专利名称：一种用单质硫作为硫源制备硫化钐薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种硫化钐薄膜的制备方法，具体涉及一种用自组装法以单质硫作为硫源制备硫化钐薄膜的方法。
背景技术：
SmS晶体为立方结构，是一种压变色材料。在常温常压下是黑色的半导体 (S-SmS)，其晶格参数为0. 597nm，在6. 5X108pa的静压力下，SmS晶体会经历从半导体相向金属相(M-SmS)的相变。晶格常数从0. 597nm减少到0. 570nm左右；而且，晶体颜色将从黑色变为金黄色，体积收缩大约在16%左右[Jayaraman A，Narayanamurti V，Bucher Eetal. Continuous and Discontinuous Semiconductor-metal Tran-sition inSamarium Monochalcogenides Under Pressure [J]. Phy Rev Lett. 1970,25(20) :1430. ]。SmS 的薄膜透过为绿色，反射则为蓝色或者是偏蓝的黑色，发生相转变后，它会变成蓝色的透过色和金黄色的反射色[Hickey C F, Gibson U J. Optical Response of Switching SmS in ThinFilms Prepared by Reactive Evaporation[J]. J Appl Phys. 1987,62(9) :3912 3916]。因此，具有压变色性质的SmS可以用于全息记录和贮存器、光学开关和光学数字贮存器等。到目前为止，制备硫化钐薄膜的方法有反应性蒸镀[Petrov M P. Holographies Storage in SmSThin Films [J]. Optics Communications. 1977,22(3) :293 296]、真空沉积、电子束蒸镀、双靶溅射等[黄剑锋，马小波等.SmS光学薄膜研究新进展[J].材料导报.2006,20(9) :9 12]。这些制备工艺已经比较成熟，但是需要的设备比较特殊，昂贵； 制备工艺复杂，条件苛刻等因素，使得制备硫化钐薄膜的成本太高，不能简单快速的制备性能良好的薄膜。自组装(Self-assembled monolayers)技术(简称SAMs技术)，是一种制备薄膜的新技术，通过表面活性剂与基底之间的化学吸附作用，在基板材料上自组形成排列整齐，致密，有序的单分子膜层。以自组装膜为模板诱导无机前躯体溶液在基底表面沉积成膜的仿生合成制膜技术，具有传统物理化学方法无可比拟的优点，是一种极具应用前景的新型、高效的绿色制膜技术[谈国强，刘剑，贺中亮.自组装单层膜技术及其在制备功能薄膜领域中的应用[J].陶瓷.2009，7:9 13]。这种制膜方法操作简便，成本低，不需特殊设备，且制备出的薄膜均勻、致密、低缺陷，强度高，结合力好，不需后期晶化处理。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用自组装法以单质硫作为硫源制备硫化钐薄膜的方法，本发明工艺简单，成本低廉，制备出的薄膜均勻，致密，低缺陷，强度高，结合力好，不需后期晶化处理，性能良好。为达到上述目的，本发胆采用的技术方案是1)取0. 2-2. Og的氯化亚钐(SmCl2)置于烧杯中，向烧杯中滴加5_80mL的油胺加热搅拌使其均勻溶解得溶液A，；2)向溶液A中加入1. 00-10. OOg分析纯的单质硫，加热并搅拌均勻得溶液B ；
3)用氨水调节溶液B的pH值至2. 0-5. 0得前驱液C ；4)将羟基化的硅基板置于体积浓度为1 1. 5%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室温下浸泡30 60min，取出后分别用丙酮、四氯化碳冲洗，然后用氮气吹干， 在氮气气氛中，于100 110°C干燥10 30min得OTS硅基板；5)将干燥的OTS硅基板放在紫外线照射仪中，紫外光辐射波波长184. 