一种具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有垂直孔道的SBA‑15多孔薄膜的制备方法，其以P123、SDS和C16TMAB混合作为三元表面活性剂，以酸化硅酸钠作为硅源，将两者混合制备模板溶液后，利用简单的旋涂成膜工艺技术，在硅片衬底上制备薄膜层，再通过干燥、焙烧除去其中的三元表面活性剂后，经水热处理制得具有垂直孔道的SBA‑15多孔薄膜。本发明专利技术制备方法新颖，制作成本低，制备工艺简单，所得具有垂直结构的SBA‑15薄膜能够应用于光电器件和锂电池方面的制备。

Preparation method of SBA-15 porous film with vertical channel

The present invention discloses a preparation method of SBA_15 porous film with vertical pore. It takes P123, SDS and C16TMAB as ternary surfactant, sodium silicate acidified as silicon source, mixes them to prepare template solution, and then uses simple spin-coating technology to prepare film layer on silicon substrate, and then repeats. SBA_15 porous film with vertical pore was prepared by hydrothermal treatment after the ternary surfactant was removed by drying and calcination. The preparation method of the invention is novel, the manufacturing cost is low, the preparation process is simple, and the obtained SBA_15 thin film with vertical structure can be applied to the preparation of photoelectric devices and lithium batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜的制备方法
本专利技术属于纳米光电材料与器件领域，具体涉及一种具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜的制备方法。
技术介绍
介孔氧化硅材料是一种新颖的纳米材料结构，可应用于光电器件、纳米技术、锂电池等领域。相对于其它介孔分子筛，SBA-15由于具有高的比表面积和孔容，及较高的水热稳定性、更宽的孔径调节范围，更有利于实现孔道内的异质组装，具有广泛的应用前景，因而成为材料研究领域的一大热点。SBA-15的合成条件温和，表面活性剂易除去，且不易引起结构坍塌；中性表面活性剂与中性无机前驱体间的排斥力比离子表面活性剂与带电荷的无机前驱体间的排斥力小得多，能够形成较厚的孔壁，进而提高了分子筛骨架结构的水热稳定性。近年来，人们把大量的精力投入在不同形貌的SBA-15研究中，制备出了例如均匀的球粒型、纤维状、六角棒型，薄片型SBA-15。但经研究发现，在光电器件当中，只有薄膜更加适用于在基板表面附着且更加适合器件的制备，这使这些形貌的SBA-15都无法在光电器件等方面取得良好的应用。本专利技术制备出具垂直孔道的SBA-15薄膜，其通过限域作用，可以对灌装于其内部材料的粒径进行有效控制，同时可以隔绝水和氧气，提高制备器件的稳定性。这种材料在各种定向型纳米材料的制备中将起到非常重要的模板作用，为光电器件的稳定性和整体发光性能的提升开辟了另一新的研究方向和可能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜的制备方法，其方法新颖，制作成本低，制备工艺简单，可成为垂直定向纳米材料制备的重要方法，其所得具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜用于光电器件领域，可提升光电器件的隔水隔热能力，最终提升器件水热稳定性并对其内部材料的粒径起到控制的作用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜的制备方法，其包括以下步骤：步骤S1：选取一硅片作为SBA-15多孔薄膜的衬底：步骤S2：制备三元表面活性剂，用于形成垂直结构；步骤S3：制备酸化硅酸钠溶液作为SBA-15多孔薄膜硅源；步骤S4：混合三元表面活性剂和酸化硅酸钠溶液，制备形成薄膜溶液，然后采用旋涂工艺在硅片表面制备薄膜层；步骤S5：通过干燥焙烧除去有机模板剂，制得具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜。进一步的，步骤S1中作为SBA-15多孔薄膜衬底的硅片表面有一层SiO2薄膜；所述硅片的尺寸规格为1cm×1cm，其上SiO2薄膜的厚度为10nm。进一步的，步骤S2中制备三元表面活性剂的具体方法为：将一定量的P123、SDS以及C16TMAB溶解于去离子水中，在一定温度下搅拌，再利用去离子水调整pH，制得所述三元表面活性剂。较佳的，所用P123、SDS、C16TMAB的质量比为（0.5-0.9）:（0.7-1.2）:（0.5-0.9）；其混合后的搅拌时间为1-10min，搅拌温度为35-65℃，调整后溶液的pH值为3.0-6.0。进一步的，步骤S3中制备酸化硅酸钠溶液的具体方法为：取浓硫酸溶于一定量去离子水中，加入硅酸钠溶液，经震荡搅拌后滴加一定量的氢氧化钠溶液调整pH，制得酸化硅酸钠溶液。较佳的，所用浓硫酸的浓度为98wt%，其与去离子水混合的体积比为1:100-500；硅酸钠溶液的浓度为27wt%，硅酸钠溶液与浓硫酸混合的体积比为2:（0.3-2.0）；震荡搅拌时间为10-30min；所用氢氧化钠溶液的浓度为0.5-3mol/L，pH调整至3.0-7.0。步骤S4中制备薄膜层的具体方法为：将三元表面活性剂和酸化硅酸钠溶液分别加热到一定温度后，将两种溶液迅速搅拌混合，制得薄膜溶液；然后利用旋涂工艺将薄膜溶液在硅片表面旋涂成膜，制得含薄膜层的硅片。