薄膜的制備工藝(ppt43頁)(編輯修改稿)
2025-02-24 01:49 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ? ⑤ 制備納米結(jié)構(gòu)薄膜材料； ? ⑥用料省，成本較低。 －凝膠方法制備薄膜工藝 有機(jī)途徑 無機(jī)途徑 通過有機(jī)金屬醇鹽的水解與縮聚而形成溶膠。在該工藝過程中，因涉及水和有機(jī)物，所以通過這種途徑制備的薄膜在干燥過程中容易龜裂（由大量溶劑蒸發(fā)而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力所引起）?？陀^上限制了制備薄膜的厚度。 通過某種方法制得的氧化物微粒，穩(wěn)定地懸浮在某種有機(jī)或無機(jī)溶劑中而形成溶膠。通過無機(jī)途徑制膜，有時只需在室溫下干燥即可，因此容易制得 10層以上而無龜裂的多層氧化物薄膜。 前驅(qū)物溶液 水解溶液 凝 膠 絡(luò)合物溶膠 細(xì)密荷電顆粒溶膠 化學(xué)添加劑 絡(luò)合劑 水 催化劑 聚合 調(diào)節(jié) pH值， 添加電解質(zhì)， 溶劑蒸發(fā) 低壓蒸發(fā) 用 SolGel法制備材料的具體技術(shù)和方法很多，按其溶膠、凝膠的形成方式可分為 傳統(tǒng)膠體法、水解聚合法和絡(luò)合物法三種 。 SolGel工藝方法的對比 方法 特 點(diǎn) 前驅(qū)物 凝膠的化學(xué)特征 適用 傳統(tǒng) 膠體法 通過調(diào)節(jié) pH值或加入電解質(zhì)來中和顆粒表現(xiàn)電荷，通過溶劑蒸發(fā)促使顆粒形成凝膠 無機(jī)化合物 1．凝膠網(wǎng)絡(luò)由濃稠顆粒通過范德化力建立 2．凝膠中固相成分含量高 3．凝膠強(qiáng)度低，通常不透明 粉體 薄膜 水解 聚合法 通常前驅(qū)物的水解和聚合形成溶膠和凝膠 金屬醇鹽 1．凝膠網(wǎng)絡(luò)由前驅(qū)物產(chǎn)生的無機(jī)聚合物建立 2．凝膠與溶膠體積相當(dāng) 3．可由時間參數(shù)清楚地反映凝膠的形成過程 4．凝膠是透明的 薄膜 塊體 纖維 粉體 絡(luò)合 物法 由絡(luò)合反應(yīng)形成具有較大或復(fù)雜配體的絡(luò)合物 金屬醇鹽、硝酸鹽或乙酸鹽 1．凝膠網(wǎng)絡(luò)由絡(luò)合物通過氫鍵建立 2．凝膠在水中能液化 3．凝膠是透明的 薄膜 粉體 纖維 － Gel方法制備薄膜的步驟： ① 復(fù)合醇鹽的制備 按照所需材料的化學(xué)計量比 ， 把各組分的醇鹽或其它金屬有機(jī)物在一種共同的溶劑中進(jìn)行反應(yīng) ，使各組元反應(yīng)成為一種復(fù)合醇鹽或者是均勻的混合溶液 。 ② 成膜 采用勻膠技術(shù)或提拉工藝在基片上成膜 。 勻膠技術(shù) 所用的基片通常是硅片 ， 它被放到一個1000r/min的轉(zhuǎn)子上 ， 而溶液被滴到轉(zhuǎn)子的中心處 ，這種膜的厚度可以達(dá)到 50～ 500nm。 提拉工藝 首先把基片放到裝有溶液的容器中 ， 在液體與基片的接觸面形成一個彎形液面 ， 當(dāng)把基片從溶液中拉出時 ， 基片上形成一個連續(xù)的膜 。 旋涂法鍍膜設(shè)備 垂直提拉機(jī) ③ 水解反應(yīng)與聚合反應(yīng) 使復(fù)合醇鹽水解，同時進(jìn)行聚合反應(yīng)。有時為了控制成膜質(zhì)量，可在溶液中加入少量水或催化劑。在反應(yīng)的初始階段，溶液隨反應(yīng)的進(jìn)行逐漸成為溶膠，反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，溶膠轉(zhuǎn)變成為凝膠。 ? 水解反應(yīng)： ? M(OR)n + H2O → (RO)n1M－ OH + ROH ? 聚合反應(yīng)： ? (RO)n1M－ OH ＋ RO－ M(OR)n1 →(RO)n1M－ O－ M(OR)n1 ＋ ROH ? 式中， M－金屬元素，如鈦、鋯等， R－烷氧基。 ? 如以鈦酸乙酯和硅酸乙酯制備 TiO2和 SiO2薄膜的反應(yīng)過程為 ? Ti(OC2H5)4 + H2O → H4TiO4 +4 C2H5OH ? H4TiO4 → TiO2 +2 H2O↑ ? Si(OC2H5)4 + H2O → H4SiO4 +4 C2H5OH ? H4SiO4 → SiO2 +2 H2O↑ ? 乙醇揮發(fā)，加熱脫水后形成 TiO2和 SiO2薄膜。 ? ④ 干燥 剛剛形成的膜中含有大量的有機(jī)溶劑和有機(jī)基團(tuán)，稱為濕膜。隨著溶劑的揮發(fā)和反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，濕膜逐漸收縮變干。 在干燥過程中大量有機(jī)溶劑的蒸發(fā)將引起薄膜的嚴(yán)重收縮，這通常會導(dǎo)致 龜裂 ，這是該工藝的一大缺點(diǎn)。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)薄膜厚度小于一定值時，薄膜在干燥過程中就不會龜裂，這可解釋為 當(dāng)薄膜厚度小于一定厚度時，由于基底的粘附作用，在干燥過程中薄膜的
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