CN102167523B

CN102167523B - 一种紫外光照射ots改性ito玻璃基板的方法

Info

Publication number: CN102167523B
Application number: CN 201010614683
Authority: CN
Inventors: 谈国强; 程蕾; 苗鸿雁; 尹君
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2030-12-30
Also published as: CN102167523A

Abstract

本发明公开了一种紫外光照射改性ITO玻璃基板的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)清洗ITO玻璃基板，并ITO玻璃基板正面朝上放于紫外光灯中，照射1～30min；2)按照体积比配制OTS-甲苯溶液，将照射好的ITO玻璃基板放入配制溶液中浸泡1s～40min，取出丙酮清洗后，烘干；3)ITO玻璃基板正面朝上再次置于紫外光灯内进行照射1～50min，得到表面完全亲水的功能化ITO玻璃基板。该方法将两种技术相结合，使ITO玻璃基板能达到原子级别的表面清洁程度，使表面的功能化均匀、完全；而且该方法工艺流程简单，操作方便。

Description

一种紫外光照射OTS改性ITO玻璃基板的方法

技术领域

本发明属于ITO玻璃基板的生产领域，涉及一种处理ITO玻璃基板的方法，尤其是一种利用紫外光照射OTS改性ITO玻璃基板的方法。

背景技术

在ITO玻璃基板上沉积功能陶瓷薄膜的工艺步骤中，为了有效地去除薄膜沉积前基板上的各种污物，达到表面清洁，形成薄膜沉积所需的微观环境，会经常对基板进行清洗，为下一步的薄膜沉积创造条件。清洗工艺主要除去各种对薄膜沉积的实现有阻碍作用的灰尘以及微粒污物，碱性离子，有腐蚀作用的无机、有机污染物等。清洗工艺需要许多不同种类的化学物质，这些物质在清洗工艺中也呈现不同的作用机理。

目前，ITO玻璃基板的处理方法比较少，其清洗机制包括物理清洗和化学清洗两种方式。为了获得较好的清洗效果，通常需要两种方法相结合。大体的步骤都是先去除表面的宏观微粒，有机污染物，然后通过酸性或者碱性的溶液进行氧化处理，接着用纯净水进行冲洗，并用惰性气体进行干燥，最后对ITO玻璃基板进行表面功能化。常用的清洗剂有洗涤剂、丙酮、过氧化氢、乙醇、F基的水溶液、酸性溶液或碱性溶液等。在以往所采用的基板清洗方法中有好多缺点，清洗不彻底，功能化不均匀，容易破坏基板表面的沉积环境。

迄今为止国内未见关于紫外光处理与自组装单分子层相结合的方法处理ITO玻璃基板，国外的相关报道也比较少。因此提供一种紫外光照射OTS改性ITO玻璃基板的方法成为本领域目前丞待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种紫外光照射OTS改性ITO玻璃基板的方法，该方法利用紫外光处理与自组装单分子层相结合的方式处理ITO玻璃基板，其不但能够达到高表面清洁程度，而且功能化均匀、处理工艺流程简单、操作方便。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种紫外光照射改性ITO玻璃基板的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)清洗ITO玻璃基板，并将清洗好的ITO玻璃基板正面朝上放于紫外光灯中，调节紫外光的波长为真空紫外光波段，照射1～30min，再进行不同照射时间的接触角测试，观察基板的清洁程度，并进行IR测试，探讨经过紫外照射后ITO玻璃基板表面产生的官能团；

2)按照体积比OTS∶甲苯＝1∶99～1∶89的比例配制溶液，搅拌均匀；将照射好的ITO玻璃基板放到所配制的溶液中浸泡1s～40min，取出再用丙酮将残留在基板上的OTS溶液冲洗掉，将ITO玻璃基板取出放于110℃～130℃烘3～7min；采用接触角测试仪对不同浸泡时间的基板进行接触角测试，探讨基板上有机单分子层的生长过程，进行IR测试和AFM测试，探讨经过OTS浸泡过程单分子膜的生成情况；

3)烘干后的ITO玻璃基板正面朝上再次置于波长为真空紫外光波段的紫外光灯内进行照射1～50min，照射完成后得到表面完全亲水的功能化ITO玻璃基板；经过IR测试和AFM测试研究紫外照射对单分子表面官能团的影响。

本发明进一步的特征在于：

所述步骤1)中，在清洗ITO玻璃基板时，先将ITO玻璃基板在洗涤剂溶液中超声波清洗10min，取出后用去离子水冲洗干净，然后放于丙酮中超声波清洗10min，取出后再次用去离子水冲洗干净，最后放于乙醇中超声波清洗10min，清洗完后用去离子水冲洗干净。将清洗好的ITO玻璃基板用氮气吹干。

