掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法，通过改进的微乳液法制备出氧化钕纳米晶体，并将其掺入使用溶胶‑凝胶技术结合低温有机‑无机复合技术在二氧化钛基有机‑无机复合材料中，最后引入有机光敏功能基团，制备得到了既具有上转换发光功能，又具有光固化功能，同时又拥有优良的光波导性能的二氧化钛基有机‑无机复合光波导材料。本发明专利技术的复合薄膜及条形波导阵列在580nm波长绿光的激发下可以激发出一个明显的波长在436nm处的强烈的亮蓝色上转换发光。该制备工艺过程简单，制作成本低廉，可实现批量生产，该复合薄膜及条形光波导阵列具有光固化功能，在光子学与光电子器件制备等领域具有非常重要的应用。

Preparation of neodymium oxide composite film

【技术实现步骤摘要】
掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法
本专利技术涉及有机-无机复合薄膜材料的制备，具体涉及一种掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法。
技术介绍
超细单分散纳米颗粒由于其独特的物理性质，如尺寸量化、非线性光学行为和异常荧光等，在激光、磁性粒子、半导体等领域有着广泛的应用，超导体和金属催化剂。4)具有新颖的光学、透射特性和潜在的应用价值。它们的光学跃迁可以通过改变团簇的大小来调节。此外，近年来，人们对掺钕光学材料的黄光到紫光的转换进行了大量的研究，在彩色显示、光数据存储、传感器和光通信等领域有着广泛的应用。而溶胶-凝胶法制备的稀土掺杂玻璃在集成光放大器和激光器中具有良好的应用前景，与其他技术相比，溶胶-凝胶法制备的无机-有机复合材料具有纯度高、制造成本低等优点。溶胶-凝胶法制备的无机-有机复合材料由于其分子结构可以通过选择合适的结构元素来改变，因而在其他同类分子复合材料中表现突出，廉价微光器件的批量制作技术需求将日益迫切，促使和激励人们进行光子和光波导材料及微器件的研究和开发。近年来基于有机改性硅酸盐基复合材料在集成光电子学方面的应用，在国际上引起了科学家们极大的关注。另外钛酸盐由于其在可见光和红外波段的高透射率而被广泛用作光纤的核心材料。总之，逆微乳液技术和低温溶胶-凝胶工艺的结合对制备有源光波导薄膜具有一定发展前景。因此，我们可以直接在这种具有光敏特性的有机-无机复合材料上制备微光学元器件。但是目前没有同时引入多种功能性基团从而实现复合薄膜材料的多功能化的制备方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法，解决目前没有同时引入多种功能基团实现复合薄膜材料多功能化的制备方法。技术方案：本专利技术所述的掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备氧化钕纳米晶体；(2)将钛酸四正丁酯与乙酰丙酮混合，室温下搅拌均匀得到溶胶一；(3)将甲基-三甲氧基硅烷、无水乙醇和去离子水混合，室温下搅拌均匀后，加入浓盐酸，继续搅拌均匀得到溶胶二；(4)将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙醇和去离子水按一定比例混合后，再加入浓盐酸搅拌均匀得到溶胶三；(5)将溶胶一，溶胶二和溶胶三混合后置于室温搅拌均匀，然后在混合溶液中加入步骤(1)制得氧化钕纳米晶体，并在室温下均匀搅拌均匀；(6)在步骤(5)所得混合溶液中加入双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光引发剂，并在暗室室温下搅拌均匀后旋涂在基片上得到掺氧化钕复合薄膜材料。其中，所述步骤(1)具体为：(S1)将环己烷，硝酸钕水溶液、壬基酚聚氧乙烯五醚和壬基酚聚氧乙烯九醚按一定比例混合，室温下搅拌均匀得到溶液一；(S2)将环己烷、草酸水溶液、壬基酚聚氧乙烯五醚和壬基酚聚氧乙烯九醚混合，室温下搅拌均匀得到溶液二；(S3)将溶液一和溶液二混合后置于室温搅拌均匀后静置得到混合微乳液；(S4)将步骤(S3)得到的混合微乳液通过离心机离心后，用无水乙醇清洗并干燥得到草酸钕粉末；(S5)将步骤(S4)得到的草酸钕粉末煅烧，得到氧化钕纳米晶体。所述步骤(S1)中环己烷、硝酸钕水溶液、壬基酚聚氧乙烯五醚和壬基酚聚氧乙烯九醚的质量比为16:5:2:1，搅拌时间为1-1.5小时。所述步骤(S2)中环己烷、草酸水溶液、壬基酚聚氧乙烯五醚和壬基酚聚氧乙烯九醚的质量比为16:5:2:1，搅拌时间为1-1.5小时。所述步骤(S3)中搅拌时间为20分钟，静置时间为12小时，所述步骤(S4)中离心转速为9000转/分，离心时间为30分钟，并用乙醇清洗5次，干燥时间为8-12小时，所述步骤(S5)中煅烧温度为800-900℃，煅烧时间为1-2小时。所述步骤(2)中钛酸四正丁酯与乙酰丙酮的摩尔比为1:4，搅拌时间为1-1.5小时。所述步骤(3)中3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇和去离子水的摩尔比为1:4:4，搅拌0.5-1h后，滴入一滴浓盐酸，继续搅拌为1-1.5小时。所述步骤(4)中甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙醇和去离子水的摩尔比为1:4:4，搅拌时间为1-1.5小时。所述步骤(5)中混合时溶胶一中钛酸四正丁酯，溶胶二中3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和溶胶三中甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷摩尔比为0.2:0.4:0.4、0.3:0.35:0.35、0.4:0.3:0.3或0.5:0.25:0.25，加入氧化钕纳米晶的质量分数为1％、2％、5％或7％，搅拌时间为24-40小时。