较佳的，将三元表面活性剂和酸化硅酸钠溶液分别加热到30-70℃；三元表面活性剂和酸化硅酸钠溶液混合的质量比为1:1-2，搅拌混合的时间为1-10min；旋涂工艺的转数为1000-5000rpm。步骤S5的具体方法为：将含薄膜层的硅片放入烘箱中干燥一段时间，再在一定温度下对其进行焙烧，所得样品经水热处理得到具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜。较佳的，所述干燥的时间为0.5-2h；焙烧的处理方式为300-600℃处理3-10h；水热处理的方式为50-150℃处理12-48h。本专利技术以P123、SDS和C16TMAB作为三元表面活性剂，以酸化硅酸钠作为硅源，通过两者混合制备模板溶液，然后利用简单的旋涂成膜工艺技术，在硅片衬底上制备薄膜层，再通过干燥、焙烧除去其中的三元表面活性剂，经水热处理制得具有垂直孔道SBA-15多孔薄膜。与现有技术相比，本专利技术制备方法新颖，制作成本低，制备工艺简单。此外，通过对pH值、温度、水热条件等的控制，可实现对垂直孔道SBA-15薄膜厚度、孔径、壁厚等形貌的控制，这种材料在各种定向型纳米材料制备中将起到非常重要的模板作用，它还可以提升光电器件的隔水隔热能力，从而最终提升器件水热稳定性并对其内部材料的粒径起到控制的作用。附图说明图1为硅片衬底的结构示意图；图2为含垂直孔道SBA-15多孔层的硅片衬底的结构示意图；图3为在硅片衬底上形成的具有垂直孔道的SBA-15薄膜的结构图；标号说明：1-硅片，2-SiO2层，3-垂直孔道SBA-15多孔层，4为垂直孔道SBA-15薄膜。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例一（1）分别称取0.7313gC16TMAB、0.7198gSDS、0.5612gP123，置于一250mL烧杯中，加入150g去离子水，45℃下搅拌1min后，再加入去离子水调其pH至4.0，得三元表面活性剂；（2）取8g氢氧化钠固体于50mL烧杯中，添加适量去离子水溶解，再利用100mL容量瓶定容，制得2mol/LNaOH溶液；取150mL去离子水于500mL烧杯中，加入0.32mL浓硫酸，再加入2mL、27wt%的硅酸钠溶液，震荡搅拌10min后，滴加所得NaOH溶液至pH为4.0，得酸化硅酸钠溶液；（3）将加热至30℃的三元表面活性剂倒入30℃的酸化硅酸钠溶液中，迅速搅拌混合，制得薄膜溶液；取1cm×1cm的硅片作为衬底，采用2000rpm转速，将薄膜溶液旋涂于硅片上，在硅片表面形成一层薄膜层；（4）将旋涂完的硅片放入真空干燥箱中，在60℃下干燥1h，然后放入马弗炉中焙烧到450℃，保持3h以去除有机模板剂，再将其放入水热反应釜中，于100℃去离子水中水热处理12h，得到具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜。实施例二（1）分别称取0.7534gC16TMAB、0.9417gSDS、0.7096gP123，置于一250mL烧杯中，加入150g去离子水，55℃下搅拌5min后，再加入去离子水调其pH至5.0，得三元表面活性剂；（2）取4g氢氧化钠固体于50mL烧杯中，添加适量去离子水溶解，再利用100mL容量瓶定容，制得1mol/LNaOH溶液；取150mL去离子水于500mL烧杯中，加入0.35mL浓硫酸，再加入1.8mL、27wt%的硅酸钠溶液，震荡搅拌20min后，滴加所得NaOH溶液至pH为5.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有垂直孔道的SBA‑15多孔薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：选取一硅片作为SBA‑15多孔薄膜的衬底：步骤S2：制备三元表面活性剂；步骤S3：制备酸化硅酸钠溶液作为SBA‑15多孔薄膜硅源；步骤S4：混合三元表面活性剂和酸化硅酸钠溶液，制备形成薄膜溶液，然后采用旋涂工艺在硅片表面制备薄膜层；步骤S5：通过干燥焙烧除去有机模板剂，制得具有垂直孔道的SBA‑15多孔薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：选取一硅片作为SBA-15多孔薄膜的衬底：步骤S2：制备三元表面活性剂；步骤S3：制备酸化硅酸钠溶液作为SBA-15多孔薄膜硅源；步骤S4：混合三元表面活性剂和酸化硅酸钠溶液，制备形成薄膜溶液，然后采用旋涂工艺在硅片表面制备薄膜层；步骤S5：通过干燥焙烧除去有机模板剂，制得具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜。2.根据权利要求1所述的具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中作为SBA-15多孔薄膜衬底的硅片表面有一层SiO2薄膜；所述硅片的尺寸规格为1cm×1cm，其上SiO2薄膜的厚度为10nm。3.根据权利要求1所述的具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中制备三元表面活性剂的具体方法为：将一定量的P123、SDS以及C16TMAB溶解于去离子水中，在一定温度下搅拌，再利用去离子水调整pH，制得所述三元表面活性剂。4.根据权利要求3所述的具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜的制备方法，其特征在于：所用P123、SDS、C16TMAB的质量比为（0.5-0.9）:（0.7-1.2）:（0.5-0.9）；其混合后的搅拌时间为1-10min，搅拌温度为35-65℃，调整后溶液的pH值为3.0-6.0。5.根据权利要求1所述的具有垂直孔道的SBA-15多孔薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S3中制备酸化硅酸钠溶液的具体方法为：取浓硫酸溶于一定量去离子水中，加入硅酸钠溶液，经震荡搅拌后滴加一定量的氢氧化钠溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨尊先，郭太良，郑康，陆干臻，赵志伟，胡海龙，周雄图，陈耿旭，李福山，林媛媛，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35