，因此超晶格纳米结构被誉为“打开了纳米研究和应用的新篇章”。Yang研究组通过混合脉冲激光烧蚀-化学气相沉积(PLA-CVD)技术制备了Si/SiGe超晶格，Lieber研究组也通过相似的方法制得了GaAs/GaP超晶格，而Samuelson研究组则通过化学束磊晶技术CBE获得了InAs/InP超晶格。这些方法的共同特点都是通过气体-液体-固体生长过程(VLS)实现掺杂原子在晶格中的均衡分布，该方法需要在反应物气化的条件下多次交替变换反应物，工艺设备复杂，操作要求严格且大量耗能，很难实现工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机超晶格锐钛型钛化氧化钨薄膜红外光敏材料的制备方法，本发明制备方法简单，解决了钛化和氧化钨薄膜材料的平整度和均匀性低、缺陷大、粗糙度高等问题。

一种有机超晶格锐钛型钛化氧化钨薄膜红外光敏材料的制备方法，其步骤如下：

步骤1，将钨酸铵、氯化钨放入至碱性溶液中，加入纳米发泡剂，形成钨镀膜液；

步骤2，将钛酸正丁酯、稳定剂、溶剂、酸化剂和渗透剂放入搅拌釜中，搅拌均匀即可得到二氧化钛镀膜液；

步骤3，将无机改性剂与有机金属改性剂作为材料，浸泡至乙醇水溶液，得到改性液；

步骤4，将基底材料浸泡至钨镀膜液中，搅拌均匀后，在烘箱内烘干，得到钨膜；

步骤5，将钨膜浸泡至二氧化钛镀膜液中，然后快速冷却，形成纳米二氧化钛前驱薄膜；

步骤6，将步骤5中的薄膜基底材料进行高温烧结，形成纳米二氧化钛-氧化钨薄膜；

步骤7，将步骤6的薄膜浸泡至步骤3中乙醇水溶液中，多次微沸蒸煮，捞出后，快速固化；

步骤8，步骤7中的薄膜材料退火处理得到产品。

所述步骤1中的配方为钨酸铵6-10份、氯化钨1-3份、碱性溶液30-50份、纳米发泡剂2-4份；所述碱性溶液采用氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，所述纳米发泡剂采用纳米碳酸氢钠。

所述步骤2中的配方为钛酸正丁酯11-15份、稳定剂3-5份、溶剂40-60份、酸化剂0.3-1.0份、渗透剂2-3份；所述稳定剂采用乙酸丙酮，所述溶剂采用乙酸乙酯或异丙醇，所述酸化剂采用乙酸、盐酸或硫酸中的一种，渗透剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚。

所述步骤3中的配方为无机改性剂1-3份、有机金属改性剂3-5份、乙醇水溶液20-25份，所述乙醇水溶液中乙醇含量为50-70%；所述无机改性剂采用氧化硅或碳化硅，所述有机金属改性剂采用丙烯基锡或异丙醇基镍。

所述步骤4中的浸泡时间为11-20min，所述烘箱烘干温度为90-110℃，烘干时间为20-40min。

所述步骤5中的快速冷却采用风冷技术，所述快速冷却的流速为5-15mL/min。

所述步骤6中的高温烧结温度为250-320℃，烧结时间为2-4h。

所述步骤7中的浸泡时间为12-18min，微沸温度为100-120℃，所述微沸次数为2-10次。

所述步骤8中的退火处理为在20-35MPa压力下加热120-400℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明制备方法简单，解决了钛化和氧化钨薄膜材料的平整度和均匀性低、缺陷大、粗糙度高等问题。

2、本发明采用将改性剂微沸沉降在二氧化钛材料表面，填补缺陷问题，能够大大光电传导性。

3、本发明采用混合均匀的改性，有机无机混合均匀，能够大大减少缺陷，大大降低了粗糙度，膜层更为均匀，平整性极佳。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述：

