一种微纳米钨酸钇钾薄膜及其制备方法
一种微纳米钨酸钇钾薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无机功能材料制备技术领域，具体涉及一种溶胶凝胶法制备无机薄膜 材料的技术。
【背景技术】
[0002] 近几十年来，纳米科技、微电子科技及微电子机械系统等高科技技术的快速发展， 电子器件尺寸越来越小，电子器件微型化促进了材料向低维尺度发展。低维材料包括二维 微/纳米薄膜材料、一维纳米管/线材料和零维量子点材料。由于薄膜材料固有的小尺寸和 低横向散射的特点，使得无机薄膜材料有较粉体更加优异的光、电、磁和催化等性能，可用 于固态激光、光纤维、高分辨率设备、电致发光设备、电离子显示板、场发射设备和太阳光谱 选择性吸收膜材料等领域。无机薄膜材料的传统制备方法包括各种真空和非真空的方法， 真空方法主要有以热蒸发、磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积等为代表的物理气相沉积 方法；非真空制备方法一般指化学溶液法，包括喷雾热分解、电沉积、溶胶-凝胶和热注射 等。但不同的方法都有自己的局限性，尽管真空制备方法具有成膜质量好、元素成分容易控 制等优势，但其设备较为复杂和昂贵且能耗高，特别是一些制备薄膜材料时易挥发元素导 致的再蒸发问题阻碍真空方法效率的进一步提升，妨碍其商业化应用的发展；基于化学溶 液的制备方法在成本上具有先天性的优势，再加上成分元素之间混合相当均勾，无需真空 环境，不存在元素再挥发等问题；然而化学溶液法尚还存在一些不可避免的缺陷，如有毒危 险的化学溶剂（如肼以及热注射的添加剂等）的使用，制备的材料包含有一定量的有机杂 质如C和0(热注射法等）。与其它薄膜制备方法相比，溶胶凝胶法具有如下优点：（1)工 艺简单，无需昂贵设备；（2)薄膜的晶粒小、组成和结构均匀，均匀度可达分子级或原子级； (3) 对基片的大小和形状没有特殊要求，可以大面积制备均匀薄膜；（4)反应温度低，反应 过程易于控制；（5)化学计量比准确，易于改性，掺杂量范围宽，可以有效地控制薄膜的组 成和微结构；（6)多元组分薄膜的各组分互溶性较好。
[0003] 稀土掺杂的碱土复钨酸盐KY(WO4)2晶体是一种性能优异的基质材料，与其他 基质材料相比，具有大的吸收和发射截面积，低泵浦阈值，高浓度掺杂的激活离子，强泵 浦光吸收能力，低量子缺陷等特点，适用于作为微片激光器工作物质；另一方面，基质 WOf基团的高频振动所产生的高效斯托克转换，可同时实现拉曼和多波长激光运转，这使 其应用范围更广，在遥感、医疗、科研及通讯等广泛领域有潜在的应用；同时其低阈值、高效 率以及与飞秒激光相互作用产生的三阶非线性效应，是制造具有微小图案的光波导和光波 导放大器件的理想材料。然而KY(WO 4)2低维纳米尺度效应、微纳米结构材料的合成工艺的 研宄较少涉及。
[0004] 现有技术对钨酸钇钾的应用主要集中在块体单晶生长、光谱性质、光波导特性方 面等方面。迄今，专利方面的报道涉及到钨酸盐单晶制备（CN200610123988、200910067493. Χ、200910067492· 5)钨酸盐纳米薄膜的制备（200810032456. 0、200510026632· 6)和复 式钨酸盐粉体发光材料（201410003791、201410216380、201310583971、201310252704、 200910114933. 2)等。
[0005] 本申请发明人课题组前期通过水热法合成出近球状KY(WO4)2颗粒（ZL 201310245935. 1 )，研宄表明掺杂稀土离子Eu3+时，Eu 3+:近球状KY (W0 4) 2颗粒具有优良的荧 光效应和光催化效应；但是，由于近球状KY (WO4)2颗粒是粉体状，导致粉体在制备、分离与 处理以及存放过程中发生团聚，同时微纳米粉体在生产、运输和存储环节易产生粉尘，造成 环境污染；另一方面，微纳米粉体因具有粒径小、比表面大、表面活性高等特性，长期保存会 发生团聚和氧化反应而失去活性，制约工业化应用的发展。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种微纳米钨酸钇钾薄膜及其制备方法，使薄膜材料较粉 体材料有更加优异的光、电、磁和催化等性能，尤其是薄膜热物理性质一导热性质，能减少 热效应对器件的不良影响，在微型光电子器件领域具有广泛的应用前景，且设备简单、工艺 简化、成本低廉、重复性好、后处理方便、环保。
