CN103217458A - 一种湿度敏感薄膜的制备方法 - Google Patents

一种湿度敏感薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103217458A
CN103217458A CN2012104580045A CN201210458004A CN103217458A CN 103217458 A CN103217458 A CN 103217458A CN 2012104580045 A CN2012104580045 A CN 2012104580045A CN 201210458004 A CN201210458004 A CN 201210458004A CN 103217458 A CN103217458 A CN 103217458A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
solution
substrate
sol
nitrate hexahydrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012104580045A
Other languages
English (en)
Inventor
卢靖
黄剑锋
曹丽云
吴建鹏
李翠艳
费杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN2012104580045A priority Critical patent/CN103217458A/zh
Publication of CN103217458A publication Critical patent/CN103217458A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

一种湿度敏感薄膜的制备方法，将六水合硝酸钴溶于无水乙醇中，然后再向其中加入酞酸丁酯得溶液A；向溶液A中滴加柠檬酸水溶液得溶胶B；将溶胶B在20℃～60℃静置得凝胶C；将基片浸入凝胶C中，竖直匀速提拉镀膜，并立即干燥，以镀膜的重复次数控制薄膜的厚度；干燥后的薄膜在300℃～700℃下退火，随炉冷却得到目标产物--CoTiO3湿度敏感薄膜。本发明制备的湿度敏感CoTiO3薄膜与基片结合紧密，薄膜均匀平整，厚度可控。薄膜在室温条件下表现出良好的灵敏度，在10％～95％RH相对湿度环境中电阻值最多下降了3个数量级。这种工艺制备简单，操作方便，重复性好，原料易得，制备成本较低。

Description

一种湿度敏感薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜的制备方法，特别涉及一种湿度敏感薄膜的制备方法。
背景技术
环境湿度监测在粮食、药品仓储，温室种植，环境监测，仪表电器等方面，乃至导弹、火箭贮存军事装备中，都起着不可或缺的作用。然而湿度测量并非易事，传统方法通过监测某些天然物质对水汽吸附所产生的物理量变化获得湿度，但这种测量方法准确度、稳定性和抗干扰能力均较差，并且响应慢、不能在线跟踪湿度变化，无法满足自动化要求。
目前湿敏传感器主要分为电阻式和电容式两大类，从制备工艺的角度可分为烧结体型、厚膜型、薄膜型及MOS型等。虽然烧结型传感器的研究最多，但其体积偏大，且性能受煅烧条件、晶体结构、杂质等因素的影响。随着人们对传感器集成化、精巧化要求的提高，开发薄膜型湿敏传感器迫在眉睫。溶胶-凝胶法在制备薄膜方面具有可控性强、反应温和、成膜均匀、操作简便等突出的优势，是理想的制备薄膜方法之一。
湿敏材料的化学组成主要包括含氧酸复盐陶瓷，金属氧化物及钛酸盐类等。其中ABO3型复合金属氧化物的敏感特性易于调控，不仅可以在结构和尺度上进行设计，而且还能通过控制化学组成达到改善敏感特性的目的[Neri G，Bonavita A，Rizzo G，et al.Low temperature sol-gel synthesis and humidity sensing properties ofCr2-xTixO3[J].Journal of the European Ceramic Society，2004，24：1435-1438]。日本九州大学及台湾的多名研究者分别对ABO3的化学组成与其湿敏效应的相关性展开大范围研究，发现组分变化引起的晶体缺陷结构和由此产生的相关物性，对材料湿敏性影响显著[Wang ZY,Chen C，Zhang T, et al.Humidity sensitive propertiesof K+-doped nanocrystalline LaCo0.3Fe0.7O3[J].Sensors and Actuators B，2007，126：678-683]。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应条件温和、操作简便，产物的成膜性好的采用溶胶-凝胶法制备湿度敏感薄膜的方法，所制备的薄膜无需在高温条件下即可表现出优良的湿敏性，比传统钛酸盐传感器具有更广阔的适用范围。