納米陣列濕敏薄膜制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種濕敏薄膜制備方法，具體涉及一種&)1103納米陣列濕敏薄膜制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]濕度指環(huán)境中水蒸氣的的含量，濕度控制在人們生活中和工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域是十分重要的。濕度傳感器可應(yīng)用于化學(xué)氣體的提純，干燥器，烤箱監(jiān)控。在機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域，濕度傳感器主要應(yīng)用在汽車后視鏡的除霧器以及動(dòng)力裝置組裝線等方面；在醫(yī)藥領(lǐng)域，濕度傳感器主要應(yīng)用于呼吸器，殺菌器，保溫箱以及制藥工藝等方面；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，濕度傳感器主要應(yīng)用于溫室空氣控制，露點(diǎn)檢測，土壤濕度檢測以及谷物儲(chǔ)存等方面[Chen Z, Lu C.Humidity sensors:a review of materials and mechanisms[J].Sensorletters, 2005, 3 (4): 274-295.]。
[0003]鐵鈦礦型復(fù)合型化合物CoT13是一類來自于Al 203剛玉結(jié)構(gòu)的倍氧化合物。[Hashemian S，F(xiàn)oroghimoqhadam A.Effect of copper doping on CoTi03ilmenite typenanoparticles for removal of congo red from aqueous solut1n[J].ChemicalEngineering Journal, 2014, 235:299-306.]由于其弱磁性和半導(dǎo)體特性而具有廣泛的應(yīng)用，如催化劑材料，高介電常數(shù)材料，磁性記憶材料，氣敏傳感器材料等。同時(shí)CoT13也是一種濕敏材料，H Y He使用sol-gel法制備出了 CoTiCV薄膜，并且對其濕敏性進(jìn)行了研宄。發(fā)現(xiàn)當(dāng)相對濕度從11.3%變到95%時(shí)，靈敏度變化為25，恢復(fù)平衡時(shí)間為(70-120S)。[He H Y.Humidity sensitivity of CoTi03thin film prepared by sol - gel method [J].Materials Science and Technology, 2007，22 (2): 95-97.]但其敏感特性指標(biāo)與實(shí)際應(yīng)用的要求還存在一定差距。
[0004]材料的濕敏性主要取決于敏感材料的孔隙率，表面積，孔徑分布等。一維納米材料由于具有龐大的比表面積以及較高的電子傳送效率，是理想的氣敏或濕敏材料。納米陣列是指納米線、納米棒及納米管等一維納米材料或納米片、納米帶等二維納米結(jié)構(gòu)及納米花、納米樹等三維納米結(jié)構(gòu)在一定的空間范圍內(nèi)排列有序形成的陣列。它們具有比無序的納米材料更加突出的表面效應(yīng)、量子效應(yīng)等優(yōu)異性能。因此制備具有納米陣列結(jié)構(gòu)的CoTiCV薄月旲，有助于提尚其靈敏度并減少響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種(:01103納米陣列濕敏薄膜制備方法，該方法能夠有效地調(diào)控薄膜的形貌，成膜性好，操作方便，生產(chǎn)周期短，效率高，適于工業(yè)生產(chǎn)，所制得的CoTiCV薄膜在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的濕敏性，且響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間短。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0007]I)向氯化鈷水溶液中加入TiCl3的鹽酸溶液，得到Co和Ti摩爾比為1: (0.5-2)的混合溶液A ;調(diào)節(jié)混合溶液A的pH值至6-10，獲得藍(lán)紫色的前驅(qū)體溶液B ；
[0008]2)將前驅(qū)體溶液B移入水熱反應(yīng)釜中，然后將清洗過的硅基片浸入前驅(qū)體溶液B中，設(shè)置反應(yīng)溫度為180°C _240°C，反應(yīng)5h-24h，反應(yīng)結(jié)束后取出硅基片并沖洗干凈，在硅基片上得到薄膜C ;
[0009]3)將帶有薄膜C的硅基片裝于磁控濺射儀的樣品臺(tái)，以Co2O3射頻靶和T1 2射頻靶為共濺射源進(jìn)行磁控濺射，以在硅基片上形成薄膜D ;其中，通過控制磁控濺射的工作參數(shù)使濺射在薄膜C上Ti原子和Co原子的摩爾比為1: (0.5-4);
