稀土掺杂铈酸锶纳米晶薄膜的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种稀土掺杂铈酸锶纳米晶薄膜的制备方法，属无机薄膜材料制造技术领域。
背景技术
掺杂的钙钛矿型SrCeO3、BaCeO3、CaZrO3、SrZrO3、BaZrO3等复合氧化物陶瓷在中高温氢气和水蒸气气氛下，具有良好的质子导电性。这些质子导体可用作氢传感器，中高温燃料电池，氢泵，氢的电解制备、分离和提纯，有机合成的催化加氢和脱氢及多种电化学装置的固体电解质等，具有十分重要的应用价值及广阔的应用前景，尤其在冶金工业氢的测定应用中具有快捷、简便、低成本等优点。而稀土掺杂的钙钛矿型SrCeO3陶瓷，由于具有很高的质子导电率和较低的电子及氧离子导电率，被认为是这类电解质的较理想选择。固体电解质元件的厚度直接影响着固体电解质的质子导电性。为改善电解质元件的性能，提高工作效率，降低电解质元件的厚度，减少其内阻成为研究的重点。于是，固体电解质薄膜的制备应运而生。
现有的复合氧化物薄膜地制备方法主要包括电泳沉积法、空气等离子喷涂、真空等离子喷涂、电化学气相沉积等。虽然电泳沉积法设备简单、沉积层均匀，但是薄膜生长过程中，有气体逸出，在薄膜中形成孔道，因此所制备的薄膜致密性差。空气等离子喷涂生产成本很高，而真空等离子喷涂由于设备复杂和真空体系操作，费用太大且成膜速率很低。电化学气相沉积法可以制备薄且气密性良好的薄膜，但是系统要求严格，设备复杂，生产效率低。因此工艺设备简单，较低温度下制备高质量多晶薄膜的方法成为需要。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种采用有机聚合物前驱体法制备稀土掺杂铈酸锶固体电解质纳米薄膜的方法。
本发明的一种稀土掺杂铈酸锶固体电解质纳米薄膜的制备方法，主要采用有机聚合物前驱体法，本方法的特征在于：以硝酸亚铈、硝酸锶或醋酸锶、稀土氧化物为原料，三者的量比根据所制备的薄膜组成而定，薄膜组成为SrCe1-xRExO3，其中x值的范围为0.02-0.2，初始溶液的浓度为0.1-0.4mol/L；以乙二醇为络合剂，加入量为金属离子总量的2-6倍；在搅拌或超声振荡下并在50-100℃的水浴中加热；用硝酸调节pH为2-5，该系统受热反应生成有机聚合物，待粘度到达100-300cP，在所要求的基片上以1500-3000rpm的转速用均胶机涂膜5-15秒钟；将其于80-150℃下红外干燥或真空干燥15分钟，再次涂膜，干燥，直到到达所需厚度；在600-1100℃下反应2-8小时生成纳米晶薄膜。
稀土元素RE可以为镱Yb、钇Y、钪Sc、钕Nd、钆Gd、钐Sm、铕Eu、镝Dy、镧La中的任一个。
本发明具有原料易得、工艺简单、反应过程易于控制、反应温度低等优点。所制备得到的稀土掺杂铈酸锶固体电解质纳米晶薄膜，纳米晶粒尺寸在20-80nm之间，具有组成均匀、纯度高、表面光洁缺陷少、薄膜致密性好、导电率高、抗热震性强、热稳定性好等特点，是理想的质子导体，在传感器件及燃料电池固体电解质等领域具有潜在应用价值。
【具体实施方式】
现将本发明的具体实施例详细叙述于后。
实施例一.SrCe0.95Yb0.05O3纳米晶薄膜制备
将12ml浓硝酸加入到0.1970gYb2O3内，加热蒸干，用10ml去离子水配成溶液，作为A原料；将4.2326g Sr(NO3)2用去离子水20ml配成溶液，作为B原料，将8.2508gCe(NO3)3·6H2O用去离子水20ml配成溶液，作为C原料，再将A、B、C原料搅拌混合后，加入4.0倍金属离子总量的乙二醇，配成初始溶液约200ml。在搅拌或超声振荡下，溶液用硝酸调至pH＝3，80℃水浴加热，直至粘度到达100-300cP。在氧化铝基片上以2000rpm的转速用均胶机涂膜10秒钟。100℃下红外干燥或真空干燥15分钟，再次涂膜，干燥，直至到达所需厚度。在900℃下煅烧2小时可制得SrCe0.95Yb0.05O3纳米晶薄膜。
所制得的薄膜，表面光洁，致密性好，热稳定性好，电导率高(～10-1S/cm)。
实施例二.SrCe0.90Y0.10O3纳米晶薄膜制备
将20ml浓硝酸加入到0.2258gY2O3内，加热蒸干，用20ml去离子水配成溶液，作为A原料；将4.2326g Sr(NO3)2用去离子水20ml配成溶液，作为B原料，将7.8165gCe(NO3)3·6H2O用去离子水20ml配成溶液，作为C原料，再将A、B、C原料搅拌混合后，加入4.0倍金属离子总量的乙二醇，配成初始溶液约200ml。在搅拌或超声振荡下，溶液用硝酸调至pH＝3，80℃水浴加热，直至粘度到达100-300cP。在石英玻璃基片上以2000rpm的转速用均胶机涂膜10秒钟。100℃下红外干燥或真空干燥15分钟，再次涂膜，干燥，直至到达所需厚度。在900℃煅烧4小时可得到SrCe0.90Y0.10O3纳米晶薄膜。
该薄膜具有与实施例一相近的性能。
实施例三.SrCe0.85Yb0.15O3纳米晶薄膜制备
将36ml浓硝酸加入到0.5911gYb2O3内，加热蒸干，用30ml去离子水配成溶液，作为A原料；将4.2326g Sr(NO3)2用去离子水20ml配成溶液，作为B原料，将7.3823gCe(NO3)3·6H2O用去离子水20ml配成溶液，作为C原料，再将A、B、C原料搅拌混合后，加入4倍金属离子总量的乙二醇，配成初始溶液约200ml。在搅拌或超声振荡下，溶液用硝酸调至pH＝3，80℃水浴加热，直至粘度到达100-300cP。在单晶硅基片上以2000rpm的转速用均胶机涂膜10秒钟。100℃下红外干燥或真空干燥15分钟，再次涂膜，干燥，直至到达所需厚度。在900℃煅烧4小时可得到SrCe0.85Yb0.15O3纳米晶薄膜。
该薄膜也具有与实施例一相近的性能。