9nm,在一个大气压下，保持照射距离为1 2cm，照射20 60min，使OTS头基的烷基在紫外光的光激发下进行羟基化转变，得到OTS功能化后的硅基板；6)将功能化后的硅基板置于前驱液C中，将烧杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后将真空干燥皿置于干燥箱中，在60 150°C下沉积l_50h制备硫化钐薄膜，将制备好的薄膜置于真空干燥箱中100 150°C干燥10 20min得硫化钐纳米薄膜。所述的羟基化的硅基板是先将硅基板浸泡在王水中，使用超声波加热震荡 30min 120min，在室温中自然冷却，然后再用去离子水反复清洗，用N2吹干，然后在紫外线照射仪中，照射20 60min。本发明采用液相自组装方法，以硫单质作为硫源制备硫化钐薄膜，制得的薄膜，均勻，致密，低缺陷，强度高，并且通过控制前驱液浓度、PH值以及沉积时间可以控制薄膜厚度和晶粒大小。这种方法制备的硫化钐纳米薄膜重复性高，易于大面积制膜。且操作方便，原料易得，制备成本较低。
图1为实施例1所制备的硫化钐薄膜XRD图谱；图2为实施例1所制备的硫化钐薄膜的AFM图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1 1)取0. 2g的氯化亚钐(SmCl2)置于烧杯中，向烧杯中滴加IOmL的油胺加热搅拌使其均勻溶解得溶液A，；2)向溶液A中加入1. OOg分析纯的单质硫，加热并搅拌均勻得溶液B ；3)用氨水调节溶液B的pH值至2. 0得前驱液C ；4)将硅基板浸泡在王水中，使用超声波加热震荡60min，在室温中自然冷却，然后再用去离子水反复清洗，用N2吹干，然后在紫外线照射仪中，照射30min得羟基化的硅基板；将羟基化的硅基板置于体积浓度为的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室温下浸泡30min，取出后分别用丙酮、四氯化碳冲洗，然后用氮气吹干，在氮气气氛中， 于100°C干燥30min得OTS硅基板；5)将干燥的OTS硅基板放在紫外线照射仪中，紫外光辐射波波长184. 9nm,在一个大气压下，保持照射距离为1. 5cm，照射40min，使OTS头基的烷基在紫外光的光激发下进行羟基化转变，得到OTS功能化后的硅基板；6)将功能化后的硅基板置于前驱液C中，将烧杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后将真空干燥皿置于干燥箱中，在110°c下沉积30h制备硫化钐薄膜，将制备好的薄膜置于真空干燥箱中110°C干燥IOmin得硫化钐纳米薄膜。将该实施例制备的硫化钐薄膜用日本理学D/maX2200PC型自动X-射线衍射仪 (图1)进行测定，同时用日本精工的SPA400-SPI3800N型原子力显微镜(图2)对其表面形貌进行分析。从图片可以看出所制备的硫化钐纳米薄膜结晶度较好，表面比较均勻，致密。实施例2 1)取0. 3g的氯化亚钐(SmCl2)置于烧杯中，向烧杯中滴加5mL的油胺加热搅拌使其均勻溶解得溶液A，；2)向溶液A中加入2. OOg分析纯的单质硫，加热并搅拌均勻得溶液B ；3)用氨水调节溶液B的pH值至3. 0得前驱液C ；4)将硅基板浸泡在王水中，使用超声波加热震荡90min，在室温中自然冷却，然后再用去离子水反复清洗，用N2吹干，然后在紫外线照射仪中，照射40min得羟基化的硅基板；将羟基化的硅基板置于体积浓度为1. 5%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室温下浸泡40min，取出后分别用丙酮、四氯化碳冲洗，然后用氮气吹干，在氮气气氛中，于110°C干燥20min得OTS硅基板；5)将干燥的OTS硅基板放在紫外线照射仪中，紫外光辐射波波长184. 9nm，在一个大气压下，保持照射距离为1cm，照射20min，使OTS头基的烷基在紫外光的光激发下进行羟基化转变，得到OTS功能化后的硅基板；6)将功能化后的硅基板置于前驱液C中，将烧杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后将真空干燥皿置于干燥箱中，在120°C下沉积20h制备硫化钐薄膜，将制备好的薄膜置于真空干燥箱中100°C干燥15min得硫化钐纳米薄膜。