具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜，其一级孔的直径为1‑5μm，二级孔的直径为500‑800nm，三级孔的直径为1‑8nm。其制备方法包括以下步骤：(1)将造孔剂溶解于乙醇中，然后加入多通孔SnO2纳米颗粒，超声震荡，得到SnO2‑有机物混合溶液；(2)使用印刷技术将SnO2‑有机物混合溶液均匀涂覆到基板上，并在加热电板上烘烤，得到多孔SnO2‑有机物混合薄膜；(3)将得到的多孔SnO2‑有机物混合薄膜依次进行第一升温、第一保温、第二升温、第二保温过程，得到所述具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜。所述具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜可用于光电传感器、气敏传感器等领域，其具有尺寸可控、分布均匀性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及多孔薄膜及其制备方法，具体涉及一种具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，仿生结构材料已经成为材料研究领域的一个重点和研究热点。模仿生物结构，制备具有生物结构或者类生物结构的材料是一种获得优质材料的良好方法。例如，有研究人员以荷叶作为模板，在其上利用PDMS(聚二甲基硅氧烷)做复型，制备出具有荷叶结构的PDMS薄膜，进而做成柔性应变传感器。研究发现，荷叶结构的PDMS柔性应变传感器具有优异的性能，例如具有很高的响应灵敏度，响应时间最佳可达5s，在探测浓度一定的情况下，进一步缩短响应时间将变得十分困难，特别是在进一步提高性能的同时降低制备成本变得异常困难。等级孔结构是自然界生物进化过程中得到的一种优异的结构，具有传输效率高、反应效率高、选择效果高等众多优点。研究人员发现，当具有三种及以上等级孔结构时，由这类材料的构造的器件的性能将会出现一个巨大的提升。例如，具有三级孔的Li电池的效率是常规电池的25倍。因此，制备三级孔及以上的等级孔成为了研究人员不懈努力的目标。目前已有研究人员成功制备出了三级孔结构材料，然而，他们是通过三步法制备的，首先，利用水解金属醇盐获得通孔的纳米微球；第二步，使用交联剂纳米微球形成中孔径的多孔片体；第三步，使多孔片体连接在一起，并在链接区域形成孔径更大的孔，从而获得具有三级孔结构的超薄薄膜。为了提高使用效率，再使用layer-on-layer的方法获得三维的三级孔薄膜。这种方法工艺步骤较多，容易增加成本，如果简单的省略一些工艺步骤又会导致性能下降。因而，通过简单的方法制备低成本三级孔薄膜材料具有重要的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜。或者，本专利技术提供一种可用于光电传感器、气敏传感器、LED等领域的三级孔结构SnO2多孔薄膜，其具有尺寸可控、分布均匀性好的优点。本专利技术的另一目的在于提供上述具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜的制备方法。本专利技术的又一目的在于提供上述具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜的应用。本专利技术采用以下技术方案：一种具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜，其中一级孔的直径为1-5μm，二级孔的直径为500-800nm，三级孔的直径为1-8nm。可选地，一种具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜，其中一级孔的直径为1-3μm，二级孔的直径为500-650nm，三级孔的直径为1-4nm。可选地，一种具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜，其中一级孔的直径为3-5μm，二级孔的直径为650-800nm，三级孔的直径为4-8nm。一种具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)制备SnO2-有机物混合溶液：将造孔剂溶解于乙醇中(可以搅拌，例如磁力搅拌，搅拌时间可以为30-60min)，然后加入多通孔SnO2纳米颗粒，超声震荡，得到SnO2-有机物混合溶液，通孔(三级孔)的直径为1-8nm；(2)制备多孔SnO2-有机物混合薄膜：使用印刷技术将SnO2-有机物混合溶液均匀涂覆到基板上，并在加热电板上烘烤，得到多孔SnO2-有机物混合薄膜；(3)烧结：将得到的多孔SnO2-有机物混合薄膜依次进行第一升温、第一保温、第二升温、第二保温过程，得到所述具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜。进一步地，步骤(1)中所述造孔剂为P123和/或F127。进一步地，P123为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，分子式为PEO-PPO-PEO。F127为嵌段聚醚，分子式为H(OCH2CH2)x(OCH2CHCH3)y(OCH2CH2)zOH。进一步地，步骤(1)中所述多通孔SnO2纳米颗粒：造孔剂：乙醇的配比为0.1-0.5g：0.05-0.2g：30-150mL。可选地，所述多通孔SnO2纳米颗粒：造孔剂：乙醇的配比为0.1-0.3g：0.05-0.1g：30-90mL。可选地，所述多通孔SnO2纳米颗粒：造孔剂：乙醇的配比为0.3-0.5g：0.1-0.2g：90-150mL。进一步地，步骤(1)中所述多通孔SnO2纳米颗粒的直径为30-80nm。