[0007] 为了解决以上技术问题，本发明通过溶胶凝胶法结合浸渍提拉法，在石英玻璃基 片上镀微纳米KY (WO4) 2薄膜材料，采用的具体技术方案如下： 一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一，配制前驱体溶液：将钨酸盐、钇化合物和钾化合物分别溶解于蒸馏水中后 得钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液，钨酸根离子、钇离子和钾离子的摩尔比为 2:1:1 ； 将柠檬酸分别加入所述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得溶液A、 溶液B和溶液C，所加入的梓檬酸的质量分别为鹤酸根尚子、纪尚子和钾尚子的]-1. 5倍； 分别调配溶液A、溶液B和溶液C的pH值为1~3后，再将三者混合在一起后得混合液，调节 混合液pH值为1~3 ; 搅拌混合液均匀后加入乙二醇溶液，搅拌至形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；所 述乙二醇溶液与所述柠檬酸的摩尔总量相同； 步骤二，石英玻璃基片的处理和镀膜：将石英玻璃基片清洗并干燥后放入步骤一所述 的前驱体溶液中，用浸渍提拉法在石英玻璃基片上镀膜后在干燥箱中100°C干燥IOmin得 中间产物； 步骤三，热处理：对所述的中间产物进行热处理，热处理温度600~950°C，保温时间1~3 小时，最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜。
[0008] 所述的钨酸盐为（NH4)ltlW12O4^ (NH4)ltlH2(W2O7) 6O
[0009] 所述的钇化合物为Y2O3或Y (NO3) 3。
[0010] 所述的钾化合物为KOH或ΚΝ03。
[0011] 所述的石英玻璃基片清洗方法为：依次在丙酮、蒸馏水、酒精、蒸馏水中超声震荡 清洗IOmin ;或者依次在质量分数为5%的NaOH溶液中浸泡20min然后在lmol/L的HCl溶 液中浸泡lOmin，最后在蒸馏水和酒精中超声波震荡清洗20min。
[0012] 在所述步骤一中配制前驱体溶液时，将钇化合物溶解于稀硝酸中得钇化合物溶 液。
[0013] 一种微纳米钨酸钇钾薄膜，其特征在于：所述微纳米钨酸钇钾薄膜由KY (WO4)2颗 粒组成，所述颗粒粒度大小在500~100nm之间，所述薄膜形状为致密颗粒、不规则颗粒或柱 状颗粒。
[0014] 本发明具有益效果。本发明利用溶胶凝胶法制备钨酸钇钾薄膜，通过调节pH、热处 理温度以及石英玻璃基片清洗方式来控制产物形状、晶体生长取向和致密度。溶胶凝胶法 在制备薄膜方面具其独特的优点：无需昂贵设备和复杂的实验条件，且可大面积地在各种 不同形状、不同材料的基片上成膜，实验工艺相对简单、操作容易，可通过改变实验条件的 方式来控制粒径、形貌，同时粒子分散均匀，原料用量少，可回收利用，易于实现连续化生产 运作，为工业化生产提供可能。所得薄膜产物应用于固态激光、光纤维、高分辨率设备、电致 发光设备，、电离子显示板、场发射设备等微型光电子器件，具有广泛的推广应用前景。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明微纳米钨酸钇钾薄膜的扫描电子显微镜图； 图2为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的X射线衍射图； 图3为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的扫描电子显微镜图； 图4为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的X射线衍射图； 图5为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的扫描电子显微镜图； 图6为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的X射线衍射图； 图7为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的扫描电子显微镜图； 图8为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的X射线衍射图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0017] 实施例1 将 l/3mol 的（NH4) 1QH2 (W2O7) 6、2mol 的 Y (NO3) 3和 2mol 的 KN O 3分别溶解于蒸馏水中， 配置成钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液；称量4. 8mol、2. 4mol和2. 