实施例3 1)取0. Sg的氯化亚钐(SmCl2)置于烧杯中，向烧杯中滴加30mL的油胺加热搅拌使其均勻溶解得溶液A，；2)向溶液A中加入5. OOg分析纯的单质硫，加热并搅拌均勻得溶液B ；3)用氨水调节溶液B的pH值至4. 0得前驱液C ；4)将硅基板浸泡在王水中，使用超声波加热震荡120min，在室温中自然冷却，然后再用去离子水反复清洗，用N2吹干，然后在紫外线照射仪中，照射50min得羟基化的硅基板；将羟基化的硅基板置于体积浓度为1. 2%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室温下浸泡50min，取出后分别用丙酮、四氯化碳冲洗，然后用氮气吹干，在氮气气氛中，于105°C干燥20min得OTS硅基板；5)将干燥的OTS硅基板放在紫外线照射仪中，紫外光辐射波波长184. 9nm,在一个大气压下，保持照射距离为1. 5cm，照射30min，使OTS头基的烷基在紫外光的光激发下进行羟基化转变，得到OTS功能化后的硅基板；6)将功能化后的硅基板置于前驱液C中，将烧杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后将真空干燥皿置于干燥箱中，在130°C下沉积1 制备硫化钐薄膜，将制备好的薄膜置于真空干燥箱中130°C干燥20min得硫化钐纳米薄膜。
实施例4:1)取1. 2g的氯化亚钐(SmCl2)置于烧杯中，向烧杯中滴加50mL的油胺加热搅拌使其均勻溶解得溶液A，；2)向溶液A中加入8. OOg分析纯的单质硫，加热并搅拌均勻得溶液B ；3)用氨水调节溶液B的pH值至5. 0得前驱液C ；4)将硅基板浸泡在王水中，使用超声波加热震荡30min，在室温中自然冷却，然后再用去离子水反复清洗，用N2吹干，然后在紫外线照射仪中，照射20min得羟基化的硅基板；将羟基化的硅基板置于体积浓度为1. 4%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室温下浸泡45min，取出后分别用丙酮、四氯化碳冲洗，然后用氮气吹干，在氮气气氛中，于103°C干燥25min得OTS硅基板；5)将干燥的OTS硅基板放在紫外线照射仪中，紫外光辐射波波长184. 9nm,在一个大气压下，保持照射距离为2cm，照射60min，使OTS头基的烷基在紫外光的光激发下进行羟基化转变，得到OTS功能化后的硅基板；6)将功能化后的硅基板置于前驱液C中，将烧杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后将真空干燥皿置于干燥箱中，在60°C下沉积50h制备硫化钐薄膜，将制备好的薄膜置于真空干燥箱中120°C干燥ISmin得硫化钐纳米薄膜。实施例5 1)取1. 5g的氯化亚钐(SmCl2)置于烧杯中，向烧杯中滴加65mL的油胺加热搅拌使其均勻溶解得溶液A，；2)向溶液A中加入6. OOg分析纯的单质硫，加热并搅拌均勻得溶液B ；3)用氨水调节溶液B的pH值至4. 0得前驱液C ；4)将硅基板浸泡在王水中，使用超声波加热震荡45min，在室温中自然冷却，然后再用去离子水反复清洗，用N2吹干，然后在紫外线照射仪中，照射60min得羟基化的硅基板；将羟基化的硅基板置于体积浓度为1. 3%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室温下浸泡55min，取出后分别用丙酮、四氯化碳冲洗，然后用氮气吹干，在氮气气氛中，于108°C干燥IOmin得OTS硅基板；5)将干燥的OTS硅基板放在紫外线照射仪中，紫外光辐射波波长184. 9nm,在一个大气压下，保持照射距离为1cm，照射50min，使OTS头基的烷基在紫外光的光激发下进行羟基化转变，得到OTS功能化后的硅基板；6)将功能化后的硅基板置于前驱液C中，将烧杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后将真空干燥皿置于干燥箱中，在80°C下沉积IOh制备硫化钐薄膜，将制备好的薄膜置于真空干燥箱中140°C干燥iaiiin得硫化钐纳米薄膜。实施例6 1)取2. Og的氯化亚钐(SmCl2)置于烧杯中，向烧杯中滴加SOmL的油胺加热搅拌使其均勻溶解得溶液A，；2)向溶液A中加入10. OOg分析纯的单质硫，加热并搅拌均勻得溶液B ；3)用氨水调节溶液B的pH值至3. 0得前驱液C ；