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1）取分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）和能够完全溶解六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的分析纯无水乙醇（C2H5OH），将分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）溶解于分析纯无水乙醇（C2H5OH）中，然后再向其中缓慢加入分析纯的酞酸丁酯（Ti(OC4H9)4），配制成Co2+：Ti4+＝1：（0.5～3）摩尔比的混合溶液，常温下充分搅拌得到均匀的红色透明溶液A；
2）向溶液A中缓慢滴加柠檬酸水溶液，调节溶液pH值为1.0～7.0，得到紫红色溶胶B；
3）将溶胶B在20℃～60℃静置10h～48h，得到凝胶C；
4）将清洗干净的基片浸入凝胶C中静置2s～60s，以1cm/min～10cm/min的提拉速度竖直匀速提拉镀膜，并立即放入50℃烘箱中干燥，以镀膜的重复次数控制薄膜的厚度；
5）干燥后的薄膜在300℃～700℃下退火处理1h～8h，随炉冷却得到目标产物--CoTiO3湿度敏感薄膜。
所述的基片的清洗是将待镀膜的基片放入体积比为1：（3～8）的丙酮、乙醇混合溶液中超声清洗，超声功率50W，清洗好的基片用去离子水冲洗，氮气吹干。
本发明采用溶胶-凝胶法制备出湿度敏感（CoTiO3）薄膜，该薄膜均匀、平整，厚度约为1μm。所制备的薄膜应用于湿敏传感器领域获得了令人满意的灵敏度。该制备方法简便、可操作性强，成膜均匀，且所制备的薄膜在室温下可表现出优异的湿敏性。
有益的效果：
（1）本发明制备的湿度敏感CoTiO3薄膜与基片结合紧密，薄膜均匀平整，厚度可控。薄膜在室温条件下表现出良好的灵敏度，在10％～95％RH相对湿度环境中电阻值最多下降了3个数量级。
（2）这种工艺制备简单，操作方便，重复性好，原料易得，制备成本较低。
附图说明
图1是实施例3制备CoTiO3薄膜的X射线衍射图谱（XRD）；
图2是实施例3制备CoTiO3薄膜的原子力显微镜（AFM）照片。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
1）取分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）和能够完全溶解六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的分析纯无水乙醇（C2H5OH），将分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）溶解于分析纯无水乙醇（C2H5OH）中，然后再向其中缓慢加入分析纯的酞酸丁酯（Ti(OC4H9)4），配制成Co2+：Ti4+＝1：0.5摩尔比的混合溶液，常温下充分搅拌得到均匀的红色透明溶液A；
2）向溶液A中缓慢滴加柠檬酸水溶液，调节溶液pH值为1.0，得到紫红色溶胶B；
3）将溶胶B在20℃静置48h，得到凝胶C；
4）将待镀膜的基片放入体积比为1：3的丙酮、乙醇混合溶液中超声清洗，超声功率50W，清洗好的基片用去离子水冲洗，氮气吹干
将清洗干净的基片浸入凝胶C中静置2s，以1cm/min的提拉速度竖直匀速提拉镀膜，并立即放入50℃烘箱中干燥，以镀膜的重复次数控制薄膜的厚度；
5）干燥后的薄膜在300℃下退火处理8h，随炉冷却得到目标产物--CoTiO3湿度敏感薄膜。
实施例2：
1）取分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）和能够完全溶解六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的分析纯无水乙醇（C2H5OH），将分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）溶解于分析纯无水乙醇（C2H5OH）中，然后再向其中缓慢加入分析纯的酞酸丁酯（Ti(OC4H9)4），配制成Co2+：Ti4+＝1：3摩尔比的混合溶液，常温下充分搅拌得到均匀的红色透明溶液A；
2）向溶液A中缓慢滴加柠檬酸水溶液，调节溶液pH值为7.0，得到紫红色溶胶B；
3）将溶胶B在60℃静置10h，得到凝胶C；
4）将待镀膜的基片放入体积比为1：8的丙酮、乙醇混合溶液中超声清洗，超声功率50W，清洗好的基片用去离子水冲洗，氮气吹干
将清洗干净的基片浸入凝胶C中静置60s，以10cm/min的提拉速度竖直匀速提拉镀膜，并立即放入50℃烘箱中干燥，以镀膜的重复次数控制薄膜的厚度；
5）干燥后的薄膜在700℃下退火处理1h，随炉冷却得到目标产物--CoTiO3湿度敏感薄膜。
实施例3：
