本发明专利技术提供了一种设备及工艺简单的制备c轴取向生长的五氧化二钒薄膜的方法。具体步骤包括:(1)以二乙酰丙酮氧钒为原料,配制成溶胶;(2)以此溶胶为涂覆液,在清洗干净的衬底材料上,采用提拉涂膜法或者旋涂法成膜;(3)在含氧气氛中进行热处理。本发明专利技术具有工艺简单,可大面积制备,制备成本低廉等优点。所制备的五氧化二钒薄膜沿c轴方向生长,取向单一,有利于离子的嵌入与脱嵌,可改善锂离子电池阴极及电致变色器件的性能。
Method for preparing five oxide two vanadium thin film grown along c axis orientation
The present invention provides a device and process for the preparation of five oxide two vanadium thin film for C axis orientation growth. Specific steps include: (1) to two acetylacetone vanadium as raw materials, preparation of sol; (2) the sol coating on the substrate material, clean, by dip coating or spin coating film; (3) heat treatment in an atmosphere containing oxygen. The invention has the advantages of simple process, large area preparation, low preparation cost and the like. The prepared five vanadium oxide two thin film grows along the c axis and has a single orientation, which facilitates the intercalation and removal of ions, and improves the performance of cathode and electrochromic devices for lithium-ion batteries.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化学化工
,尤其涉及一种制备沿C轴生长的五氧化二钒薄膜的方法。
技术介绍
钒氧化合物具有广泛的用途,其中五氧化二钒晶体具有层状结构,易沿(001)面 裂开,从而将里面最强的钒氧键暴露出来,该键比较活泼,氧原子易脱出而剩下阴离子 空位,容易嵌入阳离子。由于该性质,五氧化二钒(^05)薄膜可用于电致变色、锂电池 的电极材料、热激发电子开关、气湿敏传感器等方面,引起人们的极大兴趣。在这些应 用中,五氧化二钒薄膜主要作为离子储存膜,其性能的好坏对器件的性能影响很大。研 究表明,沿着c轴生长的、具有层状结构的五氧化二钒薄膜的释放和储存离子的能力是最 强的。以作为锂电池的阴极为例,五氧化二钒薄膜具有高能量密度、高充放电容量和易 于加工的特点,具有单一c轴取向、层状的五氧化二钒薄膜有利于锂离子的嵌入和脱嵌。 因此寻找工艺简单的、沿c轴取向生长性好的五氧化二钒薄膜的制备方法意义重大。 已公开报道的制备沿c轴高度取向生长的五氧化二钒薄膜的方法主要有激光脉冲 沉积法、电泳沉积法和溶胶-凝胶法。前一种方法设备复杂,工艺不容易控制,所制备 的样品沿C轴取向生长不明显,后两种方法不能很好的控制晶粒尺寸,生长取向杂乱。 本专利技术以溶胶-凝胶法为基础,选用原料二乙酰丙酮氧钒[VO(C5H702)2]作为前 驱物,与传统的三异丙醇氧钒、五氧化二钒粉末相比,具有毒性小、成本低、形成的溶 胶比较稳定等优点。将VO(C5H70^形成的溶胶通过先提拉或旋涂成膜,然后再热处理, 即可在玻璃衬底上制备出高c轴取向生长的五氧化二钒薄膜。
