二元有序多孔薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二元有序多孔薄膜及其制备方法。薄膜由大小直径分别为250～5000nm和50～250nm、大小比例为5～20∶1的球形孔氧化物构成，薄膜厚度为250～25000nm，其中的每层大孔按六方有序结构排列，小孔位于本层大孔之间，且每层大、小孔间相互连通；方法为先将二元有序胶体晶体模板浸入浓度为0.05～0.2M的半导体氧化物前驱体溶液中，待二元有序胶体晶体脱离基底并漂浮在前驱体溶液中后，用所需形状的衬底将其捞起，再将其上覆盖着浸有前驱体溶液的二元有序胶体晶体的衬底置于80～120℃下加热1～4h，然后重复上述步骤0次以上后，将其置于300～400℃下退火1～4h，制得二元有序多孔薄膜。它可广泛应用于声子衍射栅、光学过滤器、干涉仪、化学和生物传感器等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多孔薄膜及制备方法，尤其是一种。
技术介绍
微纳结构有序孔薄膜由于其众多新的优良特性，可广泛地应用于声子衍射栅、光学过滤器、选择光吸收器、干涉仪、全反射涂层、光电池、化学和生物传感器等领域，此外，这类薄膜在微电子、磁学、催化和纳米光子学等方面也有着重要的应用前景。迄今为止，人们为了获得两种不同直径的孔构成的微纳结构有序孔薄膜，作了不懈的努力，如在2009年5 月20日公开的中国专利技术专利申请公布说明书CN 101435795A中披露的本申请人的一种“多层分级纳米结构有序孔薄膜型气敏传感器及其制备方法”。它意欲提供一种普适性好，灵敏度高、响应速度快，制作简便的薄膜型气敏传感器和其制备方法。气敏传感器包括衬底、 电极和覆于其上的气敏薄膜，其中薄膜是由两层以上的、呈紧密的六方排列并相互连通的球形孔状的半导体氧化物构成，球形孔的孔径为100 5000nm，同一层的孔大小相同，不同层间的孔径大小比例为1. 5 10 1 ；制备方法为，先将不同球径的单层胶体晶体模板浸入浓度为0. 05 0. 2M的半导体氧化物前驱体溶液中，待不同球径的单层胶体晶体脱离基底漂浮在前驱体溶液的表面后，用所需形状的带有电极的衬底分次捞起单层胶体晶体中之一，并置于80 120°C下加热1 4h，再将其置于350 550°C下退火1 4h，制得多层分级纳米结构有序孔薄膜型气敏传感器。但是，这种薄膜型气敏传感器及其制备方法均存在着欠缺之处，首先，气敏传感器的薄膜虽由两种不同直径的球形孔构成，然其不同直径的球形孔却分布于不同的层次中，限制了其应用的领域和降低了其特性，使其既不能用于不同直径的球形孔在同一层薄膜上，且小直径球形孔位于本层大直径球形孔之间的实用要求， 又制约了两种不同直径球形孔间因接触而应有的微纳结构有序孔膜特性的发挥；其次，制备方法不能制得同一层薄膜上含有两种不同直径球形孔，且小直径球形孔位于本层大直径球形孔之间的薄膜。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种不同直径的球形孔在同一层薄膜上，且小直径球形孔位于本层大直径球形孔之间的二元有序多孔薄膜。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种二元有序多孔薄膜的制备方法。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为二元有序多孔薄膜由衬底和其上的薄膜组成，特别是，所述薄膜由两种不同直径的球形孔状氧化物构成，所述两种球形孔直径间的大小比例为5 20 1，其中，大直径球形孔的直径为250 5000nm、小直径球形孔的直径为 50 250nm ；所述每层大直径球形孔按六方有序结构排列，所述小直径球形孔位于本层大直径3球形孔之间，且每层大、小直径球形孔间相互连通；所述薄膜的厚度为250 25000nm，所述氧化物为半导体氧化物。作为二元有序多孔薄膜的进一步改进，所述的半导体氧化物为三氧化二铟，或二氧化锡，或氧化锌，或三氧化二铁；所述的衬底为玻璃，或单晶硅片，或陶瓷，或云母，或石英，衬底的形状为平面状，或凸面状，或凹面状，或球面状。为解决本专利技术的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为二元有序多孔薄膜的制备方法包括将两种不同直径的胶体球附于基底表面形成大直径胶体球按六方有序结构单层排列、小直径胶体球位于大直径胶体球之间的二元有序胶体晶体模板，特别是完成步骤如下步骤1，先将二元有序胶体晶体模板浸入浓度为0. 05 0. 