1）取分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）和能够完全溶解六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的分析纯无水乙醇（C2H5OH），将分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）溶解于分析纯无水乙醇（C2H5OH）中，然后再向其中缓慢加入分析纯的酞酸丁酯（Ti(OC4H9)4），配制成Co2+：Ti4+＝1：1摩尔比的混合溶液，常温下充分搅拌得到均匀的红色透明溶液A；
2）向溶液A中缓慢滴加柠檬酸水溶液，调节溶液pH值为4.0，得到紫红色溶胶B；
3）将溶胶B在30℃静置25h，得到凝胶C；
4）将待镀膜的基片放入体积比为1：5的丙酮、乙醇混合溶液中超声清洗，超声功率50W，清洗好的基片用去离子水冲洗，氮气吹干
将清洗干净的基片浸入凝胶C中静置5s，以5cm/min的提拉速度竖直匀速提拉镀膜，并立即放入50℃烘箱中干燥，以镀膜的重复次数控制薄膜的厚度；
5）干燥后的薄膜在700℃下退火处理3h，随炉冷却得到目标产物--CoTiO3湿度敏感薄膜。
由图1可以看出本方法可制备出CoTiO3薄膜。
由图2可以看出本方法所制备的CoTiO3薄膜由平均粒径150nm的柱状晶粒紧密连接而成，薄膜表面晶粒分布较均匀，薄膜平整。
实施例4：
1）取分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）和能够完全溶解六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的分析纯无水乙醇（C2H5OH），将分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）溶解于分析纯无水乙醇（C2H5OH）中，然后再向其中缓慢加入分析纯的酞酸丁酯（Ti(OC4H9)4），配制成Co2+：Ti4+＝1：2摩尔比的混合溶液，常温下充分搅拌得到均匀的红色透明溶液A；
2）向溶液A中缓慢滴加柠檬酸水溶液，调节溶液pH值为3.0，得到紫红色溶胶B；
3）将溶胶B在50℃静置15h，得到凝胶C；
4）将待镀膜的基片放入体积比为1：6的丙酮、乙醇混合溶液中超声清洗，超声功率50W，清洗好的基片用去离子水冲洗，氮气吹干
将清洗干净的基片浸入凝胶C中静置20s，以3cm/min的提拉速度竖直匀速提拉镀膜，并立即放入50℃烘箱中干燥，以镀膜的重复次数控制薄膜的厚度；
5）干燥后的薄膜在500℃下退火处理5h，随炉冷却得到目标产物--CoTiO3湿度敏感薄膜。
实施例5：
1）取分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）和能够完全溶解六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的分析纯无水乙醇（C2H5OH），将分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）溶解于分析纯无水乙醇（C2H5OH）中，然后再向其中缓慢加入分析纯的酞酸丁酯（Ti(OC4H9)4），配制成Co2+：Ti4+＝1：1.5摩尔比的混合溶液，常温下充分搅拌得到均匀的红色透明溶液A；
2）向溶液A中缓慢滴加柠檬酸水溶液，调节溶液pH值为5.0，得到紫红色溶胶B；
3）将溶胶B在40℃静置30h，得到凝胶C；
4）将待镀膜的基片放入体积比为1：4的丙酮、乙醇混合溶液中超声清洗，超声功率50W，清洗好的基片用去离子水冲洗，氮气吹干
将清洗干净的基片浸入凝胶C中静置40s，以8cm/min的提拉速度竖直匀速提拉镀膜，并立即放入50℃烘箱中干燥，以镀膜的重复次数控制薄膜的厚度；
5）干燥后的薄膜在600℃下退火处理6h，随炉冷却得到目标产物--CoTiO3湿度敏感薄膜。

Claims (2)

1.一种湿度敏感薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）取分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）和能够完全溶解六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）的分析纯无水乙醇（C2H5OH），将分析纯的六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）溶解于分析纯无水乙醇（C2H5OH）中，然后再向其中缓慢加入分析纯的酞酸丁酯（Ti(OC4H9)4），配制成Co2+：Ti4+＝1：（0.5～3）摩尔比的混合溶液，常温下充分搅拌得到均匀的红色透明溶液A；
2）向溶液A中缓慢滴加柠檬酸水溶液，调节溶液pH值为1.0～7.0，得到紫红色溶胶B；
3）将溶胶B在20℃～60℃静置10h～48h，得到凝胶C；
4）将清洗干净的基片浸入凝胶C中静置2s～60s，以1cm/min～10cm/min的提拉速度竖直匀速提拉镀膜，并立即放入50℃烘箱中干燥，以镀膜的重复次数控制薄膜的厚度；