技术实现思路
本专利技术针对现有制备方法设备和工艺复杂、薄膜生长取向性差的缺点,提出一种设备及工艺简单的制备C轴取向生长的五氧化二钒薄膜的方法。本专利技术是通过下列步骤实现的 (1)以二乙酰丙酮氧钒为原料,配制成溶胶; (2)以此溶胶为涂覆液,在清洗干净的衬底材料上,采用提拉涂膜法或者旋涂法 成膜;(3)在含氧气氛中进行热处理。 制备二乙酰丙酮氧钒溶胶的步骤为将二乙酰丙酮氧钒与无水乙醇或无水甲 醇混合,搅拌4-10小时,静置l-60天使其陈化,得到深红棕色的溶胶,陈化时间最 好为14-16天,陈化时间短,成膜不均匀,陈化时间太长,则粘度太大。溶胶浓度在 0.1-0.7mol/L之间,以0.125mol/L最佳。 衬底材料可以是玻璃,也可以是能耐受55(TC的金属或陶瓷材料。衬底材料必 须清洗干净。以玻璃衬底为例对工艺过程加以说明。成膜前,将玻璃衬底清洗干净,然后用热风吹干。为防止玻璃衬底中的杂质粒子在热处理过程中扩散到五氧化二钒薄膜之 中,成膜之前最好在玻璃衬底上先预镀一层二氧化硅阻挡层。 所述步骤(2)中的成膜方法为 可采用浸渍提拉法成膜,即将衬底材料浸渍在二乙酰丙酮氧钒溶胶中,匀速提 拉出来,提拉速度为l-10厘米/分钟,然后在8(TC烘箱中烘干。 也可以采用旋转涂膜法成膜,即将衬底材料平放在水平转盘上的中心,滴加溶 胶,然后使转盘旋转,旋转速度为1000 3000转/分钟,使溶胶在离心力的作用下平铺 在处理过的衬底上,将得到的湿凝胶放在8(TC的烘箱中烘干。 重复以上的成膜过程可使薄膜达到需要的厚度。提拉法成膜的次数在10-20次 之间,旋涂法涂膜的次数在2-5次之间。对于浓度为0.125mol/L的溶胶,最佳的提拉成 膜次数是15次,旋转涂膜次数是4次。得到的薄膜厚度约100-300nm。涂膜次数过少 则膜层较薄(小于50nm),结晶性不好,次数过多,则太厚(大于400nm),会影响光学性 质。 所述步骤(3)中的热处理步骤为 将涂覆有二乙酰丙酮氧钒溶胶的玻璃,在空气或者氧分压不低于O.lPa的氮气、 氩气等惰性气体中进行热处理,热处理温度为350-550°C ,保温时间为30分钟 1小时, 自然冷却得到五氧化二钒薄膜。在空气中得到薄膜结晶性能好,但附着力差些;在氧分 压不低于0.1Pa的氮气、氩气等惰性气体中进行热处理,薄膜结晶性能好,且附着力强。 如在无氧或氧分压不低于O.lPa的环境下进行热处理,将不利于晶态五氧化二钒薄膜的生 成,极有可能形成低价态或非晶态的钒氧化物。 总之,本专利技术工艺过程简单,适合大面积制备,且制备成本低廉。所制备的五 氧化二钒薄膜与其他公开报道的结果相比,薄膜沿c轴取向生长趋势非常明显,X射线衍 射峰单一,强度较大。本专利技术方法可作为工业化制备高c轴取向生长五氧化二钒薄膜的 良好方法。附图说明 图1为实施例1条件下制备的五氧化二钒薄膜的X射线衍射图谱; 图2为实施例9条件下制备的五氧化二钒薄膜的X射线衍射图谱; 图3为实施例11条件下制备的五氧化二钒薄膜的X射线衍射图谱。具体实施例方式下面通过实施例,对本专利技术作进一步说明,但不得解释为对本专利技术所要求保护范围的限制。 