专利名称：一种择优取向氯化钠薄膜的制备方法
技术领域：
本发明属于薄膜材料的制备工艺，尤其涉及一种在钠钙玻璃基片上得到择优取向氯化钠薄膜的制备方法。
背景技术：
近年来薄膜技术不断发展，各种功能材料薄膜的制备成为研究的热点。制备这些薄膜材料时通常都需要有支持薄膜生长的基片，例如玻璃片、硅片等，然而这些基片一般都不具有可溶性，在其上生长的薄膜不易取下来，不便于再做其他研究或应用。本发明的目的在于在价格低廉的钠钙玻璃片上制得择优取向生长的、可溶性的氯化钠薄膜，以附有氯化钠薄膜的钠钙玻璃片作为制备其他薄膜材料的基片，既可以使薄膜择优取向生长，又可在制得其他功能薄膜后很容易地将氯化钠薄膜溶解掉，从而取下其它薄膜材料。
发明内容
本发明为了解决现有薄膜制备技术的不足，而发明了一种与现有技术的制备方法完全不同的，择优取向氯化钠薄膜的制备工艺。本发明采用旋涂-化学反应法制备氯化钠薄膜材料，采用钠钙玻璃为基片，以金属氯化物如SnCl2 2H20、CuCl2 2H20、ZnCl2, InCl3 4H20等为原料，以去离子水、乙醇、盐酸、乙二醇中的一种或其两种以上的混合物为溶剂，先以旋涂法制备一定厚度的前驱体薄膜，以水合联氨为还原剂，在密闭容器内在较低温度下加热，使前驱体薄膜还原并发生化学反应得到目标产物。与本发明相关的还有如下文献[I]Shiow-Fon Tsay, D. -S. Lin, Atomic and electronic structures of thin NaCl films grown on a Ge(001)surface. Surface Science 603 (2009)2102-2107.釆用密度函数研究了在Ge (001)表面上的NaCl薄膜的性能和界面，分析了从I到 10个单层的原子和电子结构。[2]D. C. Sun, E. Y. Jiang, C. Lin, Crystallography of epitaxial growth of Fe16N2 single-crystal films on NaCl substrates.Thin Sol id Films 286(1996) 146-150.描述了釆用溅射法在NaCl (001)基片上制备a ! -Fe16N2单晶薄膜的制备。[3] Ph. Ott，J. R. GuEnter, Electron microscopic study of the epitaxial growth of thin single crystalline tellurium on NaCl(001). Thin Solid Films 366(2000) 100± 101.采用高分辨透射电子显微镜和传统的透射电子显微镜及选区衍射研究了真空沉积法制备的在NaCl表面上的单晶碲膜，此碲膜沿(100)或(110)晶面生长，平等于NaCl基片.
[4] Toshiyuki Kakudate, Masato Nakaya, Tomonobu Nakayama, Local modification of NaCl thin films on Cu (111)under different bias voltages. Thin Solid Films 520(2012)2004-2008.在室温下用扫描隧道显微镜研究了在不同偏压下Cu(Ill)基底上的NaCl薄膜的局部变化。[5] Sun Jia-Lin, Tian Guang-Yan, Liu Sheng, Cao Yang, Guo Ji-Hua, Preparation and microstructure of nanocrystalIine Rba5Csa5Ag4I5 thin films on NaCl substrates. Vacuum 71(2003)459-463.在NaCl单晶基底上用真空热蒸发法制备了 Rba5Csa5Ag4I5薄膜，并采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等研究了该薄膜的微观结构和电子能态。[6]M. E. Canas -Ventura, ff. Xiao. Ruff ieux, R. Rieger, K. Miillen, H. Brune, R.Fasel, Stabilization of bimolecular islands on ultrathin NaCl films by a vicinal substrate. Surface Science 603 (2009)2294-2299.