4mol的柠檬 酸依次加入上述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得溶液A、溶液B和溶 液C，混合、搅拌上述溶液均匀后，分别调配溶液A、溶液B和溶液C的pH值为1，再将三者混 合在一起后调节pH值为1得混合液，搅拌混合液均勾后加入9. 6mol的乙二醇溶液，搅拌至 形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；将石英玻璃基片依次在丙酮、蒸馏水、酒精、蒸馏水 中超声震荡清洗l〇min，干燥后放入上述的前驱体溶液中，用浸渍提拉法在石英玻璃基片上 镀膜后在干燥箱中l〇〇°C干燥IOmin得中间产物。对中间产物进行热处理，热处理温度为 850°C，保温时间为3小时，最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜，如图1所示。薄膜由KY (WO4) 2颗 粒组成，颗粒粒度大小在100~200nm之间，薄膜形状为致密颗粒，薄膜衍射图如图2中所 不O
[0018] 实施例2 将 l/3mol 的（NH4) 1QH2 (W2O7) 6、2mol 的 Y (NO3) 3和 2mol 的 KNO 3分别溶解于蒸馏水中， 配置成钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液；称量4. 8mol、2. 4mol和2. 4mol的柠檬 酸依次加入上述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得溶液A、溶液B和溶 液C，混合、搅拌上述溶液均匀后，分别调配溶液A、溶液B和溶液C的pH值为3,再将三者混 合在一起后调节pH值为3得混合液，搅拌混合液均勾后加入9. 6mol的乙二醇溶液，搅拌至 形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；将石英玻璃基片依次在丙酮、蒸馏水、酒精、蒸馏水 中超声震荡清洗lOmin，干燥后放入上述的前驱体溶液中，用浸渍提拉法在石英玻璃基片上 镀膜后在干燥箱中l〇〇°C干燥IOmin得中间产物。对中间产物进行热处理，热处理温度为 850°C，保温时间为3小时，最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜。由图3所示，薄膜由KY (WO4) 2颗 粒组成，颗粒粒度大小在100~500nm之间，薄膜形状为致密颗粒，薄膜衍射图如图4中所 不O
[0019] 实施例3 将2mol的KNO3和l/anol的（NH 4) 1QH2 (W2O7) 6分别溶解于蒸馏水中，称量Imol的Y 203 溶解于稀硝酸中，配置成钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液；称量4. 8mol、2. 4mol 和2. 4mol的柠檬酸依次加入上述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得 溶液A、溶液B和溶液C，混合、搅拌上述溶液均匀后，分别调配溶液A、溶液B和溶液C的pH 值为3,再将三者混合在一起后调节pH值为3得混合液，搅拌混合液均匀后加入9. 6mol的 乙二醇溶液，搅拌至形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；将石英玻璃基片依次在丙酮、蒸 馏水、酒精、蒸馏水中超声震荡清洗lOmin，干燥后放入上述的前驱体溶液中，用浸渍提拉法 在石英玻璃基片上镀膜后在干燥箱中l〇〇°C干燥IOmin得中间产物。对中间产物进行热处 理，热处理温度为800°C，保温时间为2小时，最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜。由图5所示， 薄膜由KY(WO 4)2颗粒组成，颗粒粒度大小150~400nm之间，薄膜形状为不规则颗粒，薄膜 衍射图如图6中所示。
[0020] 实施例4 将l/3mol的（NH4)1QH2(W20 7) 6、2m〇l的Y(NO3)3和2mol的謂0 3分别溶解于蒸馏水中，配 置成钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液；称量4. 8mol、2. 4mol和2. 4mol的柠檬酸 依次加入上述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得溶液A、溶液B和溶液 C，混合、搅拌上述溶液均匀后，分别调配溶液A、溶液B和溶液C溶液的pH值为3,再将三者 混合在一起后调节pH值为3得混合液，搅拌混合液均勾后加入9. 