实施例1

一种有机超晶格锐钛型钛化氧化钨薄膜红外光敏材料的制备方法，其步骤如下：

步骤1，将钨酸铵、氯化钨放入至碱性溶液中，加入纳米发泡剂，形成钨镀膜液；

步骤2，将钛酸正丁酯、稳定剂、溶剂、酸化剂和渗透剂放入搅拌釜中，搅拌均匀即可得到二氧化钛镀膜液；

步骤3，将无机改性剂与有机金属改性剂作为材料，浸泡至乙醇水溶液，得到改性液；

步骤4，将基底材料浸泡至钨镀膜液中，搅拌均匀后，在烘箱内烘干，得到钨膜；

步骤5，将钨膜浸泡至二氧化钛镀膜液中，然后快速冷却，形成纳米二氧化钛前驱薄膜；。

所述步骤4中的浸泡时间为11min，所述烘箱烘干温度为90℃，烘干时间为200min。

所述步骤5中的快速冷却采用风冷技术，所述快速冷却的流速为5mL/min。

所述步骤6中的高温烧结温度为250℃，烧结时间为2h。

所述步骤7中的浸泡时间为12min，微沸温度为100℃，所述微沸次数为2次。

所述步骤8中的退火处理为在20MPa压力下加热120℃。

实施例2

一种有机超晶格锐钛型钛化氧化钨薄膜红外光敏材料的制备方法，其步骤如下：

步骤1，将钨酸铵、氯化钨放入至碱性溶液中，加入纳米发泡剂，形成钨镀膜液；

步骤2，将钛酸正丁酯、稳定剂、溶剂、酸化剂和渗透剂放入搅拌釜中，搅拌均匀即可得到二氧化钛镀膜液；

步骤3，将无机改性剂与有机金属改性剂作为材料，浸泡至乙醇水溶液，得到改性液；

步骤4，将基底材料浸泡至钨镀膜液中，搅拌均匀后，在烘箱内烘干，得到钨膜；

步骤5，将钨膜浸泡至二氧化钛镀膜液中，然后快速冷却，形成纳米二氧化钛前驱薄膜；

步骤6，将步骤5中的薄膜基底材料进行高温烧结，形成纳米二氧化钛-氧化钨薄膜；

步骤7，将步骤6的薄膜浸泡至步骤3中乙醇水溶液中，多次微沸蒸煮，捞出后，快速固化；

步骤8，步骤7中的薄膜材料退火处理得到产品。

所述步骤1中的配方为钨酸铵10份、氯化钨3份、碱性溶液50份、纳米发泡剂4份；所述碱性溶液采用氢氧化钾溶液，所述纳米发泡剂采用纳米碳酸氢钠。

所述步骤2中的配方为钛酸正丁酯15份、稳定剂5份、溶剂60份、酸化剂1.0份、渗透剂3份；所述稳定剂采用乙酸丙酮，所述溶剂采用异丙醇，所述酸化剂采用盐酸，渗透剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚。

所述步骤3中的配方为无机改性剂3份、有机金属改性剂5份、乙醇水溶液25份，所述乙醇水溶液中乙醇含量为70%；所述无机改性剂采用碳化硅，所述有机金属改性剂采用异丙醇基镍。

所述步骤4中的浸泡时间为20min，所述烘箱烘干温度为110℃，烘干时间为40min。

所述步骤5中的快速冷却采用风冷技术，所述快速冷却的流速为15mL/min。

所述步骤6中的高温烧结温度为320℃，烧结时间为4h。

所述步骤7中的浸泡时间为18min，微沸温度为120℃，所述微沸次数为10次。

所述步骤8中的退火处理为在35MPa压力下加热400℃。

实施例3

一种有机超晶格锐钛型钛化氧化钨薄膜红外光敏材料的制备方法，其步骤如下：

步骤1，将钨酸铵、氯化钨放入至碱性溶液中，加入纳米发泡剂，形成钨镀膜液；

步骤2，将钛酸正丁酯、稳定剂、溶剂、酸化剂和渗透剂放入搅拌釜中，搅拌均匀即可得到二氧化钛镀膜液；

步骤3，将无机改性剂与有机金属改性剂作为材料，浸泡至乙醇水溶液，得到改性液；

步骤4，将基底材料浸泡至钨镀膜液中，搅拌均匀后，在烘箱内烘干，得到钨膜；

步骤5，将钨膜浸泡至二氧化钛镀膜液中，然后快速冷却，形成纳米二氧化钛前驱薄膜；

步骤6，将步骤5中的薄膜基底材料进行高温烧结，形成纳米二氧化钛-氧化钨薄膜；

步骤7，将步骤6的薄膜浸泡至步骤3中乙醇水溶液中，多次微沸蒸煮，捞出后，快速固化；

步骤8，步骤7中的薄膜材料退火处理得到产品。

所述步骤1中的配方为钨酸铵8份、氯化钨2份、碱性溶液45份、纳米发泡剂4份；所述碱性溶液采用氢氧化钠溶液，所述纳米发泡剂采用纳米碳酸氢钠。

所述步骤2中的配方为钛酸正丁酯13份、稳定剂4份、溶剂55份、酸化剂0.9份、渗透剂3份；所述稳定剂采用乙酸丙酮，所述溶剂采用异丙醇，所述酸化剂采用硫酸，渗透剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚。

所述步骤3中的配方为无机改性剂2份、有机金属改性剂4份、乙醇水溶液24份，所述乙醇水溶液中乙醇含量为60%；所述无机改性剂采用氧化硅，所述有机金属改性剂采用丙烯基锡。

所述步骤4中的浸泡时间为15min，所述烘箱烘干温度为100℃，烘干时间为35min。

所述步骤5中的快速冷却采用风冷技术，所述快速冷却的流速为5-15mL/min。

所述步骤6中的高温烧结温度为290℃，烧结时间为4h。

所述步骤7中的浸泡时间为16min，微沸温度为110℃，所述微沸次数为8次。

所述步骤8中的退火处理为在28MPa压力下加热320℃。

以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。