一种无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜的制备方法及应用，包括：取稀土金属盐和MnC4H6O4·

【技术实现步骤摘要】
一种无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及光电导薄膜制备
，具体涉及一种无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]光电导材料是一种重要的信息功能材料，可在光照(如X射线、紫外、可见、红外、太赫兹波等)条件下产生非平衡载流子，引起其电性能发生变化，能灵敏、快速地将接收到的光信号转换成相应的电信号，广泛应用于光电探测、光通讯、工业监控、夜视成像、导弹制导等领域。之前，人们关注较多的是紫外、红外及太赫兹波光电导材料，而对可见光电导材料的研究却相对较少。实际上，约占太阳光谱总量43％的可见光具有频谱(颜色)丰富、密度高、空间分辨率高等特性，如何利用可见光电导材料对不同颜色光的响应性差异进行多态信息存储、无线传输及高精探测，已成为当前该领域的研究前沿。其中，金属硫化物(如CdS、PdS]等)及硒化物(如CdSe等)对可见光吸收能力强、光电转换效率高，当前研究最多、应用最广。但是，这些硫化物及硒化物稳定性差、毒性较大，在使用过程中不仅容易引起人体中毒，而且会导致环境污染，这也极大地限制了其应用。近年来，国内外学者研究表明，具有ABO3型钙钛矿或类钙钛矿结构的无机复合氧化物，如LaCoO3，表现出明显的可见光电导效应；而且，该类材料具有晶体结构的高度可调性，可以通过结构调整有效调控其可见光响应行为。而钙钛矿结构锰氧化物RMnO3(R＝La、Pr、Nd、Sm、Eu)，由于具有电荷与轨道有序、相分离等特性，尤其是B位锰离子的变价，而具有巨磁电阻效应、光催化活性、气敏效应等，应用领域颇广。
[0003]如能将RMnO3外延薄膜用作光电导材料，不仅可以解决传统金属硫化物及硒化物等光电导材料稳定性差、有毒的问题，而且可借助单晶衬底对外延薄膜生长的诱导和限制作用，调节RMnO3外延薄膜所受的应力和结构畸变，实现对薄膜光电特性的调控，这是光电材料领域一个重要的发展法向。目前，还没有RMnO3薄膜用作可见光电导材料的相关专利或文献报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0005]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、取稀土金属盐和MnC4H6O4·
4H2O加入乙醇中，得到混合溶液；
[0007]步骤二、在搅拌中，在混合溶液中先后加入一水柠檬酸和聚合物，在50～65℃下反应温度下搅拌、加热回流8～12h，得到提拉溶胶；
[0008]步骤三、将单晶衬底依次用去离子水、丙酮超声清洗15～30min，在75～85℃下烘
干；将烘干后的单晶衬底置于浸渍提拉镀膜机上，将提拉溶胶置于浸渍提拉镀膜机内，设置浸渍提拉参数，浸渍提拉得到薄膜；
[0009]步骤四、将浸渍提拉得到的薄膜置于马弗炉中烧结，烧结过称为：以1℃/min升温至500℃，保温15～30min，以10℃/min升温至600～900℃，保温2h，然后以1℃/min速率降至室温，即制得无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜。
[0010]优选的是，所述稀土金属盐为硝酸镧、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铕中的任意一种；所述步骤三中，设置浸渍提拉参数为下降速率5000μm/s，停留时间为10s；提拉速率为1000～5000μm/s；所述单晶衬底为LaSrAlO4、LaAlO3、(LaAlO3)
0.3
(Sr2AlTaO6)
0.7
、SrTiO3单晶衬底中的任意一种。
[0011]优选的是，所述步骤一中，稀土金属盐和MnC4H6O4·
4H2O的摩尔比为1:1；所述混合溶液中稀土金属盐的浓度为0.1～0.3mol/L；所述混合溶液中MnC4H6O4·
4H2O的浓度为0.1～0.3mol/L。
[0012]优选的是，所述步骤二中，一水柠檬酸与MnC4H6O4·
4H2O的摩尔比为5.5～6.5：1；所述聚合物与MnC4H6O4·
4H2O的质量比为1:2～5。
[0013]优选的是，所述聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的一种或几种的混合。
[0014]优选的是，所述聚合物为质量比为3:0.5:0.1的聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇。
