專(zhuān)利名稱(chēng)：一種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一 種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)機(jī)非金屬薄膜材料在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，如作為防腐蝕涂層涂布于金屬材料表面；作為耐磨涂層沉積于金屬、塑料、木材等的表面；作為光學(xué)涂層沉積于樹(shù)脂鏡片或玻璃表面；作為潤(rùn)滑涂層沉積于金屬、陶瓷表面；其中二氧化錫薄膜由于二氧化錫材料具有耐酸、耐堿、耐高溫、耐機(jī)械沖擊等物性特點(diǎn)而在光學(xué)涂層、耐腐蝕涂層中廣泛使用。并且二氧化錫為寬帶半導(dǎo)體，通過(guò)摻雜可以實(shí)現(xiàn)二氧化錫材料電阻率從數(shù)千Qcm到IO-5Qcm之間的可控變化，低電阻率的二氧化錫材料可以用作導(dǎo)電粉體添加到絕緣材料中起導(dǎo)電或者防靜電作用，可以用作陶瓷電極作為玻璃窯爐或者電解鋁用電極，可以用作透明導(dǎo)電薄膜起到反射紅外線的作用并用于玻璃透明隔熱或者高溫爐等設(shè)備的觀察窗，可以用作液晶顯示器的透明電極，可以用作電磁屏蔽薄膜，可以用作薄膜電阻用于加熱元件。中國(guó)專(zhuān)利88108194. 9,92106609. 0,93104258. 5,96117069. 7,200810039112. 2、CN201010296911. 5,201010605576. 2等提出了以錫以及摻雜離子的鹽溶液進(jìn)行高溫噴霧成膜的方式制備二氧化錫電阻薄膜。這種采用壓縮空氣作為霧化動(dòng)力的方式存在多個(gè)缺點(diǎn)，如通常壓縮空氣的壓力在8公斤以下，以此壓力獲得的液滴粒徑在100微米左右，如此大的液滴溶液噴涂到絕緣基體表面會(huì)使獲得的薄膜均勻性差，液滴難以在短時(shí)間內(nèi)迅速形成二氧化錫薄膜相，從而使得薄膜未能完全形成，最終在使用過(guò)程中薄膜電阻不穩(wěn)定，影響作為加熱元件的加熱性能。此外，未能完全轉(zhuǎn)化的組分在使用過(guò)程中還會(huì)腐蝕加熱電器，縮短使用壽命。大壓力的空氣載氣也大大消耗了沉積薄膜時(shí)的高溫加熱電能。載氣壓力的不穩(wěn)定也會(huì)影響溶液噴涂量的不穩(wěn)定、不均勻，從而使得獲得的薄膜電阻不穩(wěn)定。中國(guó)專(zhuān)利 88106876. 4 ,97197266. 4,99105710. 4,01807010.8，美國(guó)專(zhuān)利US5698262，USW8097302B2提出采用化學(xué)氣相沉積法制備二氧化錫薄膜，這種工藝具有獲得的薄膜均勻性高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在原料利用率低，基本上只有5-10%左右。原料要求能在較低的溫度下氣化以獲得穩(wěn)定的氣相原料，這就大大縮小了原料的可選擇性，也增加了原料成本。中國(guó)專(zhuān)利02139432. 6提出了材料超聲噴霧的方法制備二氧化錫電阻薄膜。該工藝的霧化方式獲得的液滴粒徑降低到3微米左右，比壓力噴霧獲得的液滴要小得多，這改善了薄膜的各項(xiàng)性能，但薄膜的均勻性與化學(xué)氣相沉積工藝仍有較大差異，并且原料極強(qiáng)的腐蝕性使得生產(chǎn)設(shè)備壽命較短。霧化液滴在輸送到噴嘴過(guò)程中很容易凝集變成大液滴，降低了超聲霧化獲得小粒徑液滴的效果。超聲產(chǎn)生的噪聲也使得生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣。采用磁控濺射工藝也是制備薄膜的基本方法，以金屬錫靶材或者氧化錫靶材沉積二氧化錫薄膜也得到廣泛利用，盡管該工藝獲得薄膜性能優(yōu)于化學(xué)法得到的二氧化錫薄膜，但該工藝需要高真空設(shè)備、并且靶材利用效率低，而且靶材特別是陶瓷靶材的制作成本極高，這些均使得該工藝的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化學(xué)法，大大限制了其應(yīng)用范圍。針對(duì)以上不足，本專(zhuān)利提出通過(guò)先制備二氧化錫前軀體溶膠，后在基體材料面通過(guò)浸涂法沉積上述溶膠，最后在高溫氣氛中實(shí)現(xiàn)二氧化錫薄膜的形成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法。具體實(shí)施方法為將錫化合物、摻雜體化合物、具有配位能力的化合物以及酸或者堿加入到水中形成穩(wěn)定的溶膠，摻雜體化合物的加入量以不改變最終薄膜的二氧化錫物相為限，同時(shí)以改變二氧化錫薄膜各項(xiàng)性能為目的。上述各化合物中均不含有高溫下對(duì)金屬具有強(qiáng)烈腐蝕性的鹵素離子。將基體材料浸入到上述溶膠中，從而在材料表面沉積有二氧化錫前軀體，將該沉積有前軀體溶膠的基體材料置于高溫氣氛爐中在氧化性氣氛或者還原性氣氛中于400-900°C，從而得到電阻率可以在一定范圍內(nèi)按指定要求調(diào)整的二氧化錫薄膜。具體制備條件和工藝步驟為