6mol的乙二醇溶液，搅拌 至形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；依次在质量分数为5%的NaOH溶液中浸泡20min 然后在lmol/L的HCl溶液中浸泡lOmin，最后在蒸馏水和酒精中超声波震荡清洗20min，干 燥后放入上述的前驱体溶液中，用浸渍提拉法在石英玻璃基片上镀膜后在干燥箱中l〇〇°C 干燥IOmin得中间产物。对中间产物进行热处理，热处理温度为850°C，保温时间为3小时， 最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜。如图7所示，薄膜由KY(WO 4)2柱状颗粒组成，颗粒粒度大小 的长径比50nm*150nm~100nm*400nm，薄膜形状为柱状颗粒，薄膜衍射图如图8所示。
【主权项】
1. 一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一，配制前驱体溶液：将钨酸盐、钇化合物和钾化合物分别溶解于蒸馏水中后 得钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液，钨酸根离子、钇离子和钾离子的摩尔比为 2:1:1 ； 将柠檬酸分别加入所述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得溶液A、 溶液B和溶液C，所加入的梓檬酸的质量分别为鹤酸根尚子、纪尚子和钾尚子的]-1. 5倍； 分别调配溶液A、溶液B和溶液C的pH值为1~3后，再将三者混合在一起后得混合液，调节 混合液pH值为1~3 ; 搅拌混合液均匀后加入乙二醇溶液，搅拌至形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；所 述乙二醇溶液与所述柠檬酸的摩尔总量相同； 步骤二，石英玻璃基片的处理和镀膜：将石英玻璃基片清洗并干燥后放入步骤一所述 的前驱体溶液中，用浸渍提拉法在石英玻璃基片上镀膜后在干燥箱中100°C干燥IOmin得 中间产物； 步骤三，热处理：对所述的中间产物进行热处理，热处理温度600~950°C，保温时间1~3 小时，最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜。2. 根据权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于：所述的 钨酸盐为（NH4)ltlW12O4^ (NH4)ltlH2(W2O7)6O3. 根据权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于：所述的 钇化合物为Y2O3或Y(NO3) 3。4. 根据权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于：所述的 钾化合物为KOH或KNO3。5. 根据如权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于所述 的石英玻璃基片清洗方法为：依次在丙酮、蒸馏水、酒精、蒸馏水中超声震荡清洗IOmin;或 者依次在质量分数为5%的NaOH溶液中浸泡20min然后在lmol/L的HCl溶液中浸泡lOmin， 最后在蒸馏水和酒精中超声波震荡清洗20min。6. 根据如权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于：在所 述步骤一中配制前驱体溶液时，将钇化合物溶解于稀硝酸中得钇化合物溶液。7. 利用如权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法得到的微纳米钨酸 钇钾薄膜，其特征在于：所述微纳米钨酸钇钾薄膜由KY(WO4)2颗粒组成，所述颗粒粒度大小 在500~100nm之间，所述薄膜形状为致密颗粒、不规则颗粒或柱状颗粒。
【专利摘要】本发明公开了一种微纳米钨酸钇钾薄膜及其制备方法。溶解钨酸盐、钇化合物、钾化合物和柠檬酸配置前驱体溶液，钨酸根离子、钇离子和钾离子的摩尔比为2:1:1；将石英玻璃基片清洗并干燥后，放入前驱体溶液中用浸渍提拉法制备镀膜，干燥后，在热处理温度为600~950℃，保温时间为1~3小时的条件下进行热处理，最终得到的薄膜由KY(WO4)2颗粒组成，颗粒粒度大小在500~100nm之间，薄膜形状为致密颗粒、不规则颗粒或柱状颗粒。本发明设备成本低，制备工艺简单，绿色生产，易于工业化应用。钨酸钇钾薄膜作为光电功能材料在固态激光器、光纤维、高清显示设备、光催化、以及太阳光谱选择性吸收膜材料等领域具有广泛的应用前景。
【IPC分类】C03C17/22, B82Y40/00, C01G41/00
【公开号】CN104891572