2M的半导体氧化物前驱体溶液中，待二元有序胶体晶体脱离基底并漂浮在前驱体溶液中后，用所需形状的衬底捞起二元有序胶体晶体，并使其覆盖于衬底表面，再将其上覆盖着浸有前驱体溶液的二元有序胶体晶体的衬底置于80 120°C下加热1 4h ；步骤2，重复步骤1的次数为0次以上后，将其置于300 400°C下退火1 4h，制得二元有序多孔薄膜。作为二元有序多孔薄膜的制备方法的进一步改进，所述的半导体氧化物前驱体溶液为硝酸铟溶液，或四氯化锡溶液，或醋酸锌溶液，或硝酸铁溶液；所述的重复步骤1的次数为1 4次；所述的升温至300 400°C时的升温速率为3 10°C /min ；所述的衬底的形状为平面状，或凸面状，或凹面状，或球面状，衬底为玻璃，或单晶硅片，或陶瓷，或云母， 或石英；所述的二元有序胶体晶体模板的形成为先将质量百分比溶度均为1. 5 10%的大直径聚苯乙烯胶体球溶液和小直径聚苯乙烯胶体球溶液按照体积比为10 30 1的比例混合均勻，得到混合液，再将混合液滴加至基底上后旋涂甩开，之后经温度为M 的自然干燥；所述的混合液滴加至基底上的体积为4 10 μ L，旋涂甩开时的转速为300 1000r/so相对于现有技术的有益效果是，其一，对制得的产物分别使用扫描电镜和X射线衍射仪进行表征，由其结果可知，产物的表面光滑、厚度均勻，其为置于衬底上的由两种不同直径的球形孔状的氧化物构成的薄膜，其中，薄膜的厚度为250 25000nm，两种球形孔直径间的大小比例为5 20 1，大直径球形孔的直径为250 5000nm、小直径球形孔的直径为50 250nm，每层大直径球形孔按六方有序结构排列，小直径球形孔位于本层大直径球形孔之间，且每层大、小直径球形孔间相互连通。氧化物为半导体氧化物，其为三氧化二铟，或二氧化锡，或氧化锌，或三氧化二铁。衬底为玻璃，或单晶硅片，或陶瓷，或云母，或石英，衬底的形状为平面状，或凸面状，或凹面状，或球面状；其二，这种采用两种不同直径的球形孔在同一层薄膜上，且小直径球形孔位于本层大直径球形孔之间的二元有序多孔薄膜，不仅拥有大孔的快速扩散和传输的优点，且同时还含有小孔的高比表面积和高活性的特点，极大地提高了微纳结构有序孔膜的特性和扩大了其应用的领域，除满足了仅需此种结构的实用要求之外，还能使其的性能得到充分的发挥；其三，制备方法具有普适性，只要选取合适孔径及孔径比的二元有序胶体晶体模板，通过改变前驱体溶液的浓度和化学成分，就可合成不同成分和薄膜厚度的大面积的二元有序多孔薄膜。即，不仅可以制备无机半导体二元有序多孔薄膜，而且可制备有机二元有序多孔薄膜，极大地提高了其在实际应用中的价值；其四，制备过程中所用的设备少、价廉，工艺简单、成本低，无污染，适于大规模的工业化生产。作为有益效果的进一步体现，一是半导体氧化物优选为三氧化二铟或二氧化锡或氧化锌或三氧化二铁，衬底优选为玻璃或单晶硅片或陶瓷或云母或石英，衬底的形状优选为平面状或凸面状或凹面状或球面状，不仅使得原材料的来源较为丰富，还满足了各种使用场合对产物成分和形状的要求；二是半导体氧化物前驱体溶液优选为硝酸铟溶液或四氯化锡溶液或醋酸锌溶液或硝酸铁溶液，除利于半导体氧化物的成形之外，还使制备工艺更易实施且灵活；三是重复步骤1的次数优选为1 4次，确保了产物的厚度既能满足实际的应用需求，又是质量稳定的；四是升温至300 400°C时的升温速率优选为3 10°C /min, 保证了产物的品质和质量的稳定性；五是二元有序胶体晶体模板的形成优选为先将质量百分比溶度均为1. 5 10%的大直径聚苯乙烯胶体球溶液和小直径聚苯乙烯胶体球溶液按照体积比为10 30 1的比例混合均勻，得到混合液，再将混合液滴加至基底上后旋涂甩开，之后经温度为M ^°C的自然干燥，确保了获得的二元有序胶体晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种二元有序多孔薄膜，由衬底和其上的薄膜组成，其特征在于：所述薄膜由两种不同直径的球形孔状氧化物构成，所述两种球形孔直径间的大小比例为５～２０∶１，其中，大直径球形孔的直径为２５０～５０００ｎｍ、小直径球形孔的直径为５０～２５０ｎｍ；所述每层大直径球形孔按六方有序结构排列，所述小直径球形孔位于本层大直径球形孔之间，且每层大、小直径球形孔间相互连通；所述薄膜的厚度为２５０～２５０００ｎｍ，所述氧化物为半导体氧化物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾丽超，王洪强，蔡伟平，刘广强，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34