所述步骤1)中，紫外光照射时间分别至1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min和30min。

所述步骤(2)中，按照体积比OTS∶甲苯＝1∶99的比例配制溶液，搅拌均匀；将照射好的ITO玻璃基板放入配制溶液中分别浸泡至1s、2s、5s、10s、15s、20s，、30s、1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min和40min。

所述步骤(3)烘干后的ITO玻璃基板正面朝上再次置于波长为真空紫外光波段的紫外光灯内进行照射，照射时间分别至1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min和50min。

本发明具有以下有益效果：

本发明的方法将紫外光处理技术和自组装单分子层技术结合起来处理ITO玻璃基板，由于紫外光处理技术具有高分辨率、高灵敏度、高能量、低缺陷等特点；而自组装单分子层技术具有原位自发形成、成键高度有序排列、缺陷少、结合力强等特点。将两种技术相结合，取长补短，不仅使ITO玻璃基板能达到原子级别的表面清洁程度，使表面的功能化均匀、完全，而且处理工艺流程比较简单，操作方便，并且本发明的方法整个过程具有很好的可重复性。

附图说明

图1为本发明的基板清洗干净后接触角测试图；

图2为本发明的清洗干净的基板接触角大小随紫外光照射时间的曲线图；

图3为本发明的照射1min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图4为本发明的照射5min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图5为本发明的照射10min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图6为本发明的照射20min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图7为本发明的照射30min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图8为本发明的照射20min的ITO玻璃基板IR测试图谱；

图9为本发明的照射20min之后的基板进行OTS浸泡的接触角大小随时间增加的曲线图：(a)为浸泡一分钟内的曲线图；(b)为整个浸泡时间内的曲线图；

图10为本发明的浸泡1s的ITO玻璃基板接触角测试图；

图11为本发明的浸泡10s的ITO玻璃基板接触角测试图；

图12为本发明的浸泡30s的ITO玻璃基板接触角测试图；

图13为本发明的浸泡5min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图14为本发明的浸泡30min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图15为本发明的浸泡40min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图16为本发明的浸泡30min的ITO玻璃基板IR测试图谱；

图17为本发明的浸泡30min的ITO玻璃基板AFM测试图；

图18为本发明的浸泡30min后的ITO玻璃基板进行紫外光照射的接触角大小随时间延长的曲线图；

图19为本发明的照射2min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图20为本发明的照射10min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图21为本发明的照射20min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图22为本发明的照射30min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图23为本发明的照射40min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图24为本发明的照射50min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图25为本发明的照射40min的ITO玻璃基板IR测试图谱；

图26为本发明的照射40min的ITO玻璃基板AFM测试图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1：

1)将ITO玻璃基板用玻璃刀进行切割，规格为1cm×2.5cm大小，将切割好的ITO玻璃基板首先放入市售洗涤剂溶液中超声波震荡10min，用以初步除去表面的杂质以及有机物，接下来将ITO玻璃基板从洗涤剂溶液中取出用去离子水冲洗干净；接着放入到丙酮溶液中，再次进行10min的超声波清洗，进一步除去表面顽固的有机物成分，然后将ITO玻璃基板再次取出并用去离子水冲洗干净；最后放入到乙醇溶液中第三次进行10min的超声波清洗，取出后用去离子水冲洗使基板表面的清洁度进一步提高。最后将清洗好的ITO玻璃基板采用氮气吹干表面，即淂前期清洗后的ITO玻璃基板。

将清洗好的ITO玻璃基板放入到紫外灯光处理机中进行紫外光照射，紫外光波长控制在184nm，分别照射至1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min和30min，取出照射后的ITO玻璃基板进行表面测试。

从图1中可以看出ITO玻璃基板经过前期的清洗处理，表面的接触角大小为45.75°，表明没有经过特殊处理的ITO玻璃基板是一个亲水性不好的状态。

从图2中可看出随着紫外光照射时间的延长，ITO玻璃基板表面的接触角逐渐减小，在照射时间为20min时已经达到了5°以下，表明此时ITO玻璃基板的亲水性完全。

图3、图4、图5分别为本发明的照射1min、5min和10min的ITO玻璃基板接触角测试图；图6为ITO玻璃基板经过20min紫外光照射后的接触角测试图，通过图片以及数据显示，此时的ITO玻璃基板的接触角已经达到了5°以下，与水的润湿程度完全，表明现在的亲水性已经完全。图7为本发明的照射30min的ITO玻璃基板接触角测试图。