所述步骤(6)中加入的双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦质量占混合溶液总质量的2％，搅拌时间是1-2小时。有益效果：本专利技术采用改进的反向微乳液法制备微纳级别氧化钕粒子，通过增加离心机转速、增加离心时间获得纯度更高的草酸钕粒子，又通过提高煅烧温度，得到了更高的结晶度，更小的晶粒尺寸、更规则的晶体形貌。这是因为氧化钕的熔点较高，900℃的煅烧温度可以将氧化钕分子的组装结构全部破坏掉,形成分子链形式，从而得到更高的结晶度，分子链排列也越规则。又将氧化钕纳米晶体与有机光敏功能基团同时引入二氧化钛基有机-无机复合材料中，实现了复合薄膜的多功能化。首先，引入氧化钕纳米晶体使得该复合薄膜具有上转换发光功能；其次，有机光敏功能基团的引入，使得该复合薄膜具有光固化功能，可通过光学光刻、紫外软压印等微纳加工技术直接在此复合薄膜上制备条形光波导阵列、微透镜阵列、光栅等微光学结构与器件，本专利技术结合了有机材料和无机材料各自的优点，具有较高的光学透过率、可调的折射率、较大的硬度、比较好的耐磨性，低温下即可得到数微米厚的单层高光学质量薄膜，在上转换发光以及微光学元器件等领域具有重要的应用价值。附图说明图1是实施例1中得到光波导薄膜的氧化钕纳米晶体的透射电镜图；图2是实施例2中得到光波导薄膜在不同温度下的上转换发光光谱图；图3是实施例3中得到光波导薄膜在不同热处理温度下的紫外-可见吸收光谱图；图4是实施例4中得到光波导薄膜压印后条形波导阵列结构的光学显微镜图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术进行进一步说明。实施例1首先制备氧化钕纳米晶体，具体步骤包括：1)将环己烷，硝酸钕水溶液、壬基酚聚氧乙烯五醚和壬基酚聚氧乙烯九醚按16:5:2:1混合，室温下搅拌1-1.5小时均匀得到溶液一；2)将环己烷、草酸水溶液、壬基酚聚氧乙烯五醚和壬基酚聚氧乙烯九醚按16:5:2:1混合，室温下搅拌1-1.5小时均匀得到溶液二；3)将溶液一和溶液二混合后置于室温搅拌10-20分钟均匀后静置8-12小时得到混合微乳液；4)将步骤(S3)得到的混合微乳液通过离心机以9000转/分离心30分钟后，用无水乙醇清洗并干燥得到草酸钕粉末；5)将步骤(S4)得到的草酸钕粉末900℃煅烧2小时，得到氧化钕纳米晶体。然后制备掺氧化钕复合薄膜材料，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)制备氧化钕纳米晶体；/n(2)将钛酸四正丁酯与乙酰丙酮混合，室温下搅拌均匀得到溶胶一；/n(3)将甲基-三甲氧基硅烷、无水乙醇和去离子水混合，室温下搅拌均匀后，加入浓盐酸，继续搅拌均匀得到溶胶二；/n(4)将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙醇和去离子水按一定比例混合后，再加入浓盐酸搅拌均匀得到溶胶三；/n(5)将溶胶一，溶胶二和溶胶三混合后置于室温搅拌均匀，然后在混合溶液中加入步骤(1)制得氧化钕纳米晶体，并在室温下均匀搅拌均匀；/n(6)在步骤(5)所得混合溶液中加入双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光引发剂，并在暗室室温下搅拌均匀后旋涂在衬底上得到掺氧化钕复合薄膜材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备氧化钕纳米晶体；
(2)将钛酸四正丁酯与乙酰丙酮混合，室温下搅拌均匀得到溶胶一；
(3)将甲基-三甲氧基硅烷、无水乙醇和去离子水混合，室温下搅拌均匀后，加入浓盐酸，继续搅拌均匀得到溶胶二；
(4)将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙醇和去离子水按一定比例混合后，再加入浓盐酸搅拌均匀得到溶胶三；
(5)将溶胶一，溶胶二和溶胶三混合后置于室温搅拌均匀，然后在混合溶液中加入步骤(1)制得氧化钕纳米晶体，并在室温下均匀搅拌均匀；
(6)在步骤(5)所得混合溶液中加入双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光引发剂，并在暗室室温下搅拌均匀后旋涂在衬底上得到掺氧化钕复合薄膜材料。


2.根据权利要求1所述的掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：
(S1)将环己烷，硝酸钕水溶液、壬基酚聚氧乙烯五醚和壬基酚聚氧乙烯九醚按一定比例混合，室温下搅拌均匀得到溶液一；
(S2)将环己烷、草酸水溶液、壬基酚聚氧乙烯五醚和壬基酚聚氧乙烯九醚混合，室温下搅拌均匀得到溶液二；
(S3)将溶液一和溶液二混合后置于室温搅拌均匀后静置得到混合微乳液；
(S4)将步骤(S3)得到的混合微乳液通过离心机离心后，用无水乙醇清洗并干燥得到草酸钕粉末；
(S5)将步骤(S4)得到的草酸钕粉末煅烧，得到氧化钕纳米晶体。


3.根据权利要求2所述的掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(S1)中环己烷、硝酸钕水溶液、壬基酚聚氧乙烯五醚和壬基酚聚氧乙烯九醚的质量比为16:5:2:1，搅拌时间为1-1.5小时。


4.根据权利要求2所述的掺氧化钕复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(S2)中环己烷、草酸水溶液、壬基酚聚氧乙烯五醚和壬...

【专利技术属性】
技术研发人员：葸宇浩，张雪花，胡芳仁，张伟，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32