[0015]优选的是，所述步骤二中的过程替换为：将一水柠檬酸和聚合物加入乙醇水溶液中，加压超声，得到聚合物溶液，将聚合物溶液加热至50～65℃；将步骤一的混合溶液超声雾化，然后通过载气通入加热的聚合物溶液中，通入完成后，继续搅拌并紫外辐照10～15min，得到提拉溶胶；所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为4：1；所述聚合物与乙醇水溶液的质量比1:60～120。
[0016]优选的是，所述超声雾化的功率为8～12kW，频率为1.7或2.4MHz，雾化速率为0.5～1mL/min；载气流速为500～800mL/min；所述载气为氩气。
[0017]优选的是，所述加压超声的压力为0.2～0.5MPa，频率为30～35KHz，功率为150～250W，时间为10～20min；所述紫外辐照采用的光源是高压汞灯，功率为800W～2000W，主波峰为365nm；紫外辐照光源的光强为2mW/cm2～20mW/cm2。
[0018]本专利技术还提供一种如上述的无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜作为可见光电导材料中的应用。
[0019]本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术利用简单易行的浸渍提拉法，即可制备出RMnO3外延薄膜样品；RMnO3外延薄膜在不同强度可见光(波长为400
‑
800nm)照射下，薄膜中产生明显的光电流，电导率变化明显，响应迅速，随着辐照光强的增加，光电流也随之增强。
[0020]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
[0021]图1为本专利技术实施例1制备的LaMnO3的外延薄膜的X射线衍射图谱；
[0022]图2为本专利技术实施例1制备的LaMnO3的外延薄膜的X射线光电子图谱；
[0023]图3为本专利技术实施例1制备的LaMnO3的外延薄膜在不同强度可见光(波长为400
‑
800nm)照射下的响应曲线。
具体实施方式：
[0024]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0025]应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0026]实施例1：
[0027]一种无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0028]步骤一、取0.01摩尔La(NO3)3·
6H2O和0.01摩尔MnC4H6O4·
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、取稀土金属盐和MnC4H6O4·
4H2O加入乙醇中，得到混合溶液；步骤二、在搅拌中，在混合溶液中先后加入一水柠檬酸和聚合物，在50～65℃下反应温度下搅拌、加热回流8～12h，得到提拉溶胶；步骤三、将单晶衬底依次用去离子水、丙酮超声清洗15～30min，在75～85℃下烘干；将烘干后的单晶衬底置于浸渍提拉镀膜机上，将提拉溶胶置于浸渍提拉镀膜机内，设置浸渍提拉参数，浸渍提拉得到薄膜；步骤四、将浸渍提拉得到的薄膜置于马弗炉中烧结，烧结过称为：以1℃/min升温至500℃，保温15～30min，以10℃/min升温至600～900℃，保温2h，然后以1℃/min速率降至室温，即制得无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜。2.如权利要求1所述的无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜的制备方法，其特征在于，所述稀土金属盐为硝酸镧、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铕中的任意一种；所述步骤三中，设置浸渍提拉参数为下降速率5000μm/s，停留时间为10s；提拉速率为1000～5000μm/s。所述单晶衬底为LaSrAlO4、LaAlO3、(LaAlO3)
0.3
(Sr2AlTaO6)
0.7
、SrTiO3单晶衬底中的任意一种。3.如权利要求1所述的无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，稀土金属盐和MnC4H6O4·
4H2O的摩尔比为1:1；所述混合溶液中稀土金属盐的浓度为0.1～0.3mol/L；所述混合溶液中MnC4H6O4·
4H2O的浓度为0.1～0.3mol/L。4.如权利要求1所述的无机钙钛矿型锰氧化物可见光电导薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海峰，杨家成，郭宝刚，王林，谢瑞士，郑奎，张行泉，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：