图8为ITO玻璃基板经过20min紫外光照射后的IR测试，图谱中的曲线图在941.24cm^-1处出现了一个吸收峰，经过对比标准数据库得出：这个吸收峰为Si-OH中Si-O的面内弯曲振动峰。

2)按照体积比OTS∶甲苯＝1∶99的比例将OTS与甲苯进行混合放入到烧杯中，并用保鲜膜将烧杯口封好，防止有水汽进入加速OTS的水解，然后搅拌10min，使得溶液充分混合，接着将经过紫外光照射改性的ITO玻璃浸入到OTS-甲苯溶液中进行OTS单分子膜的生长，控制浸泡时间分别至1s，2s，5s，10s，15s，20s，30s，1min，2min，5min，10min，15min，20min，25min，30min，35min和40min，最后将ITO玻璃基板从溶液中取出，并用丙酮溶液冲洗，将残留在表面的OTS溶液去掉，放入到120℃的烘箱中烘干5min，进行表面测试。

图9照射20min之后的ITO基板进行OTS浸泡的接触角大小随时间变化的曲线图，从图中可以看出，随着浸泡时间的延长，ITO玻璃基板表面的接触角呈明显的上升趋势，在前30s之内接触角呈骤升趋势，30s之后的上升趋势逐渐趋于缓慢并在30min处达到了最大值。

图10、图11、图12、图13分别为本发明的浸泡1s、10s、30s和5min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图14为浸泡OTS-甲苯溶液30min的ITO玻璃基板接触角测试图，通过图片以及数据显示，此时的ITO玻璃基板的接触角已经达到了109.44°，在图9(b)的图谱中为最大值，表明ITO玻璃基板的疏水性良好，已经形成了比较完整的OTS单分子层。图15为本发明的浸泡40min的ITO玻璃基板接触角测试图。

图16为浸泡OTS-甲苯溶液30min的ITO玻璃基板IR测试图谱，图谱中最大的吸收峰为1004.89cm^-1，这是Si-O-Si的伸缩振动峰，775.36cm^-1处为Si-C的伸缩振动峰，2918.22cm^-1处为-CH₂-的不对称伸缩振动峰，2850.22cm^-1处为-CH₂-的对称伸缩振动峰，1465.86cm^-1处为-CH₂的面内弯曲振动峰，在2954.87cm^-1处出现了-CH₃一个微弱的伸缩振动峰。

图17为浸泡OTS-甲苯溶液30min的ITO玻璃基板AFM测试形貌图，从图中可以看出经过30min浸泡，ITO玻璃基板表明形成了一个二维光滑的单分子膜，膜的厚度大约在150nm左右。

3)将经过30minOTS-甲苯溶液浸泡的ITO玻璃基板进行5min的120℃烘干后放入到紫外光处理机中，调节紫外光的波长为184nm，控制照射时间分别至1min，2min，5min，10min，15min，20min，25min，30min，35min，40min，45min和50min，然后进行表面测试。得到表面完全亲水的功能化ITO玻璃基板。

图18为浸泡30min后的ITO玻璃基板进行紫外光照射的接触角大小随时间变化的曲线图，从图中可以看出，随着照射时间的延长，ITO玻璃基板表面的接触角呈逐渐下降趋势，在40min处达到了5°以下，表现为较好的亲水性。

图19、图20、图21、图22分别为本发明的照射2min、10min、20min、30min的ITO玻璃基板接触角测试图；

图23为浸泡30min后的ITO玻璃基板照射40min的接触角测试图，图24为本发明的照射50min的ITO玻璃基板接触角测试图；通过图片以及数据显示，此时的ITO玻璃基板的接触角已经达到了5°以下，与水的润湿程度完全，表明现在的亲水性已经完全。

图25为浸泡30min后的ITO玻璃基板照射40min的IR测试图，图谱中的曲线图在997.17cm^-1处为Si-O-Si的伸缩振动峰，779.22cm^-1处为Si-C的伸缩振动峰，2920.15cm^-1处为-CH₂-的不对称伸缩振动峰，2850.71cm^-1处为-CH₂-的对称伸缩振动峰，1463.93cm^-1处为-CH₂-的面内弯曲振动峰。

图26为浸泡30min后的ITO玻璃基板照射40min的AFM测试图，通过形貌观察发现，经过紫外光照射40min后ITO玻璃基板表面形成的OTS单分子层中的碳链发生了断裂，导致单分子层厚度下降，并且表面呈现为均匀的凹凸不平状。