实施例1 ①取二乙酰丙酮氧钒1.33克,投入40毫升无水乙醇中,磁力搅拌4小时,静置 15天使其陈化,形成浓度为0.125mol/L的二乙酰丙酮氧钒溶胶; ②将硼硅玻璃依次使用洗涤剂、去离子水、无水乙醇、丙酮,通过超声波辅助 清洗,然后用热风吹干,在其上预镀一层二氧化硅阻挡层, ③将镀有非晶二氧化硅的硼硅玻璃浸渍在二乙酰丙酮氧钒溶胶中,以5厘米/分钟的速度匀速提拉出来,在8(TC的烘箱中烘干,形成二乙酰丙酮氧钒凝胶膜,然后再次 将烘干的涂有二乙酰丙酮氧钒凝胶膜的衬底浸渍在二乙酰丙酮氧钒溶胶中,以5厘米/ 分钟的匀速速度提拉出来,在8(TC的烘箱中保持10-20分钟烘干,如此反复提拉涂膜15 次,形成的膜厚约200nm。 ④将镀制有二乙酰丙酮氧钒凝胶的硼硅玻璃放入电炉中进行热处理,气氛为空 气,在45(TC保温30分钟,自然降温。 图1所示为实施例1所得到的五氧化二钒薄膜的X射线衍射图。从图中可以清 楚看到,除了非常明显的(001)与(002)峰,再没有其他特征峰。这表明该方法制备的薄膜为斜方晶系的五氧化二钒,且沿c轴取向生长。 实施例2 步骤如实施例l,其中将二乙酰丙酮氧钒的溶胶浓度配为0.1mol/L。如此反复提拉涂膜15次,得到的薄膜样品厚度较小,形成的膜厚约100nm,但仍保持沿c轴取向的生长特性。 实施例3 步骤如实施例l,其中将二乙酰丙酮氧钒的溶胶浓度配为0.7mol/L。如此反复提 拉涂膜15次,形成的膜厚约300nm;但薄膜厚度不十分均匀,结晶性变好,沿c轴取向 生长。 实施例4 步骤如实施例l,其中二乙酰丙酮氧钒的溶胶浓度为0.125mol/L,陈化时间为7 天,溶胶粘度较小。反复提拉涂膜15次,形成的膜厚约120nm;所得薄膜较薄,结晶性 不太好,但c轴取向生长仍然保持。 实施例5 步骤如实施例1,其中二乙酰丙酮氧钒的溶胶陈化时间为30天。溶胶粘度较 大,反复提拉涂膜15次,形成的膜厚约350nm;薄膜较厚,成膜均匀性较差,薄膜晶体 沿着c轴取向生长。 实施例6 步骤如实施例l,其中二乙酰丙酮氧钒的溶胶浓度为0.125mol/L,陈化时间为15 天,提拉速度为l厘米/分钟。提拉涂膜15次,形成的膜厚约150nm;薄膜较薄,结晶 性较好,沿c轴取向生长。 实施例7 步骤如实施例l,其中提拉速度为10厘米/分钟。所得的薄膜结晶性较好,沿c轴取向生长。 实施例8 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备沿c轴取向生长的五氧化二钒薄膜的方法,其特征在于包括以下步骤: (1)将二乙酰丙酮氧钒与无水乙醇或无水甲醇混合,配制成溶胶; (2)以此溶胶为涂覆液,在清洗干净的衬底材料上,采用提拉涂膜法或者旋涂法成膜; (3)在含氧气氛中进行热处理。
【技术特征摘要】
一种制备沿c轴取向生长的五氧化二钒薄膜的方法,其特征在于包括以下步骤(1)将二乙酰丙酮氧钒与无水乙醇或无水甲醇混合,配制成溶胶;(2)以此溶胶为涂覆液,在清洗干净的衬底材料上,采用提拉涂膜法或者旋涂法成膜;(3)在含氧气氛中进行热处理。2. 如权利要求1所述的制备沿c轴取向生长的五氧化二钒薄膜的方法,其特征在于步 骤(1)所述的溶胶浓度在0.1-0.7mol/L之间。3. 如权利要求2所述的制备沿c轴取向生长的五氧化二钒薄膜的方法,其特征在于步 骤(1)所述的溶胶浓度为0.125mol/L。4. 如权利要求1或2所述的制备沿c轴取向生长的五氧化二钒薄膜的方法,其特征 在于所述步骤(l)为将二乙酰丙酮氧钒与无水乙醇或无水甲醇混合,搅拌,静置使其陈 化,得到深红棕色的溶胶。5. 如权利要求1所述的制备沿c轴取向生长的五氧化二钒薄膜的方法,其特征在于步 骤(2)中采用的衬底...
【专利技术属性】
技术研发人员:徐刚,甄恩明,徐雪青,苗蕾,
申请(专利权)人:中国科学院广州能源研究所,
类型:发明
国别省市:81[]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。