采用低温扫描隧道显微镜研究了在Au(Ill)和Au(111212)上超薄NaCl薄膜的结构。[7]C. Tegenkamp, ff. Ernst, M. Eichmann, H. Pfnur, Stepped NaCl films grown epitaxially on Si-precovered vicinal Ge(100). Surface Science 466(2000)41-53.采用低能电子衍射和可编程热吸收谱技术来表征在Ge(IOO)表面上生长的 NaCl (100)薄膜的形貌和解吸附动力学的变化。[8]Sung-ffei Yeh, Hsing-Lu Huang, Dershin Gana, Pouyan Shen, The oriented growth of zirconia thin films on NaCl(001)surface. Journal of Crystal Growth 289(2006)690-702.研究了用离子束溅射在NaCl (100)面上纳米尺度的立方和四角ZrO2形成的纳米晶薄膜，用高分辨透射电子显微镜研究了 NaCl(IOO)晶面与上述薄膜的微观结构和外延关[9] S. J. Henley, M. N. R. Ashfold, D. Cherns, The oriented growth of ZnO films on NaCl substrates by pulsed laser ablation. Thin Solid Films 422(2002)69-72.在透射电子显微镜下研究了在(001)NaCl基底上用脉冲激光熔融法制备ZnO的结构。本发明的具体制备方法包括如下顺序的步骤a.进行玻璃基片的清洗，将大小为2mmX2mm钠钙玻璃片放入按体积比三氯甲烷乙醇=5 I的溶液中，超声波清洗30min ;再将钠钙玻璃片放入丙酮蒸馏水=5 I 的溶液中，超声波清洗30min ;再在蒸馏水中将钠钙玻璃基片用超声波振荡30min ;将上述得到的钠钙玻璃基片排放在玻璃皿中送入烘箱中，在100°C下烘干供制膜用。b.将金属氯化物放入溶剂中，使其充分溶解。具体地说，可以将2.0 3.0份的金属氯化物，如SnCl2 2H20、CuCl2 2H20、ZnCl2、InCl3 4H20等其中的一种为溶质、其中溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、盐酸中的一种或两种以上的混合物为溶剂。c.制作外部均匀涂布步骤b所述溶液的基片，并烘干，得到前驱体薄膜样品。可以将上述溶液滴到放置在匀胶机上的钠钙玻璃基片上，再启动匀胶机以200 3500转/分旋转一定时间，使滴上的溶液涂布均匀后，在100°C对基片进行烘干后，再次重复滴上前述溶液和旋转涂布后再烘干，如此重复5 15次，于是在钠钙玻璃基片上得到了一定厚度的前驱体薄膜样品。d.将步骤c所得前驱体薄膜样品置于支架上，放入有水合联氨的可密闭容器，使前驱体薄膜样品不与联氨接触。水合联氨放入为25 30份，在一定温度下，联氨可将钠钙玻璃片中的钠离子还原出来后，钠离子对金属氯化物起到了还原作用并与其中的氯离子产生化学反应。将上述装有前驱体薄膜样品的密闭容器放入烘箱中，加热至150 200°C之间，保温时间10 24小时，然后冷却到室温取出。e.将步骤d所得产物，进行自然干燥，得到择优取向氯化钠薄膜。本发明不需要高温高真空条件，对仪器设备要求低，生产成本低，生产效率高,易于操作。所得氯化钠薄膜有较好的连续性和均匀性，这种新工艺容易控制目标产物的成分和结构，为制备高性能的择优取向的氯化钠薄膜提供了一种成本低、可实现大规模的工业化生产。
附图I是150°C下经过20小时反应一次后所得氯化钠薄膜的XRD图谱，前驱体溶液的溶剂为蒸馏水和盐酸。结果表明所得氯化钠薄膜具有单一衍射峰，沿(200)晶面生长， 具有择优取向[200]晶向。