5）干燥后的薄膜在300℃～700℃下退火处理1h～8h，随炉冷却得到目标产物--CoTiO3湿度敏感薄膜。
2.根据权利要求1所述的湿度敏感薄膜的制备方法，其特征在于：所述的基片的清洗是将待镀膜的基片放入体积比为1：（3～8）的丙酮、乙醇混合溶液中超声清洗，超声功率50W，清洗好的基片用去离子水冲洗，氮气吹干。
CN2012104580045A 2012-11-14 2012-11-14 一种湿度敏感薄膜的制备方法 Pending CN103217458A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104580045A CN103217458A (zh) 2012-11-14 2012-11-14 一种湿度敏感薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104580045A CN103217458A (zh) 2012-11-14 2012-11-14 一种湿度敏感薄膜的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103217458A true CN103217458A (zh) 2013-07-24

Family

ID=48815440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012104580045A Pending CN103217458A (zh) 2012-11-14 2012-11-14 一种湿度敏感薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103217458A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103643224A (zh) * 2013-11-28 2014-03-19 陕西科技大学 一种微波水热制备CoTiO3 薄膜的方法
CN105891266A (zh) * 2016-03-29 2016-08-24 包磊 一种湿度传感材料的制备方法
CN113238005A (zh) * 2021-05-12 2021-08-10 陕西科技大学 一种兼具醇敏醛敏双功能的N/CoTiO3@g-C3N4复合材料及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020008227A1 (en) * 1998-02-25 2002-01-24 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum (Imec Vzw) Method for fabricating ferro-electric thin films using a sol-gel technique
CN1544697A (zh) * 2003-11-27 2004-11-10 上海交通大学 溶胶-凝胶法稀土纳米膜的制备方法
CN101376598A (zh) * 2008-09-28 2009-03-04 哈尔滨工业大学 一种(020)择优取向钛酸铋薄膜的制备方法
CN101768782A (zh) * 2009-10-30 2010-07-07 陕西科技大学 一种NiTiO3纳米薄膜的溶胶-凝胶制备方法
CN102515565A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 昆明理工大学 一种无机溶胶-凝胶制备v2o5薄膜的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020008227A1 (en) * 1998-02-25 2002-01-24 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum (Imec Vzw) Method for fabricating ferro-electric thin films using a sol-gel technique
CN1544697A (zh) * 2003-11-27 2004-11-10 上海交通大学 溶胶-凝胶法稀土纳米膜的制备方法
CN101376598A (zh) * 2008-09-28 2009-03-04 哈尔滨工业大学 一种(020)择优取向钛酸铋薄膜的制备方法
CN101768782A (zh) * 2009-10-30 2010-07-07 陕西科技大学 一种NiTiO3纳米薄膜的溶胶-凝胶制备方法