可选地，所述多通孔SnO2纳米颗粒的直径为30-50nm。可选地，所述多通孔SnO2纳米颗粒的直径为50-80nm。进一步地，步骤(1)中超声震荡的时间为10-120min。可选地，超声震荡的时间为10-70min。可选地，超声震荡的时间为70-120min。进一步地，步骤(2)中烘烤的温度为80-100℃，时间为10-30min。进一步地，步骤(2)印刷所用模板的孔径为10-200μm，孔径的中心距离为25-500μm。进一步地，步骤(2)中基板为石英、硅片、蓝宝石、金属、玻璃中的至少一种，基板尺寸至少为5乘以5cm。进一步地，步骤(3)的烧结过程可以在箱式炉中进行。有机物造孔剂在高温下分解形成二级孔，二级孔的直径为500-800nm；印刷形成的孔经高温烧结保留下来的孔为一级孔，其直径为1-5μm。进一步地，步骤(3)中第一升温过程为以每分钟1-5min的速率升温到300℃(例如从室温开始升温)；第一保温过程的保温时间为25-35min(例如30min)；第二升温过程为以每分钟3-15min的速率升温到600-900℃。进一步地，第二保温过程的保温时间为30-240min；可选地，为30-100min；可选地，为100-180min；可选地，为180-240min。一种具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜的应用，所述具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜用于光电探测器、气敏探测器或太阳能电池中。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术适用范围广，可以在多种大尺寸衬底上实现各种三级孔结构SnO2多孔薄膜的可控生长，衬底包括Si、蓝宝石、金属、玻璃等等，有利于降低生产成本5-10％；(2)本专利技术的制备设备成熟，工艺简单，生产效率高，成本低廉，方便大规模工业生产应用；(3)本专利技术制备的三级孔结构SnO2多孔薄膜适用范围广，可以在光电探测器、气敏探测器和太阳能电池等领域发挥积极作用。附图说明图1是本专利技术实施例1中多通孔SnO2纳米颗粒的扫描电子显微镜(SEM)照片；图2是本专利技术实施例1制备的多孔SnO2-有机物混合薄膜的SEM照片；图3是本专利技术实施例1制备的多孔SnO2-有机物混合薄膜的二级孔的SEM照片；图4是应用本专利技术实施例1的具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜制备的光电探测器的示意图(11为具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜，12为金属Au电极)；图5是应用本专利技术实施例1的具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜制备的气敏探测器的示意图(11为具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜，22为金属Pt电极)。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，现结合以下具体实施例做进一步说明，但是本专利技术不限于具体实施例。实施例1一种具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)制备SnO2-有机物混合溶液：将造孔剂P123完全溶解于乙醇中(磁力搅拌30min)，然后加入直径为40nm的多通孔SnO2纳米颗粒，超声震荡60min，多通孔SnO2纳米颗粒均匀分散到造孔剂和乙醇的溶液当中，得到SnO2-有机物混合溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜，其特征在于，其中一级孔的直径为1‑5μm，二级孔的直径为500‑800nm，三级孔的直径为1‑8nm。

【技术特征摘要】
1.具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜，其特征在于，其中一级孔的直径为1-5μm，二级孔的直径为500-800nm，三级孔的直径为1-8nm。2.根据权利要求1所述的具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备SnO2-有机物混合溶液：将造孔剂溶解于乙醇中，然后加入多通孔SnO2纳米颗粒，超声震荡，得到SnO2-有机物混合溶液；(2)制备多孔SnO2-有机物混合薄膜：使用印刷技术将SnO2-有机物混合溶液均匀涂覆到基板上，并在加热电板上烘烤，得到多孔SnO2-有机物混合薄膜；(3)烧结：将得到的多孔SnO2-有机物混合薄膜依次进行第一升温、第一保温、第二升温、第二保温过程，得到所述具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜。3.根据权利要求2所述的具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述造孔剂为P123和/或F127。4.根据权利要求2所述的具有三级孔结构的SnO2多孔薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述多通孔SnO2纳米颗粒：造孔剂：乙醇的配比为0.1-0.5g：0.05-0.2g：30-150mL。5.根据权利要求2所述的具...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨为家，陈柏桦，何鑫，陈梅，刘俊杰，刘铭全，王诺媛，徐维，赵丽特，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44