【申请号】CN201510253792
【发明人】唐丽永, 沈彬彬, 赵亚冉, 宋成, 潘宏明, 刘威, 朱晓彬
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月19日
【技术领域】
[0001] 本发明属于无机功能材料制备技术领域，具体涉及一种溶胶凝胶法制备无机薄膜 材料的技术。
【背景技术】
[0002] 近几十年来，纳米科技、微电子科技及微电子机械系统等高科技技术的快速发展， 电子器件尺寸越来越小，电子器件微型化促进了材料向低维尺度发展。低维材料包括二维 微/纳米薄膜材料、一维纳米管/线材料和零维量子点材料。由于薄膜材料固有的小尺寸和 低横向散射的特点，使得无机薄膜材料有较粉体更加优异的光、电、磁和催化等性能，可用 于固态激光、光纤维、高分辨率设备、电致发光设备、电离子显示板、场发射设备和太阳光谱 选择性吸收膜材料等领域。无机薄膜材料的传统制备方法包括各种真空和非真空的方法， 真空方法主要有以热蒸发、磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积等为代表的物理气相沉积 方法；非真空制备方法一般指化学溶液法，包括喷雾热分解、电沉积、溶胶-凝胶和热注射 等。但不同的方法都有自己的局限性，尽管真空制备方法具有成膜质量好、元素成分容易控 制等优势，但其设备较为复杂和昂贵且能耗高，特别是一些制备薄膜材料时易挥发元素导 致的再蒸发问题阻碍真空方法效率的进一步提升，妨碍其商业化应用的发展；基于化学溶 液的制备方法在成本上具有先天性的优势，再加上成分元素之间混合相当均勾，无需真空 环境，不存在元素再挥发等问题；然而化学溶液法尚还存在一些不可避免的缺陷，如有毒危 险的化学溶剂（如肼以及热注射的添加剂等）的使用，制备的材料包含有一定量的有机杂 质如C和0(热注射法等）。与其它薄膜制备方法相比，溶胶凝胶法具有如下优点：（1)工 艺简单，无需昂贵设备；（2)薄膜的晶粒小、组成和结构均匀，均匀度可达分子级或原子级； (3) 对基片的大小和形状没有特殊要求，可以大面积制备均匀薄膜；（4)反应温度低，反应 过程易于控制；（5)化学计量比准确，易于改性，掺杂量范围宽，可以有效地控制薄膜的组 成和微结构；（6)多元组分薄膜的各组分互溶性较好。
[0003] 稀土掺杂的碱土复钨酸盐KY(WO4)2晶体是一种性能优异的基质材料，与其他 基质材料相比，具有大的吸收和发射截面积，低泵浦阈值，高浓度掺杂的激活离子，强泵 浦光吸收能力，低量子缺陷等特点，适用于作为微片激光器工作物质；另一方面，基质 WOf基团的高频振动所产生的高效斯托克转换，可同时实现拉曼和多波长激光运转，这使 其应用范围更广，在遥感、医疗、科研及通讯等广泛领域有潜在的应用；同时其低阈值、高效 率以及与飞秒激光相互作用产生的三阶非线性效应，是制造具有微小图案的光波导和光波 导放大器件的理想材料。然而KY(WO 4)2低维纳米尺度效应、微纳米结构材料的合成工艺的 研宄较少涉及。
[0004] 现有技术对钨酸钇钾的应用主要集中在块体单晶生长、光谱性质、光波导特性方 面等方面。迄今，专利方面的报道涉及到钨酸盐单晶制备（CN200610123988、200910067493. Χ、200910067492· 5)钨酸盐纳米薄膜的制备（200810032456. 0、200510026632· 6)和复 式钨酸盐粉体发光材料（201410003791、201410216380、201310583971、201310252704、 200910114933. 2)等。
[0005] 本申请发明人课题组前期通过水热法合成出近球状KY(WO4)2颗粒（ZL 201310245935. 1 )，研宄表明掺杂稀土离子Eu3+时，Eu 3+:近球状KY (W0 4) 2颗粒具有优良的荧 光效应和光催化效应；但是，由于近球状KY (WO4)2颗粒是粉体状，导致粉体在制备、分离与 处理以及存放过程中发生团聚，同时微纳米粉体在生产、运输和存储环节易产生粉尘，造成 环境污染；另一方面，微纳米粉体因具有粒径小、比表面大、表面活性高等特性，长期保存会 发生团聚和氧化反应而失去活性，制约工业化应用的发展。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种微纳米钨酸钇钾薄膜及其制备方法，使薄膜材料较粉 体材料有更加优异的光、电、磁和催化等性能，尤其是薄膜热物理性质一导热性质，能减少 热效应对器件的不良影响，在微型光电子器件领域具有广泛的应用前景，且设备简单、工艺 简化、成本低廉、重复性好、后处理方便、环保。
