一种采用均相水热法制备SMOHSUB3/SUB/ZNO复合薄膜的方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410280901.0

申请日:

2014.06.20

公开号:

CN104071821A

公开日:

2014.10.01

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C01F 17/00申请日:20140620|||公开

IPC分类号:

C01F17/00; C01G9/02

主分类号:

C01F17/00

申请人:

陕西科技大学

发明人:

殷立雄; 王菲菲; 黄剑锋; 王丹; 郝巍; 李嘉胤

地址:

710021 陕西省西安市未央区大学园1号

优先权:

专利代理机构:

西安通大专利代理有限责任公司 61200

代理人:

蔡和平

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内容摘要

一种采用均相水热法制备Sm(OH)3/ZnO复合薄膜的方法:将一定量分析纯Sm(NO3)3·6H2O和Zn(NO3)3·6H2O以1:0.2~1:2的摩尔比溶于适量蒸馏水中制得溶液A;采用分析纯氢氧化钠调节溶液A的pH至7~13,继续搅拌1~2h形成反应前驱液;将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在80~200℃下反应12~48h,反应结束后自然冷却至室温;打开水热釜,将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤4~6次,并置于40~60℃电热真空干燥箱内干燥0.5~2h即在基板表面获得Sm(OH)3/ZnO复合薄膜。

权利要求书

1.  一种采用均相水热法制备Sm(OH)3/ZnO复合薄膜的方法,其特征在于包括以下步骤:
1)将分析纯的Sm(NO3)3·6H2O和Zn(NO3)3·6H2O以1:0.2~1:2的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A;
2)在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的pH至7~13,继续搅拌1~2h形成反应前驱液;
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在80~200℃下水热反应12~48h,反应结束后自然冷却至室温;
4)将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤4~6次,置于40~60℃电热真空干燥箱内干燥0.5~2h,即在基板表面获得Sm(OH)3/ZnO复合薄膜。

