专利名称：一种负载ito薄膜的石英光纤及其制备方法
技术领域：
本发明涉及石英光导纤维改性，特别是一种在石英光纤表面涂覆上结合力较强、 光电性能良好的ITO薄膜的方法。
背景技术：
掺锡氧化铟(Indium Tin Oxide，缩写为IT0)透明导电薄膜，作为一种η型简并 半导体，以其良好的导电性能、较高的可见光范围内的透光率和红外光范围内的反射率、与 基体较好的结合能力和良好的化学稳定性，愈来愈受到关注，已在很多领域包括平面显示 (液晶显示器IXD、有机电致发光显示器0LED)、太阳能电池、传感器、功能性玻璃等方面得 到广泛应用。石英光纤(Quartz Optical Fiber，缩写为Q0F)则具有抗电磁干扰、保密性好、抗 核辐射以及重量轻、尺寸小、价格低廉等一系列优点，是目前信息传递的首选材料。现有的石英光纤一般用于信息传递、传感检测等领域，根据需要可在光纤制备时 形成不同种类的光纤，也可在光纤制成后在其上写上光栅用于传感等。但未曾见过有在石 英光纤外部负载ITO薄膜的报道，更未有关于该光纤制备方法的记载。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种负载ITO薄膜的 石英光纤。同时，由于镀在圆柱体上的薄膜的结合力远小于镀在平面上，在石英光纤表面涂 覆上ITO薄膜也存在更加实际的技术困难，本发明也将着眼于此。为解决技术问题，本发明的解决方案是本发明首先提出以石英光导纤维作为ITO薄膜的基体，赋予光纤同时具备导光和 导电性能。其次，本发明提出利用光纤的预处理来提高其负载ITO的附着能力，并用结合力 作为判断负载在光纤表面ITO薄膜质量好坏的重要指标。本发明是在基体前期处理过程中 增加一道简单可行的工艺程序，选择合适的退火温度和膜层数，以增强ITO薄膜与石英光 纤表面的结合力和样品的实用性。具体表述为一种负载ITO薄膜的石英光纤，是以石英光纤为基体，以掺锡氧化铟透明导电薄 膜为表面覆膜。本发明中，ITO薄膜与石英光纤表面结合牢固，光电性能良好。进一步地，本发明提供了一种负载ITO薄膜的石英光纤的制备方法，包括以下步 骤(1)依次进行光纤表面前期处理将石英光纤除去涂覆层后，放在去离子水中超声处理10 30min ；用40% NaOH溶 液除油15 20min ；以分析纯HF溶液表面粗化15 20min ；最后置于质量浓度比例为10 15%的NH3水和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液中活化处理8 IOmin ；(2)把硝酸铟和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口烧瓶中，在63 65°C水浴中加热 2h ；然后将溶解在无水乙醇中的氯化锡与其混合，继续加热回流Ih后取出溶液，在空气中 放置24h，得到均一透明的淡黄色溶胶；硝酸铟乙酰丙酮无水乙醇氯化锡的摩尔比 为 1 14 5 0. 1 ；(3)将经过表面前期处理后的石英光纤浸渍在步骤(2)所得溶胶中4 5min后提 拉镀膜，然后放在98 100°C下预热处理8 lOmin，待溶胶干燥后放入马弗炉中退火处理 60 70min，得到一层ITO膜；待薄膜冷却后置于无水乙醇中超声处理5 8秒后，放在空 气中晾干；循环该步骤，即得到负载多层ITO薄膜的石英光纤。本发明在步骤(1)中，调制NHyK和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液时，使混合溶液 的PH值为12。本发明中，所述步骤(3)共执行4次，使得负载在石英光纤表面的ITO薄膜为4层。本发明在步骤(3)中马弗炉中退火处理时，控制温度为500°C。本发明的有益效果是本发明通过简单可行的石英光纤的前期处理，使溶胶_凝胶法所制得的ITO薄膜 与石英光纤表面结合牢固，薄膜结晶完善，表面光滑致密，光电性能良好，从而制备了一种 负载ITO薄膜的石英光导纤维，赋予光纤同时具备导光和导电性能。可应用于红外传输、电 流传感和光电响应器件等方面，大大拓宽了各自的应用领域。
图1是光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的XRD谱图；图2是光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的电阻率；图3是光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的可见光透过率；图4是光纤表面负载上在500°C退火温度下制备的四层ITO薄膜的EDS能谱分析；图5是光纤表面负载上在500°C退火温度下制备的四层ITO薄膜的AFM表面形貌 照片。
