CN115159572A - 一种有机溶胶-凝胶制备三氧化二钒薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料化学技术领域，特别涉及一种有机溶胶‑凝胶制备三氧化二钒薄膜的方法。该方法包括：(1)三异丙氧基氧化钒为前驱体，添加到异丙醇中，同时使用乙酸作为催化剂获得一定浓度的溶液，搅拌，静置，室温保存后得到溶胶；(2)将步骤(1)所得的溶胶涂覆于衬底上，干燥，放入管式炉中，抽真空，通入Ar和H2混合气，保持在一个大气压下，恢复至室温，一步退火直接得到三氧化二钒薄膜，所获得的薄膜相变温度在170K左右，相变前后电阻率的变化在3～7个数量级。本发明提供的方法所需成本低，制备过程简单易行，不需要进行二次退火，缩短流程，低气压下危险性低。
Description
【技术领域】
本发明属于材料化学技术领域，涉及一种有机溶-胶凝胶制备三氧化二钒薄膜的方法。
【技术背景】
三氧化二钒(V2O3)是一种具有丰富金属-绝缘体相变现象的典型材料，常温常压下为顺磁金属相，电阻率为10-2-10-4Ωcm，当温度降至170K左右时变为反铁磁绝缘相，并伴随着结构上的变化。当掺杂少量铝或铬时，V2O3经历从低温PM相到高温顺磁绝缘PI相的新转变，并且AFI-PM转变的温度随着掺杂剂含量的增加而增加。由于块状材料晶体转变体积的变化，薄膜在器件中的应用更为广泛，比如红外传感器、光学开关等。
制备三氧化二钒薄膜的工艺有很多，主要有磁控溅射法，蒸发法，脉冲激光沉积法，磁控溅射法制备的薄膜与基材结合力强，膜层致密均匀，但钒的价态不易控制。脉冲激光沉积只能在很小的衬底上，设备复杂，成本高且不易操作。本发明中使用的方法是通过在混合气氛中热处理溶胶凝胶来生成三氧化二钒薄膜，设备简单，易于操作，生产周期短，适应于工业化生产和应用。之前采用三异丙氧基氧化钒作为钒源大多采用烧结炉，不易精确控制气压。本发明采用管式炉可精确控制气压。
中国专利CN102560635A公开了一种无机溶胶-凝胶制备三氧化二钒薄膜的方法，将制备的溶胶薄膜放在高压管式炉中，虽可以精确控制气氛，但却需要烧结气压在0.2MPa以上，且在高压下通入氢气极容易爆炸。而我们这种方法却是在常压下即可制得，易于操作，安全性较高。且将陶瓷舟换做石墨舟，也起到一定的还原作用。
【发明内容】
本发明的一个目的在于提供一种有机溶胶-凝胶制备三氧化二钒薄膜的方法。
为达以上目的，本发明采用下述技术方案：
其特征在于包括如下步骤：
(1)溶胶的制备：将三异丙氧基氧化钒添加到异丙醇中，使用乙酸作为催化剂，获得0.2M溶液，在室温下通过磁力搅拌机搅拌，静置保存后得到溶胶。
(2)基片清洗：将基片先后放在异丙醇，无水乙醇中超声清洗15min，取出后吹干备用。
(3)旋涂：通过控制旋涂的转速和旋涂的层数，制备不同厚度的三氧化二钒薄膜，其中每层旋涂结束后，都需要进行干燥处理。
(4)退火处理：将制得的薄膜放在石墨舟中，将石墨舟放于管式炉中，再将管式炉抽真空，通入Ar和H2混合气恢复至常压，随后升温退火处理一段时间，待退火温度冷却至室温后得到三氧化二钒薄膜。
按上述方案，步骤(1)所述的三异丙氧基氧化钒为0.2ml，异丙醇为4ml，乙酸为0.2ml。
按上述方案，步骤(1)所述的磁力搅拌机搅拌90min。
按上述方案，步骤(2)所述的基片为蓝宝石基片。
按上述方案，步骤(3)所述的旋涂机的转速为2000rpm～3000rpm，旋涂时间为15s～20s，于200℃下干燥3min。
按上述方案，步骤(4)所述的抽真空至0.1Pa～4Pa。
按上述方案，步骤(4)所述的Ar和H2混合气为95％Ar和5％H2，保持管内为一个大气压。
按上述方案，步骤(4)所述的退火温度为600℃～800℃，保温30min-2h冷却至室温。
没有特殊说明，本发明中所用原料均可市售商购获得，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)、前驱体溶胶制备简单，无任何添加剂。
(2)、溶胶凝胶法可方便大面积制备，易于产业化。
(3)、退火过程中抽真空，气压较低，安全性高，同时使用石墨舟代替石英舟，也可起到一定的还原作用。
(4)、退火周期短，制备过程简单。
【附图说明】
图1是实施例1所得到的三氧化二钒薄膜的扫描电镜(SEM)图；
图2是实施例2所得到的三氧化二钒薄膜的XRD图；
图3是实施例1所得到的三氧化二钒薄膜的电阻温度曲线。
【具体实施方式】
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明，应理解仅实施例仅用于说明本申请，不限制本申请的保护范围。