2.
  根据权利要求1所述的均相水热法制备Sm(OH)3/ZnO复合薄膜方法:其特征在于:所述的均相水热反应的溶剂为蒸馏水。

说明书

一种采用均相水热法制备Sm(OH)3/ZnO复合薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种纳米半导体复合材料的制备方法,具体涉及一种均相水热法制备Sm(OH)3/ZnO复合薄膜的方法。 
背景技术
Sm(OH)3是一种白色粉末,不溶于水,易溶于无机酸。Sm(OH)3作为典型的稀土金属氢氧化物材料,纳米级的Sm(OH)3兼具有稀土和纳米材料的特性,在高效率发光器件、磁性材料、催化材料等功能材料的多个领域具有潜在的应用价值。ZnO一种白色粉末,不溶于水、乙醇和氨水。纳米氧化锌由于粒径小、比表面积大而具有小尺寸效应,表面效应和量子尺寸效应等,表现出独特的压电特性、高电导率、光催化性能以及散射和吸收紫外线的能力。纳米氧化锌作为功能材料具有优异的光催化性能,其体相材料的禁带宽度为3.2eV。紫外光照射下纳米氧化锌有光催化剂的作用。纳米氧化锌具有一定的光催化活性,价格低廉,在光催化领域具有十分广阔的应用前景。而纳米复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。Sm(OH)3和ZnO都具有较好的光催化性能,两者复合,产生协同作用,能够获得更优的光催化性能。 
薄膜的表面性质,如暴露晶面、晶体结构和形态、粒径尺寸以及薄膜厚度等,在其电学、光学和气体敏感性能的控制中扮演了重要的角色。另外,薄膜具有多孔状结构,表面积大,有利于催化方面的应用,可使催化效率大 大提高。故制备复合薄膜Sm(OH)3/ZnO具有很大的应用价值。本发明提出了一种简单的均相水热法制备Sm(OH)3/ZnO复合薄膜的方法。 
目前所报道的制备薄膜的方法主要为真空蒸镀法[DAKHEL A A.Dielectric and optical properities of samarium oxide thin films[J].Alloys compd,2004,365:233-239]、溶胶-凝胶法[Ching-Feng Lia.NH3sensing properties of ZnO thin films prepared via sol–gel method[J].Journal of Alloys and Compounds,2014,5(606):27-31]、水热法[Zelalem N.Urgessa.Hydrothermal synthesis of ZnO thin films and its electrical characterization[J].Materials Letters.2012,15(79):266-269]。其中真空蒸镀法制备薄膜对设备要求很高,设备仪器比较昂贵,对原料利用率小;溶胶-凝胶法工艺过程温度低,但反应周期长,而且后处理比较繁琐;与真空蒸镀法、溶胶-凝胶法相比,水热法制备薄膜在液相中一次完成,不受基片形状和尺寸的限制,不需后期的净化热热处理,避免了薄膜在热处理过程中可能导致的开裂、卷曲等缺陷,且以无机物为前驱物,水为反应介质,原料易得,降低了制备成本,而且在普通水热的基础上加上搅拌,使反应更充分。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种设备要求低、工艺简单,且操作简便、能耗低、容易控制、安全性好的采用均相水热法制备光催化性能好的Sm(OH)3/ZnO复合薄膜的方法。 
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是: 
1)将分析纯的Sm(NO3)3·6H2O和Zn(NO3)3·6H2O以1:0.2~1:2的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A; 
2)在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的pH至7~13,继续搅拌1~2h形成反应前驱液; 
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在80~200℃下水热反应12~48h,反应结束后自然冷却至室温; 
4)将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤4~6次,置于40~60℃电热真空干燥箱内干燥0.5~2h,即在基板表面获得Sm(OH)3/ZnO复合薄膜。 
所述的均相水热反应的溶剂为蒸馏水。 
本发明反应介质为水溶液,安全性高,反应原料易得,可行性强,工艺设备简单。利用均相搅拌使反应更充分均匀,制得具有较好光催化活性的Sm(OH)3/ZnO复合薄膜。利用氢氧化钠调节反应体系的pH,制得的前驱体,倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中反应,所得的Sm(OH)3/ZnO复合薄膜厚度均一。该反应的原料易得且成本低,工艺设备简单,能耗低,且该反应在常压下进行,以水做为反应溶剂,安全性好,可行性强,所以非常经济、实用,具有很好的工业化前景。 
附图说明
图1是本发明所制备Sm(OH)3/ZnO复合薄膜的XRD图; 
具体实施方式
实施例1: 
1)将分析纯的Sm(NO3)3·6H2O和Zn(NO3)3·6H2O以1:0.2的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A; 
2)在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的pH至7,继续搅 拌1~2h形成反应前驱液; 
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在80℃下以蒸馏水为溶剂水热反应12h,反应结束后自然冷却至室温; 
4)将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤4~6次,置于40℃电热真空干燥箱内干燥0.5h,即在基板表面获得Sm(OH)3/ZnO复合薄膜。 
实施例2: 
1)将分析纯的Sm(NO3)3·6H2O和Zn(NO3)3·6H2O以1:0.5的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A; 
2)在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的pH至9,继续搅拌1~2h形成反应前驱液; 
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在100℃下以蒸馏水为溶剂水热反应24h,反应结束后自然冷却至室温; 
4)将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤4~6次,置于50℃电热真空干燥箱内干燥1h,即在基板表面获得Sm(OH)3/ZnO复合薄膜。 
实施例3: 
1)将分析纯的Sm(NO3)3·6H2O和Zn(NO3)3·6H2O以1:0.8的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A; 
2)在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的pH至11,继续搅拌1~2h形成反应前驱液; 
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中, 封釜后放入均相反应仪中,在120℃下以蒸馏水为溶剂水热反应24h,反应结束后自然冷却至室温; 
4)将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤4~6次,置于60℃电热真空干燥箱内干燥1h,即在基板表面获得Sm(OH)3/ZnO复合薄膜。 
实施例4: 
1)将分析纯的Sm(NO3)3·6H2O和Zn(NO3)3·6H2O以1:1的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A; 
2)在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的pH至12,继续搅拌1~2h形成反应前驱液; 
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在160℃下以蒸馏水为溶剂水热反应48h,反应结束后自然冷却至室温; 
4)将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤4~6次,置于60℃电热真空干燥箱内干燥1h,即在基板表面获得Sm(OH)3/ZnO复合薄膜。 
实施例5: 
1)将分析纯的Sm(NO3)3·6H2O和Zn(NO3)3·6H2O以1:2的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A; 
2)在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的pH至13,继续搅拌1~2h形成反应前驱液; 
3)将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在200℃下以蒸馏水为溶剂水热反应24h,反应结束后自然冷却至室温; 
4)将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤4~6次,置于60℃电热真空干燥箱内干燥2h,即在基板表面获得Sm(OH)3/ZnO复合薄膜。 
图1是本发明所制备Sm(OH)3/ZnO复合薄膜的XRD图,从图中可以看到Sm(OH)3和ZnO的特征衍射峰。 

