专利名称：一种NiTiO<sub>3</sub>纳米薄膜的微波水热制备方法
技术领域：
本发明涉及一种制备NiTi03薄膜的方法，具体涉及一种NiTi03纳米薄膜的微波水 热制备方法。
背景技术：
含有不同金属的钛系氧化物MTi03(M = Ni， Pb， Fe， Co， Cu和Zn)广泛用于固体氧 化物燃料电池电极(SOFC)、金属一空气隔绝材料、气敏传感器的无机功能材料。NiTiOs属 于钛铁矿结构的三角晶系，由于它的半导电性和弱磁性，是重要的化学材料和电气材料，用 于诸多工业领域，如半导体整流器、碳酸氢盐催化剂和表面包覆的染色混合剂，还可用作高 温条件下降低摩擦和损耗的包覆材料。NiTi03具有高Q值、低介电常数和良好的声_光和 电_光性质，具有广泛应用前景，引起人们极大关注。 目前关于制备NiTi03纳米薄膜的报道不是很多，NiTi03纳米薄膜的制备依旧是 材料界较为新颖的课题。D. J. Taylor等(D. J. Taylor, P. F. Fleig， R. A. Page. 2002， (408): 104-110)采用溶胶凝胶法制备出了 NiTi03纳米薄膜，但是制备出的薄膜在140(TC的高温 后处理下才仅含有少量杂质，而随着后处理温度的降低杂质含量越高。迄今为止，还未见在 相对较低的温度下制备不含杂质的高纯NiTi03纳米薄膜的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种NiTi03纳米薄膜的微波水热制备方法。采用本发明的 制备方法不仅降低了制备成本，而且制备出了致密均匀的高纯、均匀性好的NiTi03薄膜。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 步骤一 将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度为 0. 3mol/L lmol/L的透明溶液，所得溶液记为A ; 步骤二向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni"与Ti"的摩尔比为l : 1， 并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子的摩尔比为0.7 2 : 1，
最后加入与无水乙醇体积比分别为5 : i io : i的水和7 : i 15 : i的乙酰丙酮，
搅拌均匀后所得溶液记为B，作为镀膜液备用； 步骤三将硅基板放入双氧水中超声震荡lh，使其带有活性，然后将硅基板放入
干燥箱中在5(TC下干燥。 步骤四将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在50-80% ;将上述 干燥后的硅基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-8 型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式或者控压模式进行反应，所述的控温模式的 水热温度控制在100-20(TC，控压模式的水热压力控制在0. 5MPa-4. OMPa，反应时间控制在 10min-90min，反应结束后自然冷却到室温； 步骤五打开水热反应釜，取出硅基片后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗 涤，于电热鼓风干燥箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米薄膜。
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由于本发明反应在液相中一次完成，不需要后期处理，且工艺设备简单，所得薄膜 纯度较高，均一性好，薄膜与衬底结合牢固，不但不受衬底形状和尺寸限制，且可以通过反 应温度和压力来控制薄膜微晶尺寸大小。晶粒生长可控，反应周期短，重复性好，因此具有 广阔的发展前景。本发明的方法不需要后期的晶化热处理，从而避免了薄膜在热处理过程 中可能导致的巻曲、干裂、晶粒粗化以及薄膜与衬底或气氛反应等缺陷。而且工艺制备简 单，操作方便，原料易得，可以降低制膜成本。
具体实施例方式
实施例1 :将分析纯的六水合硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni 2+浓 度为0. 5mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得 Ni"与Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳
离子的摩尔比为o.7 : 1，最后加入与无水乙醇体积比分别为5 : l的水和7 : i的乙酰丙
酮，搅拌均匀后所得溶液记为B，作为镀膜液备用；将硅基板放入双氧水中超声震荡lh，使
其带有活性，然后将硅基板放入干燥箱中在5(TC下干燥；将上述制备的B溶液倒入水热反
应釜中，填充度控制在50% ;将上述干燥后的硅基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；然
后密封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式进行反 应，控温模式的水热温度控制在10(TC，反应时间控制在90min，反应结束后自然冷却到室 温；打开水热反应釜，取出硅基片后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓 风干燥箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米薄膜。 实施例2 :将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为0. 3mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+ 与Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子
的摩尔比为o.9 : i，最后加入与无水乙醇体积比分别为io : l的水和i5 : i的乙酰丙酮，
搅拌均匀后所得溶液记为B，作为镀膜液备用；将硅基板放入双氧水中超声震荡lh，使其带
有活性，然后将硅基板放入干燥箱中在5(TC下干燥；将上述制备的B溶液倒入水热反应釜
中，填充度控制在60% ;将上述干燥后的硅基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；然后密
封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式进行反应，控 温模式的水热温度控制在160°C，反应时间控制在50min，反应结束后自然冷却到室温；打 开水热反应釜，取出硅基片后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥 箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米薄膜。 实施例3 :将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为0. 7mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+ 与Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子
的摩尔比为i : 1，最后加入与无水乙醇体积比分别为6 : l的水和7 : i的乙酰丙酮，搅
拌均匀后所得溶液记为B，作为镀膜液备用；将硅基板放入双氧水中超声震荡lh，使其带有
活性，然后将硅基板放入干燥箱中在5(TC下干燥；将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，
填充度控制在80%;将上述干燥后的硅基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；然后密封水