a. 二氧化錫前軀體溶膠的配制條件將錫化合物如硫醇乙基錫、三芐基錫、正丁基錫、丁基氧錫、草酸亞錫、醋酸錫、甲基錫、乙醇錫、硝酸錫、蘋(píng)果酸錫、甲醇錫、山梨醇錫，摻雜體化合物如金屬化合物及硼、磷的化合物，以及具有配位能力的化合物，和酸或者堿加入到水中形成穩(wěn)定的二氧化錫前軀體溶膠，溶膠的PH值在5-9之間。b.薄膜前軀體沉積條件將基體材料浸入到上述溶膠中，從而在材料表面沉積有二氧化錫前軀體。c. 二氧化錫薄膜形成條件將沉積有前軀體溶膠的基體材料置于高溫氣氛爐中在氧化性氣氛或者還原性氣氛中于400-900°C，從而得到電阻率可以在一定范圍內(nèi)按指定要求調(diào)整的二氧化錫薄膜。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例I
將硫醇乙基錫、硝酸鐵(其中鐵與錫的物質(zhì)的量之比為2:100)、乙二胺四乙酸，(其中乙二胺四乙酸與錫、鐵物質(zhì)的量總和之比為3:1)溶解于水中，加入氨水調(diào)節(jié)體系的pH至9，形成穩(wěn)定的二氧化錫前軀體溶膠。將微晶玻璃片浸入到該溶膠中，并取出，置于高溫氣氛爐中，通入氧氣，爐溫設(shè)定為700°C，保溫3小時(shí)后自然冷卻，取出該微晶玻璃片，表面沉積有二氧化錫薄膜，薄膜的電阻率為1200 Ω cm。實(shí)施例2
將醋酸錫，硫酸鉻(其中鉻與錫的物質(zhì)的量之比為1:100)、乙二胺(其中乙二胺與錫、鉻物質(zhì)的量總和之比為I: I)溶解于水中，加入氨水調(diào)節(jié)體系的PH至7，形成穩(wěn)定的二氧化錫前軀體溶膠。將普通玻璃片浸入到該溶膠中，并取出，置于高溫氣氛爐中，通入氧氣，爐溫設(shè)定為600°C，保溫I小時(shí)后自然冷卻，取出該玻璃片，表面沉積有二氧化錫薄膜，薄膜的電阻率為70 Ω cm。實(shí)施例3
硝酸錫、乙二醇鈮(其中鈮與錫的物質(zhì)的量之比為6:100)、酒石酸(其中酒石酸與錫、鈮物質(zhì)的量總和之比為2:1)溶解于水中，加入硫酸調(diào)節(jié)體系的pH至6，形成穩(wěn)定的二氧化錫前軀體溶膠。將氧化鋁陶瓷片浸入到該溶膠中，并取出，置于高溫氣氛爐中，通入氧氣，爐溫設(shè)定為900°C，保溫2小時(shí)后自然冷卻，取出 該氧化鋁陶瓷片，表面沉積有二氧化錫薄膜，薄膜的電阻率為O. 00068 Ω cm。
權(quán)利要求
1.一種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法，其特征在于包括溶膠的配制、溶膠在基體表面的沉積以及二氧化錫薄膜的高溫氣氛轉(zhuǎn)化形成。
2.如權(quán)利要求I所述的一種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法，其特征在于所述的溶膠的配制所使用的錫化合物為硫醇乙基錫、三芐基錫、正丁基錫、丁基氧錫、草酸亞錫、醋酸錫、甲基錫、乙醇錫、硝酸錫、蘋(píng)果酸錫、甲醇錫、山梨醇錫等不含有高溫下對(duì)金屬具有強(qiáng)烈腐蝕性鹵素離子的錫化合物。
3.如權(quán)利要求2所述的一種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法，其特征在于所述的溶膠的配制所使用的摻雜體化合物主要為金屬化合物及硼、磷的化合物，這些化合物不含有高溫下對(duì)金屬具有嚴(yán)重腐蝕性的鹵素離子。
4.如權(quán)利要求I所述的一種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法，其特征在于所述的溶膠的配制所使用的具有配位能力的化合物為不含在高溫下對(duì)金屬具有嚴(yán)重腐蝕性的鹵素離子的化合物。
5.如權(quán)利要求I所述的一種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法，其特征在于所述的溶膠的配制過(guò)程為將錫化合物、摻雜體化合物、配體化合物加入到水中形成溶液，同時(shí)向溶液中加入不含鹵素的酸或者堿調(diào)整體系的PH值在5-9之間。
6.如權(quán)利要求I所述的一種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法，其特征在于所述的薄膜的沉積方法為將基體材料浸入所獲得的溶膠中，再將基體材料移出溶膠，這樣溶膠即在基體材料表面沉積。
7.如權(quán)利要求I所述的一種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法，其特征在于所述的二氧化錫薄膜的高溫氣氛轉(zhuǎn)化形成是將表面沉積有溶膠的基體材料置于高溫氣氛爐中進(jìn)行熱處理，氣氛可以是氧化性氣氛或者還原性氣氛，熱處理溫度為400-900°C，從而得到電阻率可以在一定范圍內(nèi)按指定要求調(diào)整的二氧化錫薄膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種溶膠工藝沉積二氧化錫薄膜的方法，屬于陶瓷材料領(lǐng)域。將錫化合物、摻雜體化合物、具有配位能力的化合物等一并溶解于水中，調(diào)節(jié)體系的pH值，使體系發(fā)生溶膠化過(guò)程，獲得穩(wěn)定的溶膠；將沉積基體材料浸入上述溶膠中，使得二氧化錫溶膠沉積于上述基體表面；對(duì)該基體進(jìn)行高溫氣氛處理，得到電阻率可以在一定范圍內(nèi)按指定要求調(diào)整的二氧化錫薄膜。
文檔編號(hào)C23C20/08GK102925879SQ20121046059
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者張建榮, 方曙光, 劉瑜 申請(qǐng)人:寧波祈禧電器有限公司