[0007] 为了解决以上技术问题，本发明通过溶胶凝胶法结合浸渍提拉法，在石英玻璃基 片上镀微纳米KY (WO4) 2薄膜材料，采用的具体技术方案如下： 一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一，配制前驱体溶液：将钨酸盐、钇化合物和钾化合物分别溶解于蒸馏水中后 得钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液，钨酸根离子、钇离子和钾离子的摩尔比为 2:1:1 ； 将柠檬酸分别加入所述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得溶液A、 溶液B和溶液C，所加入的梓檬酸的质量分别为鹤酸根尚子、纪尚子和钾尚子的]-1. 5倍； 分别调配溶液A、溶液B和溶液C的pH值为1~3后，再将三者混合在一起后得混合液，调节 混合液pH值为1~3 ; 搅拌混合液均匀后加入乙二醇溶液，搅拌至形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；所 述乙二醇溶液与所述柠檬酸的摩尔总量相同； 步骤二，石英玻璃基片的处理和镀膜：将石英玻璃基片清洗并干燥后放入步骤一所述 的前驱体溶液中，用浸渍提拉法在石英玻璃基片上镀膜后在干燥箱中100°C干燥IOmin得 中间产物； 步骤三，热处理：对所述的中间产物进行热处理，热处理温度600~950°C，保温时间1~3 小时，最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜。
[0008] 所述的钨酸盐为（NH4)ltlW12O4^ (NH4)ltlH2(W2O7) 6O
[0009] 所述的钇化合物为Y2O3或Y (NO3) 3。
[0010] 所述的钾化合物为KOH或ΚΝ03。
[0011] 所述的石英玻璃基片清洗方法为：依次在丙酮、蒸馏水、酒精、蒸馏水中超声震荡 清洗IOmin ;或者依次在质量分数为5%的NaOH溶液中浸泡20min然后在lmol/L的HCl溶 液中浸泡lOmin，最后在蒸馏水和酒精中超声波震荡清洗20min。
[0012] 在所述步骤一中配制前驱体溶液时，将钇化合物溶解于稀硝酸中得钇化合物溶 液。
[0013] 一种微纳米钨酸钇钾薄膜，其特征在于：所述微纳米钨酸钇钾薄膜由KY (WO4)2颗 粒组成，所述颗粒粒度大小在500~100nm之间，所述薄膜形状为致密颗粒、不规则颗粒或柱 状颗粒。
[0014] 本发明具有益效果。本发明利用溶胶凝胶法制备钨酸钇钾薄膜，通过调节pH、热处 理温度以及石英玻璃基片清洗方式来控制产物形状、晶体生长取向和致密度。溶胶凝胶法 在制备薄膜方面具其独特的优点：无需昂贵设备和复杂的实验条件，且可大面积地在各种 不同形状、不同材料的基片上成膜，实验工艺相对简单、操作容易，可通过改变实验条件的 方式来控制粒径、形貌，同时粒子分散均匀，原料用量少，可回收利用，易于实现连续化生产 运作，为工业化生产提供可能。所得薄膜产物应用于固态激光、光纤维、高分辨率设备、电致 发光设备，、电离子显示板、场发射设备等微型光电子器件，具有广泛的推广应用前景。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明微纳米钨酸钇钾薄膜的扫描电子显微镜图； 图2为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的X射线衍射图； 图3为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的扫描电子显微镜图； 图4为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的X射线衍射图； 图5为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的扫描电子显微镜图； 图6为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的X射线衍射图； 图7为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的扫描电子显微镜图； 图8为本发明制备的微纳米钨酸钇钾薄膜的X射线衍射图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0017] 实施例1 将 l/3mol 的（NH4) 1QH2 (W2O7) 6、2mol 的 Y (NO3) 3和 2mol 的 KN O 3分别溶解于蒸馏水中， 配置成钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液；称量4. 8mol、2. 4mol和2. 