具体实施例方式具体实施例1 负载ITO薄膜的石英光纤的制备方法，包括以下步骤(1)依次进行光纤表面前期处理将石英光纤除去涂覆层后，放在去离子水中超声处理IOmin ；用40% NaOH溶液除 油15min ；以分析纯HF溶液表面粗化20min ；最后置于质量浓度比例为15%的NH3水和十二 烷基苯磺酸钠的混合溶液中活化处理Smin ；(2)把硝酸铟和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口烧瓶中，在65°C水浴中加热2h; 然后将溶解在无水乙醇中的氯化锡与其混合，继续加热回流Ih后取出溶液，在空气中放 置24h，得到均一透明的淡黄色溶胶；硝酸铟乙酰丙酮无水乙醇氯化锡的摩尔比为 1 14 5 0. 1 ；(3)将经过表面前期处理后的石英光纤浸渍在步骤(2)所得溶胶中5min后提拉镀处理8min，待溶胶干燥后放入马弗炉中退火处理60min，得到一层 ITO膜；待薄膜冷却后置于无水乙醇中超声处理5秒后，放在空气中晾干；循环该步骤，即得 到负载多层ITO薄膜的石英光纤。具体实施例2 负载ITO薄膜的石英光纤的制备方法，包括以下步骤(1)依次进行光纤表面前期处理将石英光纤除去涂覆层后，放在去离子水中超声处理30min ；用40% NaOH溶液除 油16min ；以分析纯HF溶液表面粗化15min ；最后置于质量浓度比例为10%的NH3水和十二 烷基苯磺酸钠的混合溶液中活化处理9min ；(2)把硝酸铟和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口烧瓶中，在63°C水浴中加热2h; 然后将溶解在无水乙醇中的氯化锡与其混合，继续加热回流Ih后取出溶液，在空气中放 置24h，得到均一透明的淡黄色溶胶；硝酸铟乙酰丙酮无水乙醇氯化锡的摩尔比为 1 14 5 0. 1 ；(3)将经过表面前期处理后的石英光纤浸渍在步骤(2)所得溶胶中4min后提拉镀 膜，然后放在100°c下预热处理lOmin，待溶胶干燥后放入马弗炉中退火处理70min，得到一 层ITO膜；待薄膜冷却后置于无水乙醇中超声处理8秒后，放在空气中晾干；循环该步骤， 即得到负载多层ITO薄膜的石英光纤。具体实施例3 负载ITO薄膜的石英光纤的制备方法，包括以下步骤(1)依次进行光纤表面前期处理将石英光纤除去涂覆层后，放在去离子水中超声处理20min ；用40% NaOH溶液除 油20min ；以分析纯HF溶液表面粗化16min ；最后置于质量浓度比例为13%的NH3水和十二 烷基苯磺酸钠的混合溶液中活化处理IOmin ；(2)把硝酸铟和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口烧瓶中，在64°C水浴中加热2h ； 然后将溶解在无水乙醇中的氯化锡与其混合，继续加热回流Ih后取出溶液，在空气中放 置24h，得到均一透明的淡黄色溶胶；硝酸铟乙酰丙酮无水乙醇氯化锡的摩尔比为 1 14 5 0. 1 ；(3)将经过表面前期处理后的石英光纤浸渍在步骤(2)所得溶胶中4min后提拉镀 膜，然后放在99°C下预热处理9min，待溶胶干燥后放入马弗炉中退火处理65min，得到一层 ITO膜；待薄膜冷却后置于无水乙醇中超声处理6秒后，放在空气中晾干；循环该步骤，即得 到负载多层ITO薄膜的石英光纤。本发明中在退火温度为500°C下制备的薄膜表面没有发生变化，当退火温度大 于500°C时，随着退火温度的增加，薄膜表面形貌破坏程度增加，在退火温度为400°C下制 备的薄膜经过淬火处理后其表面破坏程度比500°C大，即在退火温度为500°C下制备的薄 膜结合力最强。随着膜层数的增加，每层薄膜的热膨胀系数不同，薄膜的结合力减小，同时 考虑到石英光纤表面薄膜的完整性，选择在光纤表面镀上四层ITO薄膜。图1是在光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的XRD对比谱 图，根据谢乐公式在退火温度为400°c，500°c，60(rc，70(rc和800°C下制备的ITO薄膜的 晶粒大小分别为14. 4nm, 16. 5nm, 16. 8nm, 17. Onm和17. Inm,当退火温度大于500°C时，结晶