实施例2：

1)将ITO玻璃基板用玻璃刀进行切割，规格为1cm×2.5cm大小，将切割好的ITO玻璃基板首先放入洗涤剂溶液中超声波震荡10min，用以初步除去表面的杂质以及有机物，接下来将ITO玻璃基板从洗涤剂溶液中取出用去离子水冲洗干净；接着放入到丙酮溶液中，再次进行10min的超声波清洗，进一步除去表面顽固的有机物成分，然后将ITO玻璃基板再次取出并用去离子水冲洗干净；最后放入到乙醇溶液中第三次进行10min的超声波清洗，取出后用去离子水冲洗使基板表面的清洁度进一步提高。最后将清洗好的ITO玻璃基板采用氮气吹干表面，即淂前期清洗后的ITO玻璃基板。

将清洗好的ITO玻璃基板放入到紫外灯光处理机中进行紫外光照射，紫外光波长控制在184nm，分别照射至1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min和30min，使ITO玻璃基板达到一个完全亲水的程度，取出照射后的ITO玻璃基板进行表面测试。

2)按照体积比OTS∶甲苯＝1∶89的比例将OTS与甲苯进行混合放入到烧杯中，并用保鲜膜将烧杯口封好，防止有水汽进入加速OTS的水解，然后搅拌10min，使得溶液充分混合，接着将经过紫外光照射改性的ITO玻璃浸入到OTS-甲苯溶液中进行OTS单分子膜的生长，控制浸泡时间分别至1s，2s，5s，10s，15s，20s，30s，1min，2min，5min，10min，15min，20min，25min，30min，35min和40min，最后将ITO玻璃基板从溶液中取出，并用丙酮溶液冲洗，将残留在表面的OTS溶液去掉，放入到110℃的烘箱中烘干3min，进行表面测试。

3)将经过40minOTS-甲苯溶液浸泡的ITO玻璃基板进行3min的110℃烘干后放入到紫外光处理机中，调节紫外光的波长为184nm，控制照射时间分别至1min，2min，5min，10min，15min，20min，25min，30min，35min，40min，45min和50min，然后进行表面测试。得到表面完全亲水的功能化ITO玻璃基板。

实施例3：

将清洗好的ITO玻璃基板放入到紫外灯光处理机中进行紫外光照射20min，紫外光波长控制在184nm，使ITO玻璃基板达到一个完全亲水的程度。

2)按照体积比OTS∶甲苯＝1∶89的比例将OTS与甲苯进行混合放入到烧杯中，并用保鲜膜将烧杯口封好，防止有水汽进入加速OTS的水解，然后搅拌10min，使得溶液充分混合，接着将经过紫外光照射改性的ITO玻璃浸入到OTS-甲苯溶液中进行OTS单分子膜的生长，控制浸泡时间分别至1s，2s，5s，10s，15s，20s，30s，1min，2min，5min，10min，15min，20min，25min，30min，35min和40min，最后将ITO玻璃基板从溶液中取出，并用丙酮溶液冲洗，将残留在表面的OTS溶液去掉，放入到130℃的烘箱中烘干7min，进行表面测试。

3)将经过35minOTS-甲苯溶液浸泡的ITO玻璃基板进行7min的130℃烘干后放入到紫外光处理机中，调节紫外光的波长为184nm，控制照射时间分别至1min，2min，5min，10min，15min，20min，25min，30min，35min，40min，45min和50min，然后进行表面测试。得到表面完全亲水的功能化ITO玻璃基板。

本发明经过处理得到的ITO玻璃基板表面覆盖了均匀的OTS单分子膜，并在紫外光的照射改性下得到了亲水性基团，采用时间控制的方式选择合适的紫外光照射时间和OTS浸泡时间，以得到均匀的单分子膜和良好的表面亲水性，使制备过程具有很好的可重复性。并且工艺控制简单，工艺周期短，节省能源。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种紫外光照射改性ITO玻璃基板的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）清洗ITO玻璃基板，并将清洗好的ITO玻璃基板正面朝上放于紫外光灯中，调节紫外光的波长为真空紫外光波段，紫外光波长控制在184nm，紫外光照射时间分别至1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min和30min；

2）按照体积比OTS：甲苯=1：99～1:89的比例配制溶液，搅拌均匀；将照射好的ITO玻璃基板放入配制溶液中分别浸泡至1s、2s、5s、10s、15s、20s、30s、1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min和40min，取出再用丙酮清洗后，置于烘箱中110℃～130℃烘3～7min；

3）烘干后的ITO玻璃基板正面朝上再次置于波长为真空紫外光波段紫外光灯内进行照射，照射时间分别至1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min和50min后，得到表面完全亲水的功能化ITO玻璃基板。