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1、10申请公布号CN104071821A43申请公布日20141001CN104071821A21申请号201410280901022申请日20140620C01F17/00200601C01G9/0220060171申请人陕西科技大学地址710021陕西省西安市未央区大学园1号72发明人殷立雄王菲菲黄剑锋王丹郝巍李嘉胤74专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人蔡和平54发明名称一种采用均相水热法制备SMOH3/ZNO复合薄膜的方法57摘要一种采用均相水热法制备SMOH3/ZNO复合薄膜的方法将一定量分析纯SMNO336H2O和ZNNO336H2O以10212的摩尔比溶于适量蒸。

2、馏水中制得溶液A;采用分析纯氢氧化钠调节溶液A的PH至713,继续搅拌12H形成反应前驱液;将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在80200下反应1248H,反应结束后自然冷却至室温;打开水热釜,将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤46次,并置于4060电热真空干燥箱内干燥052H即在基板表面获得SMOH3/ZNO复合薄膜。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10申请公布号CN104071821ACN104071821A1/1页21一种采用均相水热法制备SMOH3/。

3、ZNO复合薄膜的方法,其特征在于包括以下步骤1将分析纯的SMNO336H2O和ZNNO336H2O以10212的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A;2在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的PH至713,继续搅拌12H形成反应前驱液;3将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在80200下水热反应1248H,反应结束后自然冷却至室温;4将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤46次,置于4060电热真空干燥箱内干燥052H,即在基板表面获得SMOH3/ZNO复合薄膜。2根据权利要求1所述的均相水热法制备SMOH3/ZNO复合薄膜方法其特征在于所述的均相水热反应的溶。

4、剂为蒸馏水。权利要求书CN104071821A1/3页3一种采用均相水热法制备SMOH3/ZNO复合薄膜的方法技术领域0001本发明涉及一种纳米半导体复合材料的制备方法,具体涉及一种均相水热法制备SMOH3/ZNO复合薄膜的方法。背景技术0002SMOH3是一种白色粉末,不溶于水,易溶于无机酸。SMOH3作为典型的稀土金属氢氧化物材料,纳米级的SMOH3兼具有稀土和纳米材料的特性,在高效率发光器件、磁性材料、催化材料等功能材料的多个领域具有潜在的应用价值。ZNO一种白色粉末,不溶于水、乙醇和氨水。纳米氧化锌由于粒径小、比表面积大而具有小尺寸效应,表面效应和量子尺寸效应等,表现出独特的压电特性、。

5、高电导率、光催化性能以及散射和吸收紫外线的能力。纳米氧化锌作为功能材料具有优异的光催化性能,其体相材料的禁带宽度为32EV。紫外光照射下纳米氧化锌有光催化剂的作用。纳米氧化锌具有一定的光催化活性,价格低廉,在光催化领域具有十分广阔的应用前景。而纳米复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。SMOH3和ZNO都具有较好的光催化性能,两者复合,产生协同作用,能够获得更优的光催化性能。0003薄膜的表面性质,如暴露晶面、晶体结构和形态、粒径尺寸以及薄。

6、膜厚度等,在其电学、光学和气体敏感性能的控制中扮演了重要的角色。另外,薄膜具有多孔状结构,表面积大,有利于催化方面的应用,可使催化效率大大提高。故制备复合薄膜SMOH3/ZNO具有很大的应用价值。本发明提出了一种简单的均相水热法制备SMOH3/ZNO复合薄膜的方法。0004目前所报道的制备薄膜的方法主要为真空蒸镀法DAKHELAADIELECTRICANDOPTICALPROPERITIESOFSAMARIUMOXIDETHINFILMSJALLOYSCOMPD,2004,365233239、溶胶凝胶法CHINGFENGLIANH3SENSINGPROPERTIESOFZNOTHINFILMS。

7、PREPAREDVIASOLGELMETHODJJOURNALOFALLOYSANDCOMPOUNDS,2014,56062731、水热法ZELALEMNURGESSAHYDROTHERMALSYNTHESISOFZNOTHINLMSANDITSELECTRICALCHARACTERIZATIONJMATERIALSLETTERS2012,1579266269。其中真空蒸镀法制备薄膜对设备要求很高,设备仪器比较昂贵,对原料利用率小;溶胶凝胶法工艺过程温度低,但反应周期长,而且后处理比较繁琐;与真空蒸镀法、溶胶凝胶法相比,水热法制备薄膜在液相中一次完成,不受基片形状和尺寸的限制,不需后期的净化热。