实施例1
一种有机溶胶-凝胶制备三氧化二钒薄膜的方法，包括如下步骤：
(1)溶胶的制备：取0.2ml三异丙氧基氧化钒，4ml异丙醇和0.2ml冰醋酸于烧杯中，用磁力搅拌机搅拌90min至均匀透明淡黄色液体。
(2)基片清洗：取蓝宝石基片，使用异丙醇、无水乙醇依次超声清洗15min，吹干待用。
(3)旋涂：将配置好的溶胶旋涂在基片上，甩胶机以2500rpm的转速使旋涂的薄膜均匀，然后在平台上干燥，以去除残留的有机物成分，旋涂3层，每层旋涂结束后都要进行干燥处理。
(4)退火处理：把样品放在石墨舟中，放置在管式炉中，抽真空至2Pa，通入95％Ar和5％H2混合气，保持炉内气压为一个大气压，从室温15min升温至400℃，保温5min，6min升温至520℃保温20min，20min升温至600℃保温30min，25min降至550℃，随后缓慢降至室温，取出薄膜为灰黑色。
实施例2
一种有机溶胶-凝胶制备三氧化二钒薄膜的方法，包括如下步骤：
(1)溶胶的制备：取0.2ml三异丙氧基氧化钒，4ml异丙醇和0.2ml冰醋酸于烧杯中，用搅拌机搅拌90min至均匀透明淡黄色液体。
(2)基片清洗：取蓝宝石基片，使用异丙醇、无水乙醇依次超声清洗15min，吹干待用。
(3)旋涂：将配置好的溶液旋涂在基片上，旋涂机以3000rpm的转速使旋涂的薄膜均匀，然后在200℃干燥，以去除残留的有机物成分，旋涂3层，每层旋涂结束后都要进行干燥处理。
(4)退火处理：把样品放在石墨舟中，放置在管式炉中，抽真空至4Pa，通入95％Ar和5％H2混合气，保持炉内气压为一个大气压，从室温20min升温至450℃，保温1h，20min升温至750℃保温80min，随后缓慢降至室温，取出灰黑色薄膜。
以上为本发明的详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的制备及应用进行了阐述，用于帮助理解本发明的方法以及核心思想。值得注意的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的情况下，还可以对本发明进行若干修饰与改进，这些修饰与改进也应该落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种有机溶胶-凝胶制备三氧化二钒薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)溶胶的制备：将三异丙氧基氧化钒添加到异丙醇中，使用乙酸作为催化剂，获得0.2M溶液，在室温下通过磁力搅拌机搅拌，静置保存后得到溶胶。
(2)基片清洗：将基片先后放在异丙醇，无水乙醇中超声清洗15min，取出后吹干备用。
(3)旋涂：通过控制旋涂的转速和旋涂的层数，制备不同厚度的三氧化二钒薄膜，其中每层旋涂结束后，都需要进行干燥处理。
(4)退火处理：将制得的薄膜放在石墨舟中，将石墨舟放于管式炉中，再将管式炉抽真空，通入Ar和H2混合气体恢复至常压，随后升温退火处理一段时间，待退火温度冷却至室温后得到三氧化二钒薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的三异丙氧基氧化钒为0.2ml，异丙醇为4ml，乙酸为4ml。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的基片为蓝宝石基片。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的磁力搅拌机搅拌90min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的旋涂机的转速为2000rpm～3000rpm，旋涂时间为15s～20s，于200℃下干燥3min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的抽真空至0.1Pa～4Pa。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的Ar和H2混合气为95％Ar和5％H2。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的退火温度为600℃～800℃，保温30min-2h冷却至室温。
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