一种热稳定性增强型多孔银镁铝合金膜的制备方法与流程

本发明涉及光电材料技术领域，具体涉及一种热稳定增强型多孔银镁铝合金膜的制备方法。

背景技术：

纳米多孔材料是一类具有孔隙特征的纳米材料，其孔径一般介于0.1到100nm之间，相对于块体材料而言，纳米多孔材料由于具备量子尺寸效应、表面效应和隧道效应等特殊的效应，让其显示出了特殊光学、电学和磁学的特性，因此近几年来越来越受到人们的广泛关注，如参考文献：c.fang等人发表的《electrochemicallypreparedporoussilveranditsapplicationinsurface-enhancedramanscattering》(《电化学制备的多孔银及其在表面增强拉曼散射中的应用》)。在众多多孔金属材料中，纳米多孔银膜由于其高比表面积、高吸收、超低密度和优良的抗菌特性等优点，被广泛应用于光学催化和表面增强拉曼散射基底、固体氧化物燃料电池的阴极、微型气体流速检测器等技术领域，因此，纳米多孔银的制备具有非常重要的意义。

然而，相对于其他的金属材料，银元素具有低熔点和极高的电子迁移和流动的特性，导致了金属银的热稳定性不高，使得多孔银基膜在较高温度下微观结构发生变化，进而造成应用过程中性能下降的问题。新加坡南洋大学chenchiangyu及其团队(可参考文献：yucc,baekjd,such,etal.acsappliedmaterials&interfaces，2016，8，10343-10349)提出了一种基于喷墨光刻的方法达到提高多孔银基薄膜热稳定性的目的，喷墨光刻的方法是通过纳米球光刻技术使银原子形成直径约为500～600纳米的球状结构，制得的多孔银基薄膜中银原子相互堆叠。该文章中采用sem对其微观结构进行表征，从图中可以看出：制得的多孔银基即使在高温400℃的退火条件下，依旧保持良好的微观结构。但是采用喷墨光刻的方法由于制备流程复杂，成本昂贵，使得多孔银基薄膜的大规模生产和应用受到限制。综上所述，热稳定性差是多孔银基膜在实际推广运用中最亟待解决的难题，因此，亟需一种能够制备得到热稳定增强型的多孔银基膜的方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就在于克服现有技术的不足，提供一种热稳定性增强型多孔银镁铝合金膜的制备方法，该方法制得多孔银镁铝合金膜经高温处理后仍能保持多孔结构，进而保持较宽的吸收光谱和较好的吸收效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种热稳定性增强型多孔银镁铝合金膜的制备方法，包括如下步骤：

采用薄膜沉积技术在基片上沉积银镁铝合金膜，其中，银镁铝合金膜的化学组分包括：质量分数为50％～60％的镁元素，3％～10％的铝元素和30％～47％的银元素；然后制得的银镁铝合金膜置于脱合金溶液中反应，使得银镁铝合金膜形成多孔结构；待反应完成，再置于无水乙醇中浸泡，浸泡完成后经干燥处理得到多孔银镁铝合金膜。

进一步地，本发明在基片上沉积银镁铝合金膜可以采取任何合适的薄膜沉积技术，具体地，采用磁控溅射法制备银镁铝合金膜的操作为：

将基片在温度为100～120℃的真空环境下进行预热处理，所述本底真空环境的压强优于1×10^-3pa；预热完成后，在工作气压下，采用纯氩气对靶材进行预溅射，预溅射完成后，再在预热的基片上溅射得到银镁铝合金薄膜。

根据本发明实施例，基片预热处理的时间为40～60分钟。

本发明中基片为ito，硅片，石英，玻璃，铝箔或者pet。

本发明中在基片上所沉积银镁铝合金膜的厚度为100nm～1000nm。

进一步地，本发明采用脱合金法在银镁铝合金膜上制备多孔结构时，脱合金溶液为浓度为1％～6％的乙酸溶液。

作为优选实施方式，置于1％～6％的乙酸溶液中反应的时间为30～60秒。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的制备多孔银镁铝合金膜是通过脱合金法腐蚀银镁铝复合膜中的活泼金属镁，而银和少量铝扩散和自由组装，进而形成主要以银为骨架掺杂少量铝和镁的纳米多孔结构。该制备方法能够明显提高多孔银基膜的热稳定性，根据本发明实施例可以看出：多孔金属银基膜由于掺杂少量铝的掺杂并在其中形成了一层即薄又稳定的氧化铝层，能够抑制银的迁移能力，从而保持其微观结构没有被高温退火处理破坏，进而保证了多孔银镁铝合金膜的光学吸收性能(宽光谱，高吸收率)。