4mol的柠檬 酸依次加入上述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得溶液A、溶液B和溶 液C，混合、搅拌上述溶液均匀后，分别调配溶液A、溶液B和溶液C的pH值为1，再将三者混 合在一起后调节pH值为1得混合液，搅拌混合液均勾后加入9. 6mol的乙二醇溶液，搅拌至 形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；将石英玻璃基片依次在丙酮、蒸馏水、酒精、蒸馏水 中超声震荡清洗l〇min，干燥后放入上述的前驱体溶液中，用浸渍提拉法在石英玻璃基片上 镀膜后在干燥箱中l〇〇°C干燥IOmin得中间产物。对中间产物进行热处理，热处理温度为 850°C，保温时间为3小时，最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜，如图1所示。薄膜由KY (WO4) 2颗 粒组成，颗粒粒度大小在100~200nm之间，薄膜形状为致密颗粒，薄膜衍射图如图2中所 不O
[0018] 实施例2 将 l/3mol 的（NH4) 1QH2 (W2O7) 6、2mol 的 Y (NO3) 3和 2mol 的 KNO 3分别溶解于蒸馏水中， 配置成钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液；称量4. 8mol、2. 4mol和2. 4mol的柠檬 酸依次加入上述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得溶液A、溶液B和溶 液C，混合、搅拌上述溶液均匀后，分别调配溶液A、溶液B和溶液C的pH值为3,再将三者混 合在一起后调节pH值为3得混合液，搅拌混合液均勾后加入9. 6mol的乙二醇溶液，搅拌至 形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；将石英玻璃基片依次在丙酮、蒸馏水、酒精、蒸馏水 中超声震荡清洗lOmin，干燥后放入上述的前驱体溶液中，用浸渍提拉法在石英玻璃基片上 镀膜后在干燥箱中l〇〇°C干燥IOmin得中间产物。对中间产物进行热处理，热处理温度为 850°C，保温时间为3小时，最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜。由图3所示，薄膜由KY (WO4) 2颗 粒组成，颗粒粒度大小在100~500nm之间，薄膜形状为致密颗粒，薄膜衍射图如图4中所 不O
[0019] 实施例3 将2mol的KNO3和l/anol的（NH 4) 1QH2 (W2O7) 6分别溶解于蒸馏水中，称量Imol的Y 203 溶解于稀硝酸中，配置成钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液；称量4. 8mol、2. 4mol 和2. 4mol的柠檬酸依次加入上述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得 溶液A、溶液B和溶液C，混合、搅拌上述溶液均匀后，分别调配溶液A、溶液B和溶液C的pH 值为3,再将三者混合在一起后调节pH值为3得混合液，搅拌混合液均匀后加入9. 6mol的 乙二醇溶液，搅拌至形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；将石英玻璃基片依次在丙酮、蒸 馏水、酒精、蒸馏水中超声震荡清洗lOmin，干燥后放入上述的前驱体溶液中，用浸渍提拉法 在石英玻璃基片上镀膜后在干燥箱中l〇〇°C干燥IOmin得中间产物。对中间产物进行热处 理，热处理温度为800°C，保温时间为2小时，最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜。由图5所示， 薄膜由KY(WO 4)2颗粒组成，颗粒粒度大小150~400nm之间，薄膜形状为不规则颗粒，薄膜 衍射图如图6中所示。
[0020] 实施例4 将l/3mol的（NH4)1QH2(W20 7) 6、2m〇l的Y(NO3)3和2mol的謂0 3分别溶解于蒸馏水中，配 置成钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液；称量4. 8mol、2. 4mol和2. 4mol的柠檬酸 依次加入上述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得溶液A、溶液B和溶液 C，混合、搅拌上述溶液均匀后，分别调配溶液A、溶液B和溶液C溶液的pH值为3,再将三者 混合在一起后调节pH值为3得混合液，搅拌混合液均勾后加入9. 