5度没有明显地增加，即在退火温度为500°C下制备的薄膜结晶完善，出现了明显的In2O3特 征峰。图2是光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的电阻率与所测量 光纤长度关系曲线，在退火温度为500°C下制备的ITO薄膜的电阻率相对于400°C有明显地 减小，相对于600°C其增加值不大。图3是光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的可见光透过率， 当退火温度小于700°C时，ITO薄膜的可见光透过率没有很大的变化，即退火温度为500°C 下制备的薄膜透光性能良好。没有经过活化处理的光纤表面负载上在500°C退火温度下制备的四层ITO薄膜， 与经过处理的光纤表面负载上在500°C退火温度下制备的四层ITO薄膜相比，ITO薄膜表面 粗糙，活化处理增强了 ITO薄膜与石英光纤的结合力，使光纤表面光滑，ITO薄膜的颗粒致
滋
Γ t [ O图4是光纤表面负载上在500°C退火温度下制备的四层ITO薄膜的EDS能谱分析， ITO薄膜均勻地负载在光纤表面，In与Sn质量比与前驱物中的In与Sn质量比相吻合。光纤表面负载上在500°C退火温度下制备的四层ITO薄膜，薄膜厚度均勻，其值为 186. lnm，薄膜之间没有明显的分层现象。图5是光纤表面负载上在500°C退火温度下制备的四层ITO薄膜的AFM表面形貌 图，其均方根(RMS)表面粗糙度为0. 719nm。最后，还需要注意的是，显然本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领 域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发 明的保护范围。
权利要求
一种负载ITO薄膜的石英光纤，其特征在于，是以石英光纤为基体，以掺锡氧化铟透明导电薄膜为表面覆膜。
2.一种负载ITO薄膜的石英光纤的制备方法，包括以下步骤(1)依次进行光纤表面前期处理将石英光纤除去涂覆层后，放在去离子水中超声处理10 30min ；用40% NaOH溶液 除油15 20min ；以分析纯HF溶液表面粗化15 20min ；最后置于质量浓度比例为10 15%的NH3水和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液中活化处理8 IOmin ；(2)把硝酸铟和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口烧瓶中，在63 65°C水浴中加热2h； 然后将溶解在无水乙醇中的氯化锡与其混合，继续加热回流Ih后取出溶液，在空气中放 置24h，得到均一透明的淡黄色溶胶；硝酸铟乙酰丙酮无水乙醇氯化锡的摩尔比为 1 14 5 0. 1 ；(3)将经过表面前期处理后的石英光纤浸渍在步骤(2)所得溶胶中4 5min后提拉镀 膜，然后放在98 100°C下预热处理8 lOmin，待溶胶干燥后放入马弗炉中退火处理60 70min，得到一层ITO膜；待薄膜冷却后置于无水乙醇中超声处理5 8秒后，放在空气中晾 干；循环该步骤，即得到负载多层ITO薄膜的石英光纤。
3.根据权利要求2所述石英光纤的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，调制NHyK 和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液时，使混合溶液的PH值为12。
4.根据权利要求2所述石英光纤的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)共执行4次， 使得负载在石英光纤表面的ITO薄膜为4层。
5.根据权利要求2所述的一种石英光纤的制备方法，其特征在于在步骤(3)中，马弗 炉中退火处理时，控制温度为500°C。
全文摘要
本发明涉及石英光导纤维改性，旨在提供一种负载ITO薄膜的石英光纤及其制备方法。该石英光纤是以石英光纤为基体，以掺锡氧化铟透明导电薄膜为表面覆膜。本发明通过简单可行的石英光纤的前期处理，使溶胶-凝胶法所制得的ITO薄膜与石英光纤表面结合牢固，薄膜结晶完善，表面光滑致密，光电性能良好，从而制备了一种负载ITO薄膜的石英光导纤维，赋予光纤同时具备导光和导电性能。可应用于红外传输、电流传感和光电响应器件等方面，大大拓宽了各自的应用领域。
文档编号G02B6/02GK101950043SQ20101025785
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月19日 优先权日2010年8月19日
发明者刘婧, 杨斌 申请人:浙江理工大学