附图说明

图1为本发明实施例所提供多孔银镁铝合金膜的制备工艺流程示意图。

图2为本发明实施例与对比实施例分别经过退火处理前后微观结构的sem对比结果图，其中，图(a)为对比实施例制得多孔银基复合薄膜未经过退火处理的sem结果图，图(b)为对比实施例制得多孔银基复合薄膜经过退火处理的sem结果图，图(c)为本发明实施例制得多孔银复合薄膜未经过退火处理的sem结果图，图(d)为本发明实施例制得多孔银基复合薄膜经过退火处理的sem结果图。

具体实施方式

以下结合本发明具体实施例和说明书附图对本发明原理进行详细说明：

如图1所示，本实施例具体采用磁控溅射法进行制备银镁铝合金膜，制备流程包括：基片加热、预溅射和磁控溅射，制备得到银镁铝合金膜后采用去合金法进行腐蚀活泼金属，通过脱合金溶液的种类和浓度以及反应时间对反应程度进行控制，然后经过清洗，采用无水乙醇或者去离子水浸泡清洗至中性，进行干燥处理后得到多孔银镁铝复合薄膜。

实施例1：

步骤a：银镁铝合金膜的制备；

采用沉积有100纳米nicr反射层的石英基片作为基片，将所述基片置于真空度优于1×10^-3pa的条件下，加热基片至120℃进行预热处理，预热处理时间为60分钟；完成预热处理后采用磁控溅射工艺在所述基片上沉积得到mg含量为54％、al含量为6％，ag含量为40％的银镁铝复合薄膜，所述薄膜的厚度为300纳米；

步骤b：多孔银镁铝合金膜的制备；

将步骤a制得的银镁复合薄膜置于浓度为2％的乙酸溶液中，腐蚀1分钟；然后取出采用去离子水清洗，再置于无水乙醇中浸泡3～5分钟，浸泡完成后经干燥处理得到多孔银镁铝复合薄膜。

将实施例制得的多孔银镁铝复合薄膜在退火温度为300℃下退火处理60分钟，制得经退火处理的多孔银镁铝复合薄膜。

采用型号为tensor27的光谱仪对本实施制得未经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜和经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜进行波长范围为350nm～850nm的反射光谱测试，测得相应反射率，由于透射率为0，根据吸收率计算公式：a＝1-r(其中a为吸收率，r为反射率)，经计算得未经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜的平均吸收率为96.77％，经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜的平均吸收率为92.01％。

实施例2：

步骤a：银镁铝合金膜的制备；

采用沉积有100纳米nicr反射层的石英基片作为基片，将所述基片置于真空度优于1×10^-3pa的条件下，加热基片至120℃进行预热处理，预热处理时间为60分钟；完成预热处理后采用磁控溅射工艺在所述基片上沉积得到mg含量为50％、al含量为10％，ag含量为40％的银镁铝复合薄膜，所述薄膜的厚度为300纳米；

步骤b：多孔银镁铝合金膜的制备；

将步骤a制得的银镁复合薄膜置于浓度为2％的乙酸溶液中，腐蚀1分钟；然后取出采用去离子水清洗，再置于无水乙醇中浸泡3～5分钟，浸泡完成后经干燥处理得到多孔银镁铝复合薄膜。

将实施例制得的多孔银镁铝复合薄膜在退火温度为300℃下退火处理60分钟，制得经退火处理的多孔银镁铝复合薄膜。

采用型号为tensor27的光谱仪对本实施制得未经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜和经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜进行波长范围为350nm～850nm的反射光谱测试，测得相应反射率，由于透射率为0，根据吸收率计算公式：a＝1-r(其中a为吸收率，r为反射率)，经计算得未经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜的平均吸收率为92.54％，经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜的平均吸收率为91.13％。