具体实施例方式实施例Ia.钠钙玻璃基片的清洗如前所述进行清洗钠钙玻璃基片(大小为2mmX2mm)。b.将I. 5份CuCl2 2H20放入玻璃瓶中，加12. 2份盐酸和29. 2份乙醇，利用超声波振动30min以上，使溶液中的物质均匀混合。c.将上述溶液滴到放置在匀胶机上的钠钙玻璃基片上，再启动匀胶机，匀胶机以 200转/分转动5秒，以3000转/分旋转15秒，使滴上的溶液涂布均匀后，在100°C对基片进行烘干后，再次重复滴上前述溶液和旋转涂布后再烘干，如此重复10次，于是在钠钙玻璃基片上得到了一定厚度的前驱体薄膜样品。d.将上述工艺所得的前驱体薄膜样品放入可密闭的容器，并放入29. 2份水合联氨，前驱体薄膜样品置于支架上使其不与联氨接触，将装有前驱体薄膜样品的密闭容器放入烘箱中，加热至150°C，保温时间20小时，然后冷却到室温取出。e.将步骤d所得产物，进行自然干燥后，即得到择优取向氯化钠薄膜，其相组成及生长方向，如附图I所示。实施例2a.钠钙玻璃基片的清洗如前所述进行清洗钠钙玻璃基片(大小为2mmX2mm)。b.将2. 3份CuCl2 2H20放入玻璃瓶中，加12. 2份盐酸和38. 7份去离子水，利用超声波振荡30min以上，使溶液中的物质均匀混合。c.将上述溶液滴到放置在匀胶机上的钠钙玻璃基片上，再启动匀胶机，匀胶机以200转/分转动5秒，以1000转/分旋转15秒，使滴上的溶液涂布均匀后，在100°C对基片进行烘干后，再次重复滴上前述溶液和旋转涂布后再烘干，如此重复10次，于是在钠钙玻璃基片上得到了一定厚度的前驱体薄膜样品。d.将上述工艺所得的前驱体薄膜样品放入可密闭的容器，并放入29. 2份水合联氨，将前驱体薄膜样品置于支架上使其不与联氨接触，将装有前驱体薄膜样品的密闭容器放入烘箱中，加热至200°C，保温时间20小时，然后冷却到室温取出。e.将步骤d所的产物，进行自然干燥，即得到择优取向氯化钠薄膜。
权利要求
1.一种择优取向氯化钠薄膜的制备方法，包括如下顺序的步骤a.钠钙玻璃基片的清洗；b.将I.5 3. 0份金属氯化物放入20 100份的溶剂中，使溶液中的物质均匀混合；c.制作外部均匀涂布步骤b所述溶液的基片，并烘干，得到前驱体薄膜样品；d.将步骤C所得前驱体薄膜样品置于支架上，放入有水合联氨的可密闭容器，使前驱体薄膜样品不与联氨接触，将反应容器放入烘箱中，加热至150 200°C之间，保温时间 10 24小时，然后冷却到室温取出；e.将步骤d所得产物，进行自然干燥，得到择优取向氯化钠薄膜。
2.如权利要求I所述的一种择优取向氯化钠薄膜的制备方法，其特征在于，步骤a所述清洗，是将钠钙玻璃基片大小为2mmX2mm，放入体积比三氯甲烷乙醇=5 I的溶液中， 超声波清洗；再将钠钙玻璃片放入丙酮蒸馏水=5 I的溶液中，超声波清洗；再在蒸馏水中将钠钙玻璃基片用超声波振荡；将上述得到的钠钙玻璃基片排放在玻璃皿中送入烘箱中烘干供制膜用。
3.如权利要求I所述的一种择优取向氯化钠薄膜的制备方法，其特征在于，步骤b所述金属氯化物为SnCl2 2H20、CuCl2 2H20、ZnCl2, InCl3 4H20等其中的一种，溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、盐酸中的至少一种。
4.如权利要求I所述的一种择优取向氯化钠薄膜的制备方法，其特征在于，步骤c所述均匀涂布的基片，是通过匀胶机旋涂，匀胶机以200 3500转/分旋转，然后对基片进行烘干后，再次如此重复5 15次，得到了一定厚度的前驱体薄膜样品。
5.如权利要求I所述的一种择优取向氯化钠薄膜的制备方法，其特征在于，步骤d所述密闭容器内放入25 30份水合联氨。
全文摘要
一种择优取向氯化钠薄膜的制备方法，它涉及一种薄膜材料的制备工艺。本发明通过如下步骤得到，首先清洗钠钙玻璃基片，然后将金属氯化物放入溶剂中溶解，用旋涂法在钠钙玻璃片上得到前驱体薄膜，烘干，放入有水合联氨的可密闭容器，使前驱体薄膜样品不与联氨接触，将装有前躯体薄膜样品的密闭容器进行加热，取出样品进行冷却、干燥，得到择优取向氯化钠薄膜。本发明不需要高温高真空条件，对仪器设备要求低，生产成本低，生产效率高，易于操作。所得氯化钠薄膜择优生长且有较好的连续性和均匀性，这种新工艺容易控制目标产物的成分和结构，为制备择优取向氯化钠薄膜提供了一种低成本、可实现工业化的生产方法。
文档编号C03C17/22GK102602963SQ20121006259
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者刘科高, 田彬, 石磊, 纪念静, 许斌 申请人:山东建筑大学