薄膜的制備工藝(ppt43頁(yè))(編輯修改稿)
2025-02-24 01:49 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(wú)機(jī)途徑 通過(guò)有機(jī)金屬醇鹽的水解與縮聚而形成溶膠。在該工藝過(guò)程中，因涉及水和有機(jī)物，所以通過(guò)這種途徑制備的薄膜在干燥過(guò)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(guò)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(wú)機(jī)溶劑中而形成溶膠。通過(guò)無(wú)機(jī)途徑制膜，有時(shí)只需在室溫下干燥即可，因此容易制得 10層以上而無(wú)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(duì)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(guò)調(diào)節(jié) pH值或加入電解質(zhì)來(lái)中和顆粒表現(xiàn)電荷，通過(guò)溶劑蒸發(fā)促使顆粒形成凝膠 無(wú)機(jī)化合物 1．凝膠網(wǎng)絡(luò)由濃稠顆粒通過(guò)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(wú)機(jī)聚合物建立 2．凝膠與溶膠體積相當(dāng) 3．可由時(shí)間參數(shù)清楚地反映凝膠的形成過(guò)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(guò)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(jì)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(gè)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(gè)彎形液面 ， 當(dāng)把基片從溶液中拉出時(shí) ， 基片上形成一個(gè)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(shí)進(jìn)行聚合反應(yīng)。有時(shí)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(guò)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(guò)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(huì)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(shí)，薄膜在干燥過(guò)程中就不會(huì)龜裂，這可解釋為 當(dāng)薄膜厚度小于一定厚度時(shí)，由于基底的粘附作用，在干燥過(guò)程中薄膜的
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