6mol的乙二醇溶液，搅拌 至形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；依次在质量分数为5%的NaOH溶液中浸泡20min 然后在lmol/L的HCl溶液中浸泡lOmin，最后在蒸馏水和酒精中超声波震荡清洗20min，干 燥后放入上述的前驱体溶液中，用浸渍提拉法在石英玻璃基片上镀膜后在干燥箱中l〇〇°C 干燥IOmin得中间产物。对中间产物进行热处理，热处理温度为850°C，保温时间为3小时， 最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜。如图7所示，薄膜由KY(WO 4)2柱状颗粒组成，颗粒粒度大小 的长径比50nm*150nm~100nm*400nm，薄膜形状为柱状颗粒，薄膜衍射图如图8所示。
【主权项】
1. 一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一，配制前驱体溶液：将钨酸盐、钇化合物和钾化合物分别溶解于蒸馏水中后 得钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液，钨酸根离子、钇离子和钾离子的摩尔比为 2:1:1 ； 将柠檬酸分别加入所述的钨酸盐溶液、钇化合物溶液和钾化合物溶液中分别得溶液A、 溶液B和溶液C，所加入的梓檬酸的质量分别为鹤酸根尚子、纪尚子和钾尚子的]-1. 5倍； 分别调配溶液A、溶液B和溶液C的pH值为1~3后，再将三者混合在一起后得混合液，调节 混合液pH值为1~3 ; 搅拌混合液均匀后加入乙二醇溶液，搅拌至形成稳定透明液体即得到前驱体溶液；所 述乙二醇溶液与所述柠檬酸的摩尔总量相同； 步骤二，石英玻璃基片的处理和镀膜：将石英玻璃基片清洗并干燥后放入步骤一所述 的前驱体溶液中，用浸渍提拉法在石英玻璃基片上镀膜后在干燥箱中100°C干燥IOmin得 中间产物； 步骤三，热处理：对所述的中间产物进行热处理，热处理温度600~950°C，保温时间1~3 小时，最终获得微纳米钨酸钇钾薄膜。2. 根据权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于：所述的 钨酸盐为（NH4)ltlW12O4^ (NH4)ltlH2(W2O7)6O3. 根据权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于：所述的 钇化合物为Y2O3或Y(NO3) 3。4. 根据权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于：所述的 钾化合物为KOH或KNO3。5. 根据如权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于所述 的石英玻璃基片清洗方法为：依次在丙酮、蒸馏水、酒精、蒸馏水中超声震荡清洗IOmin;或 者依次在质量分数为5%的NaOH溶液中浸泡20min然后在lmol/L的HCl溶液中浸泡lOmin， 最后在蒸馏水和酒精中超声波震荡清洗20min。6. 根据如权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法，其特征在于：在所 述步骤一中配制前驱体溶液时，将钇化合物溶解于稀硝酸中得钇化合物溶液。7. 利用如权利要求1所述的一种微纳米钨酸钇钾薄膜的制备方法得到的微纳米钨酸 钇钾薄膜，其特征在于：所述微纳米钨酸钇钾薄膜由KY(WO4)2颗粒组成，所述颗粒粒度大小 在500~100nm之间，所述薄膜形状为致密颗粒、不规则颗粒或柱状颗粒。
【专利摘要】本发明公开了一种微纳米钨酸钇钾薄膜及其制备方法。溶解钨酸盐、钇化合物、钾化合物和柠檬酸配置前驱体溶液，钨酸根离子、钇离子和钾离子的摩尔比为2:1:1；将石英玻璃基片清洗并干燥后，放入前驱体溶液中用浸渍提拉法制备镀膜，干燥后，在热处理温度为600~950℃，保温时间为1~3小时的条件下进行热处理，最终得到的薄膜由KY(WO4)2颗粒组成，颗粒粒度大小在500~100nm之间，薄膜形状为致密颗粒、不规则颗粒或柱状颗粒。本发明设备成本低，制备工艺简单，绿色生产，易于工业化应用。钨酸钇钾薄膜作为光电功能材料在固态激光器、光纤维、高清显示设备、光催化、以及太阳光谱选择性吸收膜材料等领域具有广泛的应用前景。
【IPC分类】C03C17/22, B82Y40/00, C01G41/00
【公开号】CN104891572
【申请号】CN201510253792
【发明人】唐丽永, 沈彬彬, 赵亚冉, 宋成, 潘宏明, 刘威, 朱晓彬
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月19日
最新回复(0)