CN102515565A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 昆明理工大学 一种无机溶胶-凝胶制备v2o5薄膜的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. Y. HE: "Humidity sensitivity of CoTiO3 thin film prepared by sol-gel method", 《MATERIALS TECHNOLOGY: ADVANCED PERFORMANCE MATERIALS》 *
卢靖 等: "溶胶-凝胶法制备溶胶-凝胶法制备Sm3+ 掺杂TiO2 薄膜掺杂TiO2 薄膜", 《陕西科技大学学报》 *
卢靖: "敏感型CoTi03微晶及薄膜的制备、结构和性能研究", 《万方学位论文数据库》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103643224A (zh) * 2013-11-28 2014-03-19 陕西科技大学 一种微波水热制备CoTiO3 薄膜的方法
CN105891266A (zh) * 2016-03-29 2016-08-24 包磊 一种湿度传感材料的制备方法
CN113238005A (zh) * 2021-05-12 2021-08-10 陕西科技大学 一种兼具醇敏醛敏双功能的N/CoTiO3@g-C3N4复合材料及其制备方法和应用
CN113238005B (zh) * 2021-05-12 2024-01-23 深圳万知达科技有限公司 一种兼具醇敏醛敏双功能的N/CoTiO3@g-C3N4复合材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yadav et al. Synthesis, characterization and development of opto-electronic humidity sensor using copper oxide thin film
Yang et al. Ethanol gas sensor based on Al-doped ZnO nanomaterial with many gas diffusing channels
CN105887465B (zh) 同型(n-n)异质结构的SnO2/ZnO纳米复合纤维材料及其制备方法和应用
Sikarwar et al. Fabrication of nanostructured yttria stabilized zirconia multilayered films and their optical humidity sensing capabilities based on transmission
CN105271371B (zh) 一种花状氧化铟微米棒材料及其制备方法和应用
CN109052453B (zh) 一种ZnCo2O4/ZnO异质结构复合气敏材料及制备方法
CN108828010B (zh) 一种检测甲醛气体的敏感材料及制备方法与应用
CN102153133A (zh) 可控的有序多孔二氧化锡纳米结构的制备方法
CN105738450A (zh) 一种八面体金属氧化物复合材料及其制备和应用
CN103217458A (zh) 一种湿度敏感薄膜的制备方法
CN110514700A (zh) 一种氧化铜和四氧化三钴异质结构纳米线复合敏感材料、乙二醇传感器及制备方法
CN109856197A (zh) 基于ZnSe/ZnO的二氧化氮气体传感器及制备工艺
CN105866178B (zh) 一种对三乙胺具有高响应灵敏度的金属氧化物气敏材料的制备方法
CN108535334A (zh) 一种氧化锡纳米颗粒和氧化锌纳米线团聚结构的甲醇气敏传感器制备方法
CN102732848B (zh) 一种磁控溅射制备单一取向锰钴镍氧薄膜的方法
CN105784775B (zh) 一种乙酸乙酯气体敏感材料的制备方法
CN104181206A (zh) 金掺杂多孔硅/氧化钒纳米棒气敏材料的制备方法
CN103121708B (zh) 一种多孔二氧化锡材料及其制备方法和应用
CN108622944A (zh) 一种pH值及粘合剂调控的具软磁性和丙酮气体敏感性的铁酸铜镍材料的制备及应用
CN109626425B (zh) 一种纳米线状Na1.1V3O7.9材料、其制备方法及用途
CN109557141A (zh) 一种二氧化钛/钒酸银纳米异质结及其制备方法和应用
Galven et al. Instability of the ionic conductor Li6BaLa2B2O12 (B= Nb, Ta): barium exsolution from the garnet network leading to CO2 capture
CN109867304B (zh) 一种二氧化钒金属绝缘相变调控方法及应用
CN113912115A (zh) 一种氧化钒纳米材料的制备方法及其在气敏传感器中的应用
CN102161503B (zh) 正交相二氧化锡薄膜的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130724