一種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于薄膜制備技術領域，具體涉及一種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納 米薄膜的方法。
【背景技術】
[0002] 納米TiO2半導體薄膜具有其它材料無法比擬的光電轉換、電荷傳輸等半導體特 性，已廣泛應用于太陽能電池、傳感器、光催化等領域。二氧化鈦（TiO2)有板鈦礦、金紅石 和銳鈦礦三種晶型，其中金紅石TiO2最穩定，銳鈦礦和板鈦礦在高溫燒結過程中均可轉變 為金紅石相，金紅石相TiO2具有較大的介電常數和較小的損耗，是制作微電機消噪用壓敏 電阻器的理想材料。
[0003]目前，二氧化鈦納米薄膜的制備方法主要包括磁控濺射法、電子束蒸發、化學氣 相淀積法、金屬有機化學氣相淀積法（MOCVD)、金屬有機氣相外延生長法（MOVPE)以及溶 膠-凝膠法等。其中，溶膠凝膠法與其它制備方法相比，具有如下特點：工藝設備簡單，制備 過程中溫度低，對于制備含易揮發組分及在高溫下易產生相分離的多元體系尤為重要；制 備得到的涂層均勻，易于實現定量摻雜，且可有效控制薄膜成分及微觀結構。然而，溶膠凝 膠法制備薄膜的過程中，前驅體溶膠的膠凝時間短（1-2天），通常現用現配，導致不同批次 的前驅體一致性難以保證，制備過程中溶膠原料的浪費率高。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種膠凝時間長、組分穩定的前驅體溶膠，制備高質量金 紅石相二氧化鈦納米薄膜的方法。
[0005] 本發明的技術方案如下：
[0006] -種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法，具體包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :以鈦酸四丁酯（Ti(OBu)4)為溶質，單乙醇氨、乙二醇甲醚和丙酮的混合液 為溶劑，配制鈦酸四丁酯的濃度為〇. 1~〇. 6mol/L的前驅體溶液；其中，單乙醇氨、乙二醇 甲醚和丙酮的體積比為1 :1 :〇. 5 ;
[0008] 步驟2 :在步驟1得到的前驅體溶液中加入乙酰丙酮作為螯合劑、丙三醇作為增粘 劑，攪拌，得到透明均勻的溶膠；其中，鈦酸四丁酯與乙酰丙酮的摩爾比為I: (1~3)，丙三 醇的體積百分數為5% ;
[0009] 步驟3 :將步驟2得到的溶膠旋涂在清洗干凈的硅片上，然后在烘箱中200~ 275°C下干燥，使溶劑充分揮發；最后再置于退火爐中，在700~750°C下退火1~2h，得到 本發明所述金紅石二氧化鈦納米薄膜。
[0010] 進一步地，步驟3所述旋涂時的轉速為2000~3000轉/min。
[0011] 本發明的有益效果為：本發明提供的鈦酸四丁酯前驅體溶液形成的透明溶膠，具 有膠凝時間長（>15天）、結構穩定的優點，且其中單乙醇氨、乙二醇甲醚、丙酮的選擇和比 例是經過多次試驗達到了最佳溶解和穩定鈦酸四丁酯的效果才得到的；本發明采用膠凝時 間長的溶膠制備金紅石二氧化鈦薄膜，降低了生產成本，提高了薄膜穩定性，得到的高質量 金紅石二氧化鈦薄膜在精密光學器件、紫外發光、壓電傳感等方面有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0012] 圖1為實例3得到的二氧化鈦納米薄膜的XRD圖譜；
[0013] 圖2為實施例得到的金紅石二氧化鈦納米薄膜表面的SEM圖；
[0014] 圖3為實施例得到的金紅石二氧化鈦納米薄膜側面的SEM圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0016] 實施例1
[0017] -種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法，具體包括以下步驟：
[0018] 步驟1 :以鈦酸四丁酯（Ti(OBu)4)為溶質，單乙醇氨、乙二醇甲醚和丙酮的混合液 為溶劑，配制鈦酸四丁酯的濃度為〇.lmol/L的前驅體溶液；其中，單乙醇氨、乙二醇甲醚和 丙酮的體積比為1 :1 :〇. 5 ;
[0019] 步驟2 :在步驟1得到的前驅體溶液中加入乙酰丙酮作為螯合劑、丙三醇作為增粘 劑，常溫磁力攪拌，得到透明均勻的溶膠；其中，鈦酸四丁酯與乙酰丙酮的摩爾比為1:1，丙 三醇的體積百分數為5% ;
[0020] 步驟3 :將步驟2得到的溶膠旋涂在清洗干凈的硅片上，旋涂轉速為2000轉/min， 然后在烘箱中200°C下干燥，使溶劑充分揮發；最后再置于退火爐中，在700°C下退火2h，得 到本發明所述金紅石二氧化鈦納米薄膜。
[0021] 實施例2
[0022] 一種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法，具體包括以下步驟：
[0023] 步驟1 :以鈦酸四丁酯（Ti(OBu)4)為溶質，單乙醇氨、乙二醇甲醚和丙酮的混合液 為溶劑，配制鈦酸四丁酯的濃度為〇. 2mol/L的前驅體溶液；其中，單乙醇氨、乙二醇甲醚和 丙酮的體積比為1 :1 :〇. 5 ;
[0024] 步驟2 :在步驟1得到的前驅體溶液中加入乙酰丙酮作為螯合劑、丙三醇作為增粘 劑，常溫磁力攪拌，得到透明均勻的溶膠；其中，鈦酸四丁酯與乙酰丙酮的摩爾比為1:3,丙 三醇的體積百分數為5% ;
[0025] 步驟3 :將步驟2得到的溶膠旋涂在清洗干凈的硅片上，旋涂轉速為3000轉/min， 然后在烘箱中275°C下干燥，使溶劑充分揮發；最后再置于退火爐中，在750°C下退火lh，得 到本發明所述金紅石二氧化鈦納米薄膜。
[0026] 實施例3
[0027] -種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法，具體包括以下步驟：
[0028] 步驟1 :以鈦酸四丁酯（Ti(OBu)4)為溶質，單乙醇氨、乙二醇甲醚和丙酮的混合液 為溶劑，配制鈦酸四丁酯的濃度為〇. 4mol/L的前驅體溶液；其中，單乙醇氨、乙二醇甲醚和 丙酮的體積比為1 :1 :〇. 5 ;
[0029] 步驟2 :在步驟1得到的前驅體溶液中加入乙酰丙酮作為螯合劑、丙三醇作為增粘 劑，常溫磁力攪拌，得到透明均勻的溶膠；其中，鈦酸四丁酯與乙酰丙酮的摩爾比為1:2,丙 三醇的體積百分數為5% ;
[0030] 步驟3 :將步驟2得到的溶膠旋涂在清洗干凈的硅片上，旋涂轉速為2000轉/min， 然后在烘箱中200°C下干燥，使溶劑充分揮發；最后再置于退火爐中，在700°C下退火2h，得 到本發明所述金紅石二氧化鈦納米薄膜。
[0031] 實施例4
[0032] 一種溶膠凝膠法制備金紅石二氧化鈦納米薄膜的方法，具體包括以下步驟：
[0033] 步驟1 :以鈦酸四丁酯（Ti(OBu)4)為溶質，單乙醇氨、乙二醇甲醚和丙酮的混合液 為溶劑，配制鈦酸四丁酯的濃度為〇. 5mol/L的前驅體溶液；其中，單乙醇氨、乙二醇甲醚和 丙酮的體積比為1 :1 :〇. 5 ;
[0034] 步驟2