一种制备三氧化钨薄膜的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备三氧化钨薄膜的方法。所述方法包括：第一步骤，将金属钨片置于真空管式炉的恒温区；第二步骤，以８－１２℃／ｍｉｎ的升温速率将管内温度升高到１４０－１６０℃时，开始通入氧气，通气后让管内压力缓慢升高，使得在管内温度升高到７９０－８１０℃时，管内压力达到０．７ａｔｍ－１．３ａｔｍ，然后在７９０－８１０℃保温１３－１７ｍｉｎ，之后将温度自然冷却到室温。采用本发明专利技术的方法，能够直接氧化制备大面积的三氧化钨薄膜且三氧化钨薄膜的均匀性好，更重要的是制备工艺的可重复性高，便于产业化生产。而且本发明专利技术方法所需的设备简单，操作方便，避免了大电流的使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三氧化钨薄膜的制备方法，具体地，涉及在金属钨片上直接氧化生长三氧化钨薄膜的方法。
技术介绍
三氧化钨作为分解水产生氢的催化材料，具有光电双响应效应、稳定、光开启电压低、产氢效率高等优点，另外也是一种很好的电致变色材料。所以其被广大研究者所青睐。目前三氧化钨薄膜的制备主要采用电子束蒸发、磁控溅射、溶胶凝胶技术。前两种成膜技术需要昂贵的设备(磁控溅射仪、电子束蒸发仪)，成本高、成膜速率低；溶胶凝胶法成膜相对来说设备简单，成本低，但此方法可重复性差，膜与基底的附着性也欠佳，不易大面积成膜。直接生长法是在氧气氛围中在金属钨片上直接氧化生长三氧化钨膜，这种方法工艺操作方便，所需设备简单，大大降低了成本，成膜速率也较高。 文献Nanotechnology 19(2008)065704(6pp)报道了一种三氧化钨薄膜直接生长的工艺，主要是将80mm×5mm×0.2mm规格的金属钨片置于不锈钢反应腔中，在氧气氛围中通过对金属钨片施加电压产生55A的交流电而直接氧化生成三氧化钨薄膜，然后自然冷却到室温。 上述三氧化钨的直接生长工艺，需要在不锈钢反应腔中进行，所需设备成本高，另外要通过直接对金属钨片施加55A的交流电来实现其氧化，所制备的样品规格为80mm×5mm的小面积，均匀性不够。因此，要以三氧化钨作为光电催化剂分解水制氢来实现低成本、高效的产氢技术，就必须降低催化材料的制备成本，可大面积制备且均匀性好，更重要的是制备工艺的可重复性高，便于产业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够克服上述现有技术缺陷的制备方法。因此，本专利技术涉及如下几个方面 本专利技术的第一方面是，所述方法包括 第一步骤，将金属钨片置于真空真空管式炉的恒温区中； 第二步骤，以8-12℃/min的升温速率将管内温度升高到140-160℃时，开始通入氧气，通气后让管内压力缓慢升高，使得在管内温度升高到790-810℃时，管内压力达到0.7-1.3atm，然后在790-810℃保温13-17min，之后将温度自然冷却到室温。 本专利技术的第二方面是，所述方法包括 第一步骤，将金属钨片置于真空管式炉的恒温区； 第二步骤，以10℃/min的升温速率将管内温度升高到150℃时，开始通入氧气，并且根据所放置金属钨片的40-220cm2的总面积，通气后让管内压力缓慢升高，使得在管内温度升高到800℃时，管内压力达到1atm，然后在800℃保温15min，之后将温度自然冷却到室温。 本专利技术的第三个方面是，所述方法还包括在第一步骤之后并且在第二步骤之前将真空管式炉抽取真空以使真空管式炉中的压力达到2-5帕的步骤。 本专利技术的第四方面是所述氧气的流量根据所放置金属钨片的40-225cm2的总面积，设置在50-210sccm的范围内。 本专利技术的第五方面是其中在所述在第二步骤中，在所述温度自然冷却到室温的同时，通过控制出气阀的开关让管内气体压力缓慢下降，当温度降到约400-600℃时可完全打开出气阀抽走管内剩余气体。 本专利技术的第六方面是，所述方法还包括在第一步骤之前，金属钨片被切割。 本专利技术的第七方面是所述切割为线切割。 本专利技术的第八方面是其中所述金属钨片的纯度为99.9％以上。 本专利技术的第九方面是所述方法还包括在第一步骤之前，对金属钨片进行包括机械抛光和超声清洗的前期处理。 本专利技术的第十方面是其中所述金属钨片被置于所述真空管式炉的恒温区中心。 本专利技术的第十一方面是其中所述金属钨片为一个或多个。 本专利技术的第十二方面是其中所述金属钨片为多个的情况下，所述多个金属钨片之间留有缝隙以确保与氧的充分接触。 本专利技术的第十三方面是其中所述金属钨片还包括成卷状的金属钨片。 本专利技术方法的优点在于能够直接氧化制备大面积的三氧化钨薄膜且三氧化钨薄膜的均匀性好，更重要的是制备工艺的可重复性高，便于产业化生产。而且本专利技术方法所需的设备简单，操作方便，避免了大电流的使用。 附图说明 图1是根据本专利技术的一个实施方案，只有一个金属钨片在真空管式炉中进行氧化的示意图； 图2是升温程序的示意图； 图3是根据本专利技术的另一个实施方案，多个金属钨片在真空管式炉中进行氧化的示意图；以及 图4是根据本专利技术的再另一个实施方案，成卷状的金属钨片在真空管式炉中进行氧化的示意图。 