热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式进行反应，控温模 式的水热温度控制在2Q(TC，反应时间控制在10min，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜，取出硅基片后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中 在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米薄膜。 实施例4 :将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为0. 9mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+ 与Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子
的摩尔比为i.3 : 1，最后加入与无水乙醇体积比分别为7 : i的水和io : i的乙酰丙酮，
搅拌均匀后所得溶液记为B，作为镀膜液备用；将硅基板放入双氧水中超声震荡lh，使其带
有活性，然后将硅基板放入干燥箱中在5(TC下干燥；将上述制备的B溶液倒入水热反应釜
中，填充度控制在70% ;将上述干燥后的硅基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；然后密
封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控压模式进行反应，控 压模式的水热压力控制在0. 5MPa，反应时间控制在70in，反应结束后自然冷却到室温；打 开水热反应釜，取出硅基片后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥 箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米薄膜。 实施例5 :将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为lmol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+与 Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子的
摩尔比为i.5 : 1，最后加入与无水乙醇体积比分别为8 : l的水和i2 : i的乙酰丙酮，搅
拌均匀后所得溶液记为B，作为镀膜液备用；将硅基板放入双氧水中超声震荡lh，使其带有
活性，然后将硅基板放入干燥箱中在5(TC下干燥；将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，
填充度控制在65%;将上述干燥后的硅基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；然后密封水
热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控压模式进行反应，控压模 式的水热压力控制在2MPa，反应时间控制在20min，反应结束后自然冷却到室温；打开水热 反应釜，取出硅基片后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在 8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米薄膜。 实施例6 :将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为0. 6mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+ 与Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子
的摩尔比为2 : 1，最后加入与无水乙醇体积比分别为9 : i的水和io : i的乙酰丙酮，搅
拌均匀后所得溶液记为B，作为镀膜液备用；将硅基板放入双氧水中超声震荡lh，使其带有
活性，然后将硅基板放入干燥箱中在5(TC下干燥；将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，
填充度控制在55%;将上述干燥后的硅基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；然后密封水
热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控压模式进行反应，控压模 式的水热压力控制在4. 0MPa，反应时间控制在60min，反应结束后自然冷却到室温；打开水 热反应釜，取出硅基片后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中 在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米薄膜。
权利要求
一种NiTiO3纳米薄膜的微波水热制备方法，其特征在于步骤一将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度为0.3mol/L～1mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；步骤二向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+与Ti4+的摩尔比为1∶1，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子的摩尔比为0.7～2∶1，最后加入与无水乙醇体积比分别为5∶1～10∶1的水和7∶1～15∶1的乙酰丙酮，搅拌均匀后所得溶液记为B，作为镀膜液备用；步骤三将硅基板放入双氧水中超声震荡1h，使其带有活性，然后将硅基板放入干燥箱中在50℃下干燥；步骤四将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在50-80％；将上述干燥后的硅基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式或者控压模式进行反应，所述的控温模式的水热温度控制在100-200℃，控压模式的水热压力控制在0.5MPa-4.0MPa，反应时间控制在10min-90min，反应结束后自然冷却到室温；步骤五打开水热反应釜，取出硅基片后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在80℃下干燥2h，即得最终产物NiTiO3纳米薄膜。
全文摘要
一种NiTiO3纳米薄膜的微波水热制备方法，将分析纯的六水硝酸镍加入乙醇所得溶液记为A；向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯、柠檬酸、水、乙酰丙酮得溶液B；将硅基板放入双氧水中超声震荡后干燥；将B溶液倒入水热反应釜中，将硅基片放置在水热釜中，浸于镀膜液体中；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式或者控压模式进行反应，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜，取出硅基片后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤干燥即得最终产物NiTiO3纳米薄膜。本发明反应在液相中一次完成，不需要后期处理，且工艺设备简单，所得薄膜纯度较高，均一性好。
文档编号C23C26/00GK101775656SQ20091021885
公开日2010年7月14日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者吴建鹏, 曹丽云, 郝品, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学