[0010]4)將帶有薄膜D的硅基片在600°C -750°c保溫2h，然后隨爐冷卻，得到&)1103納米陣列濕敏薄膜。
[0011]所述的步驟I)中TiCl3的鹽酸溶液的質(zhì)量濃度為15%。
[0012]所述的步驟I)中混合溶液A的pH值是采用濃氨水調(diào)節(jié)的。
[0013]所述的步驟2)中清洗過的硅基片是采用如下方法得到的:將硅基片依次在丙酮和無水乙醇各超聲清洗15min，然后用去離子水沖洗干凈，得到清洗過的硅基片。
[0014]所述的步驟2)中水熱反應(yīng)釜的填充比為30% -65%。
[0015]所述的步驟2)中的沖洗是采用去離子水和無水乙醇進(jìn)行的。
[0016]所述的步驟3)中磁控濺射的工作參數(shù)為:鍍膜室和樣品室真空度均達(dá)到1.0X l(T4Pa-9.9X l(T4Pa，鍍膜室的 Ar 氣流量為 10sccm-30sccm，工作壓強(qiáng)為 0.2Pa_2Pa，Co2O3射頻靶和T1 2射頻靶的電源功率均為100W-400W，磁控濺射時(shí)間為10min_90min。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0018]本發(fā)明首先采用水熱法在基片表面預(yù)制CoT13籽晶，借助高溫高壓環(huán)境促進(jìn)晶粒的定向生長；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行磁控濺射鍍膜，旨在制備高度有序、取向生長的納米陣列結(jié)構(gòu)薄膜，實(shí)現(xiàn)CoTiCV薄膜濕敏性的大幅度提升，是一種水熱沉積與磁控濺射鍍膜方法的完美結(jié)合。經(jīng)試驗(yàn)證明，該方法制得的薄膜在RH (相對濕度)變化范圍11 % -95 %內(nèi)，靈敏度高，且響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間短。另外，該方法能夠有效地調(diào)控薄膜的形貌，成膜性好，且通過常用的磁控濺射工藝即可實(shí)現(xiàn)，因此操作方便，生產(chǎn)周期短，效率高，適于工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例2制得的CoT13納米陣列濕敏薄膜的AFM平面圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制得的CoT13納米陣列濕敏薄膜的AFM立體圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1?3制得的0)1103納米陣列濕敏薄膜的靈敏度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1:
[0023]I)將分析純的六水合氯化鈷(CoCl2.6H20)充分溶解于去離子水中，得到氯化鈷水溶液，然后緩慢向其中加入質(zhì)量濃度為15%的TiCl3的鹽酸溶液，室溫下磁力攪拌均勻，獲得Co和Ti摩爾比為1:0.5的混合溶液A ;采用分析純的濃氨水(NH3.H2O)調(diào)節(jié)混合溶液A的pH值至6，獲得藍(lán)紫色的前驅(qū)體溶液B ；
[0024]2)將硅基片依次在分析純的丙酮和無水乙醇中超聲清洗15min，再用去離子水沖洗二次，得到清洗過的娃基片；
[0025]3)將前驅(qū)體溶液B移入水熱反應(yīng)釜中并控制水熱反應(yīng)釜的填充比在50%，然后將清洗過的硅基片浸入前驅(qū)體溶液B中，設(shè)置反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束后取出硅基片并依次用去離子水和無水乙醇沖洗干凈，在硅基片上得到薄膜C ;
[0026]4)將帶有薄膜C的硅基片裝于磁控濺射儀的樣品臺(tái)，以Co2O3射頻靶和T1 2射頻靶為共濺射源進(jìn)行磁控濺射，以在硅基片上形成薄膜D ;其中，通過抽真空系統(tǒng)控制鍍膜室和樣品室真空度均達(dá)到1.0X10_4PaPa，鍍膜室Ar氣流量為lOsccm，工作壓強(qiáng)為IPa，Co2O3射頻靶和打02射頻靶的電源功率均為100W，磁控濺射時(shí)間為30min，以使薄膜C上Ti原子和Co原子的摩爾比為1: 0.5 ;
[0027]5)將帶有薄膜D的硅基片在馬弗爐中于600°C保溫2h，隨爐冷卻至室溫，得到CoTi O3納米陣列濕敏薄膜。
[0028]采用四探針法檢測本實(shí)施例制得的&)1103納米陣列濕敏薄膜在不同相對濕度環(huán)境下的敏感特性。
[0029]實(shí)施例2:
[0030]I)將分析純的六水合氯化鈷(CoCl2.6H20)充分溶解于去離子水中，得到氯化鈷水溶液，然后緩慢向其中加入質(zhì)量濃度為15%的TiCl3的鹽酸溶液，室溫下磁力攪拌均勻，獲得Co和Ti摩爾比為1:1的混合溶液A ;采用分析純的濃氨水(NH3.H2O)調(diào)節(jié)混合溶液A的pH值至8，獲得藍(lán)紫色的前驅(qū)體溶液B ；
[0031]2)將硅基片依次在分析純的丙酮和無水乙醇中超聲清洗15min，