8、热处理,避免了薄膜在热处理过程中可能导致的开裂、卷曲等缺陷,且以无机物为前驱物,水为反应介质,原料易得,降低了制备成本,而且在普通水热的基础上加上搅拌,使反应更充分。发明内容说明书CN104071821A2/3页40005本发明的目的在于提供一种设备要求低、工艺简单,且操作简便、能耗低、容易控制、安全性好的采用均相水热法制备光催化性能好的SMOH3/ZNO复合薄膜的方法。0006为达到上述目的,本发明采用的技术方案是00071将分析纯的SMNO336H2O和ZNNO336H2O以10212的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A;00082在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的PH至713,继续搅。

9、拌12H形成反应前驱液;00093将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在80200下水热反应1248H,反应结束后自然冷却至室温;00104将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤46次,置于4060电热真空干燥箱内干燥052H,即在基板表面获得SMOH3/ZNO复合薄膜。0011所述的均相水热反应的溶剂为蒸馏水。0012本发明反应介质为水溶液,安全性高,反应原料易得,可行性强,工艺设备简单。利用均相搅拌使反应更充分均匀,制得具有较好光催化活性的SMOH3/ZNO复合薄膜。利用氢氧化钠调节反应体系的PH,制得的前驱体,倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置。

10、于其中,封釜后放入均相反应仪中反应,所得的SMOH3/ZNO复合薄膜厚度均一。该反应的原料易得且成本低,工艺设备简单,能耗低,且该反应在常压下进行,以水做为反应溶剂,安全性好,可行性强,所以非常经济、实用,具有很好的工业化前景。附图说明0013图1是本发明所制备SMOH3/ZNO复合薄膜的XRD图;具体实施方式0014实施例100151将分析纯的SMNO336H2O和ZNNO336H2O以102的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A;00162在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的PH至7,继续搅拌12H形成反应前驱液;00173将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后。

11、放入均相反应仪中,在80下以蒸馏水为溶剂水热反应12H,反应结束后自然冷却至室温;00184将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤46次,置于40电热真空干燥箱内干燥05H,即在基板表面获得SMOH3/ZNO复合薄膜。0019实施例200201将分析纯的SMNO336H2O和ZNNO336H2O以105的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A;00212在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的PH至9,继续搅拌12H形成反应前驱液;00223将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在100下以蒸馏水为溶剂水热反应24H,反应结束后自然冷却至室温;说明书CN10407。

12、1821A3/3页500234将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤46次,置于50电热真空干燥箱内干燥1H,即在基板表面获得SMOH3/ZNO复合薄膜。0024实施例300251将分析纯的SMNO336H2O和ZNNO336H2O以108的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A;00262在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的PH至11,继续搅拌12H形成反应前驱液;00273将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在120下以蒸馏水为溶剂水热反应24H,反应结束后自然冷却至室温;00284将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤46次,置于60电热真空干燥箱内干燥1H,即。

13、在基板表面获得SMOH3/ZNO复合薄膜。0029实施例400301将分析纯的SMNO336H2O和ZNNO336H2O以11的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A;00312在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的PH至12,继续搅拌12H形成反应前驱液;00323将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在160下以蒸馏水为溶剂水热反应48H,反应结束后自然冷却至室温;00334将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤46次,置于60电热真空干燥箱内干燥1H,即在基板表面获得SMOH3/ZNO复合薄膜。0034实施例500351将分析纯的SMNO336H2O和ZN。

14、NO336H2O以12的摩尔比溶于蒸馏水中制得溶液A;00362在磁力搅拌下采用分析纯的氢氧化钠调节溶液A的PH至13,继续搅拌12H形成反应前驱液;00373将反应前驱液倒入均相水热反应釜中,将已清洁好的基片置于其中,封釜后放入均相反应仪中,在200下以蒸馏水为溶剂水热反应24H,反应结束后自然冷却至室温;00384将基片用蒸馏水和无水乙醇洗涤46次,置于60电热真空干燥箱内干燥2H,即在基板表面获得SMOH3/ZNO复合薄膜。0039图1是本发明所制备SMOH3/ZNO复合薄膜的XRD图,从图中可以看到SMOH3和ZNO的特征衍射峰。说明书CN104071821A1/1页6图1说明书附图CN104071821A。

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