具体实施例方式 本专利技术是，属于三氧化钨薄膜的直接氧化制备技术，所述方法包括第一步骤，将金属钨片置于真空管式炉的恒温区；第二步骤，以8-12℃/min的升温速率将管内温度升高到140-160℃时，开始通入氧气，通气后让管内压力缓慢升高，使得在管内温度升高到790-810℃时，管内压力达到0.7-1.3atm然后在790-810℃保温13-17min，之后将温度自然冷却到室温。 本专利技术所使用的真空管式炉是OTF-1200X管式炉，由合肥科晶材料技术有限公司生产。也可以采用该公司其他型号如GSL1600X的真空管式炉。在本文中所述的真空管式炉并没有特别的限制，只要能满足如图1所示的具有电阻丝加热系统和恒温区，并保证氧气流量的精确控制即可。本专利技术人发现为了实现所制备三氧化钨薄膜的氧化均匀性，最好保证金属钨片被置于恒温区中心。通过准确量取恒温区中心与管口间的距离，并保证其与从管口开始向恒温区方向推进金属钨片时所经过的距离一致来实现金属钨片被置于恒温区中心。 此外，所述方法主要还包括对真空管式炉抽取真空；金属钨片的选择；金属钨片的前期处理和清洗；金属钨片的切割；实验结束之后，管内气体的处理。 金属钨片的选择是在所述第一步骤之前，优选纯度为99.9％以上的金属钨片，刚制备的最好，这样会尽量避免金属久置导致的表面自然氧化和污染层对我们前期处理及制备过程的影响。在本专利技术中，所选用的一个实例是“北京翠柏林有色金属技术开发中心”提供的纯度为99.9％，型号为W1，放置时间在一个月以内的金属钨片。 选择好金属钨片之后，接着对金属钨片进行前期处理，包括机械抛光和超声清洗。例如，超声清洗包括依次用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声10分钟，超声波功率为100W。机械抛光采用目数大的砂纸，以避免严重划伤金属钨片表面。例如，先用1200目的砂纸进行抛光，再用2000目的砂纸进行精磨可达到理想效果。 根据实验的不同需求，往往需要制备不同面积的三氧化钨薄膜材料，所以实验前要将金属钨片切割成不同的面积。如果切割方法不当会导致氧化后的三氧化钨薄膜边缘开裂、脱落。我们优选线切割，其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。本文中提到的线切割是在北京正华数控加工厂完成的，其采用钨钼合金作为电极丝，走丝速度约10-12mm/min，保证切割后的金属钨片边缘整齐无毛边。为进一步实验创造优良条件。金属钨片的切割能消除所制备的三氧化钨薄膜边缘的开裂、脱落，使其完整无毛边。 值得指出的是，切割之后也可以进行上述包括机械抛光和超声清洗的前期处理。 下面，将详细描述本专利技术的第一步骤和第二步骤。 在本专利技术的第一步骤，即，装样步骤中，金属钨片被安装在管式炉的恒温区中，最好是至于恒温区的中心，这样能获得表面更均匀的三氧化钨薄膜。金属钨片是否被置于恒温区中心对于小面积三氧化钨薄膜的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备三氧化钨薄膜的方法，所述方法包括：　第一步骤，将金属钨片置于真空管式炉的恒温区；　第二步骤，以８－１２℃／ｍｉｎ的升温速率将管内温度升高到１４０－１６０℃时，开始通入氧气，通气后让管内压力缓慢升高，使得在管内温度升高到７ ９０－８１０℃时，管内压力达到０．７－１．３ａｔｍ，然后在７９０－８１０℃保温１３－１７ｍｉｎ，之后将温度自然冷却到室温。

【技术特征摘要】
1.一种制备三氧化钨薄膜的方法，所述方法包括第一步骤，将金属钨片置于真空管式炉的恒温区；第二步骤，以8-12℃/min的升温速率将管内温度升高到140-160℃时，开始通入氧气，通气后让管内压力缓慢升高，使得在管内温度升高到790-810℃时，管内压力达到0.7-1.3atm，然后在790-810℃保温13-17min，之后将温度自然冷却到室温。2.根据权利要求1所述的制备三氧化钨薄膜的方法，所述方法包括第一步骤，将金属钨片置于真空管式炉的恒温区；第二步骤，以10℃/min的升温速率将管内温度升高到150℃时，开始通入氧气，通气后让管内压力缓慢升高，使得在管内温度升高到800℃时，管内压力达到1atm，然后在800℃保温15min，之后将温度自然冷却到室温。3.根据权利要求1或2所述的制备三氧化钨薄膜的方法，所述方法还包括在所述第一步骤之后并且在第二步骤之前，将真空管式炉抽取真空以使真空管式炉中的压力达到2-5帕的步骤。4.根据权利要求1或2所述的制备三氧化钨薄膜的方法，其中所述氧气的流量根据所放置金属钨片的总面积40-225cm2，设置在50-210sccm的范围内。5.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓彦，赵伟，郑善亮，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]