实施例3：

步骤a：银镁铝合金膜的制备；

采用沉积有100纳米nicr反射层的石英基片作为基片，将所述基片置于真空度优于1×10-3pa的条件下，加热基片至120℃进行预热处理，预热处理时间为60分钟；完成预热处理后采用磁控溅射工艺在所述基片上沉积得到mg含量为57％、al含量为3％，ag含量为40％的银镁铝复合薄膜，所述薄膜的厚度为500纳米；

步骤b：多孔银基复合的制备；

将步骤a制得的银镁复合薄膜置于浓度为2％的乙酸溶液中，腐蚀1分钟；然后取出采用去离子水清洗，再置于无水乙醇中浸泡3～5分钟，浸泡完成后经干燥处理得到多孔银镁铝复合薄膜。

将实施例3制得的多孔银镁铝复合薄膜在退火温度为300℃下退火处理60分钟，制得经退火处理的多孔银镁铝复合薄膜。

采用型号为tensor27的光谱仪对本实施制得未经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜和经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜进行波长范围为350nm～850nm的反射光谱测试，测得相应反射率，由于透射率为0，根据吸收率计算公式：a＝1-r(其中a为吸收率，r为反射率)，经计算得未经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜的平均吸收率为95.79％，经过退火处理的多孔银镁铝复合薄膜的平均吸收率为87.53％。

将经退火处理的多孔银镁铝复合薄膜采用sem手段进行表征，sem结果如图2中(c)和(d)所示。

实施例4：

本实施例作为对比实施例，制得银基薄膜除不掺杂有铝元素外沉积工艺条件和脱合金反应条件同实施例3，具体操作如下：

步骤a：银镁合金膜的制备；

采用沉积有100纳米nicr反射层的石英基片作为基片，将所述基片置于真空度优于1×10^-3pa的条件下，加热基片至120℃进行预热处理，预热处理时间为60分钟；完成预热处理后采用磁控溅射工艺在所述基片上沉积得到mg含量为60％、ag含量为40％的银镁复合薄膜，所述薄膜的厚度为500纳米；

步骤b：多孔银基复合的制备；

将步骤a制得的银镁复合薄膜置于浓度为2％的乙酸溶液中，腐蚀1分钟；然后取出采用去离子水清洗，再置于无水乙醇中浸泡3～5分钟，浸泡完成后经干燥处理得到多孔银镁复合薄膜。

将实施例4制得的多孔银基复合薄膜在退火温度300℃下进行退火处理，处理60分钟，制得经退火处理的多孔银镁铝复合薄膜。

采用型号为tensor27的光谱仪对本实施制得未经过退火处理的多孔银镁复合薄膜和经过300℃退火处理的多孔银镁复合薄膜进行波长范围为350nm～850nm的反射光谱测试，测得相应反射率，由于透射率为0，根据吸收率计算公式：a＝1-r(其中a为吸收率，r为反射率)，经计算得未经过退火处理的多孔银镁复合薄膜的平均吸收率为97.59％，经过退火处理的多孔银镁复合薄膜的平均吸收率为75.24％。

为了比较实施例与对比例多孔银基薄膜的热稳定性，图2中图(a)为对比实施例(即实施例4)制得多孔银镁薄膜未经过退火处理的sem结果图，图(b)为对比实施例制得多孔银镁复合薄膜经过退火处理的sem结果图，图(c)为本发明实施例3制得多孔银镁铝复合薄膜未经过退火处理的sem结果图，图(d)为本发明实施例3制得多孔银镁铝复合薄膜经过退火处理的sem结果图。经过对比，可以明显看出：掺杂有al元素的多孔银基薄膜热稳定性较高，在经过高温退火处理后仍然能够维持其微观多孔结构，故其光学性能没有明显衰减，其在较宽的吸收光谱范围内的平均吸收率较高；而没有掺杂al元素的多孔银基薄膜在经过高温退火处理后微观结构明显破坏，其在较宽的吸收光谱范围内的平均吸收率明显降低，热稳定性较差。

以上结合附图对本发明的实施例进行了阐述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。