4)将硅基板浸泡在王水中，使用超声波加热震荡105min，在室温中自然冷却，然后再用去离子水反复清洗，用N2吹干，然后在紫外线照射仪中，照射50min得羟基化的硅基板；将羟基化的硅基板置于体积浓度为1. 的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室温下浸泡60min，取出后分别用丙酮、四氯化碳冲洗，然后用氮气吹干，在氮气气氛中，于106°C干燥15min得OTS硅基板；5)将干燥的OTS硅基板放在紫外线照射仪中，紫外光辐射波波长184. 9nm,在一个大气压下，保持照射距离为2cm，照射30min，使OTS头基的烷基在紫外光的光激发下进行羟基化转变，得到OTS功能化后的硅基板；6)将功能化后的硅基板置于前驱液C中，将烧杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后将真空干燥皿置于干燥箱中，在150°C下沉积Ih制备硫化钐薄膜，将制备好的薄膜置于真空干燥箱中150°C干燥IOmin得硫化钐纳米薄膜。
权利要求
1.一种用单质硫作为硫源制备硫化钐薄膜的方法，其特征在于1)取0.2-2. Og的氯化亚钐(SmCl2)置于烧杯中，向烧杯中滴加5_80mL的油胺加热搅拌使其均勻溶解得溶液A ；2)向溶液A中加入1.00-10. OOg分析纯的单质硫，加热并搅拌均勻得溶液B ；3)用氨水调节溶液B的pH值至2.0-5. 0得前驱液C ；4)将羟基化的硅基板置于体积浓度为1 1.5%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室温下浸泡30 60min，取出后分别用丙酮、四氯化碳冲洗，然后用氮气吹干，在氮气气氛中，于100 110°C干燥10 30min得OTS硅基板；5)将干燥的OTS硅基板放在紫外线照射仪中，紫外光辐射波波长184.9nm，在一个大气压下，保持照射距离为1 2cm，照射20 60min，使OTS头基的烷基在紫外光的光激发下进行羟基化转变，得到OTS功能化后的硅基板；6)将功能化后的硅基板置于前驱液C中，将烧杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后将真空干燥皿置于干燥箱中，在60 150°C下沉积l_50h制备硫化钐薄膜，将制备好的薄膜置于真空干燥箱中100 150°C干燥10 20min得硫化钐纳米薄膜。
2.根据权利要求1所述的用单质硫作为硫源制备硫化钐薄膜的方法，其特征在于所述的羟基化的硅基板是先将硅基板浸泡在王水中，使用超声波加热震荡30min 120min， 在室温中自然冷却，然后再用去离子水反复清洗，用N2吹干，然后在紫外线照射仪中，照射 20 60min。
全文摘要
一种用单质硫作为硫源制备硫化钐薄膜的方法，将氯化亚钐加入油胺中得溶液A；向溶液A中加入单质硫得溶液B；用氨水调节溶液B的pH值至2.0-5.0得前驱液C；将前驱液C置于烧杯中，再将功能化后的硅基板置于前驱液C中，在真空干燥箱中沉积，将沉积好的薄膜浸入到前驱液C中，放入水热釜中热处理后取出，用氮气吹干得硫化钐薄膜。本发明采用液相自组装方法，以硫单质作为硫源制备硫化钐薄膜，制得的薄膜，均匀，致密，低缺陷，强度高，并且通过控制前驱液浓度、pH值以及沉积时间可以控制薄膜厚度和晶粒大小。这种方法制备的硫化钐纳米薄膜重复性高，易于大面积制膜。且操作方便，原料易得，制备成本较低。
文档编号C04B41/52GK102503557SQ20111037560
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者侯艳超, 刘佳, 曹丽云, 殷立雄, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学