一種制造多孔復(fù)合納米薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種制造多孔復(fù)合納米薄膜的制備方法，包括：采用旋涂法在基片上制備氧化劑/金屬納米粒子薄膜，然后通過(guò)水蒸氣處理的方法獲得多孔氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜，接著采用化學(xué)氣相沉積方法在基片上獲得多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子復(fù)合薄膜，然后在多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子復(fù)合薄膜表面采用原子沉積方法沉積金屬氧化物或金屬硫化物超薄膜，從而獲得多孔復(fù)合納米薄膜。該方法制備的多孔復(fù)合納米薄膜具有比表面積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)，在高儲(chǔ)能密度電化學(xué)電容器和氣敏材料上有十分廣泛的用途。
【專利說(shuō)明】一種制造多孔復(fù)合納米薄膜的方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及納米薄膜材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種制造多孔復(fù)合納米薄膜的方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]導(dǎo)電聚合物作為具有廣闊應(yīng)用前景的新型材料，引起了各國(guó)研宄的廣泛注意。隨著近幾年來(lái)納米科技的發(fā)展，在納米尺度范圍內(nèi)的多孔導(dǎo)電聚合物納米材料成為各國(guó)科學(xué)家的研宄熱點(diǎn)之一。多孔納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物由于表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)等使其具有特殊性能，因而在電化學(xué)儲(chǔ)能、化學(xué)氣體敏感傳感器等領(lǐng)域具有潛在的用途。
[0005]但目前制備導(dǎo)電聚合物多孔結(jié)構(gòu)的方法較為復(fù)雜，目前的一些制備方法如模板法、電化學(xué)沉積法均存在制備工藝復(fù)雜、模板難以去除等缺點(diǎn)，給穩(wěn)定制備導(dǎo)電聚合物多孔結(jié)構(gòu)帶來(lái)了困難。另外，單一導(dǎo)電聚合物多孔結(jié)構(gòu)在作為功能材料的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)機(jī)械性能不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一是提供一種制造多孔復(fù)合納米薄膜的方法，其中該方法制造的復(fù)合納米薄膜基于多孔導(dǎo)電聚合物、金屬氧化物或者金屬硫化物超薄膜復(fù)合材料，通過(guò)二者之間的良好協(xié)同作用，充分發(fā)揮各組份的優(yōu)點(diǎn)，從而在電化學(xué)儲(chǔ)能和化學(xué)敏感材料方面具有良好的應(yīng)用前景。
[0008]本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案包括:
提供了一種制造多孔復(fù)合納米薄膜的方法，其特征在于，包括:將氧化劑和金屬納米粒子分散于有機(jī)溶劑中，獲得氧化劑/金屬納米粒子分散液；將所述氧化劑/金屬納米粒子分散液的至少一部分涂于基片表面，在所述基片表面形成氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜；將形成了所述氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的所述基片置于水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行處理，使所述氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜中形成多孔結(jié)構(gòu)，獲得多孔氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜；將形成了所述多孔氧化劑/金屬納米粒子薄膜的所述基片置于導(dǎo)電聚合物單體氣氛中進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，獲得多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子復(fù)合薄膜；將形成了所述多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的所述基片置于原子層沉積設(shè)備中沉積金屬氧化物超薄膜或金屬硫化物超薄膜，獲得多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子/金屬氧化物復(fù)合納米薄膜或者多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子/金屬硫化物復(fù)合納米薄膜。
[0009]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化劑為氧化鐵或者甲基苯磺酸鐵。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬納米粒子為金納米粒子和/或銀納米粒子。
[0011]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述有機(jī)溶劑為正丁醇、異丙醇和甲醇中的一種或任意兩種形成的有機(jī)溶劑。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)電聚合物單體為3，4-乙烯二氧噻吩或者噻吩。
[0013]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述基片為氧化銦錫、石英或者二氧化硅。
[0014]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述將形成了所述氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的所述基片置于水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行處理包括:將形成了所述氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的所述基片置于250-300°C的水蒸氣環(huán)境中熱處理20-30分鐘，其中水蒸氣氣壓為1.0-1.5MPa0
[0015]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬氧化物為氧化釕、氧化鉬、氧化錳、或者氧化釩。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬硫化物為硫化鉬、硫化錳、硫化砸或者硫化鐵。
[0017]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所提供的制造多孔復(fù)合納米薄膜的方法制造的導(dǎo)電聚合物復(fù)合納米薄膜中，采用水蒸氣處理獲得的氧化劑多孔結(jié)構(gòu)作為聚合物單體的聚合模板，從而使得單體可以在模板中發(fā)生聚合而不需要去除模板，并通過(guò)原子層沉積的方法在導(dǎo)電聚合物多孔結(jié)構(gòu)上制備金屬氧化物或者金屬硫化物超薄膜結(jié)構(gòu)，使得導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子/和金屬氧化物(或金屬硫化物)之間形成良好的協(xié)同效應(yīng)，更適宜于電化學(xué)能量存儲(chǔ)和氣體敏感性能的體現(xiàn)，因此在高性能電化學(xué)電極材料和氣體敏感材料上有很好的應(yīng)用前景。
[0018]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造多孔復(fù)合納米薄膜的方法的流程示意圖。
[0020]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法制造的多孔復(fù)合納米薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的制造多孔復(fù)合納米薄膜的方法的具體步驟。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種制造介電聚合物復(fù)合薄膜的方法包括步驟10、步驟12、步驟14、步驟16和步驟18。
[0024]步驟10:制備氧化劑/金屬納米粒子分散液。
[0025]本發(fā)明的實(shí)施例的方法中，首先將氧化劑和金屬納米粒子分散于有機(jī)溶劑中，以獲得氧化劑/金屬納米粒子良好分散液，以利于后續(xù)在基片表面形成薄膜。
[0026]本發(fā)明的實(shí)施例中，這里使用的氧化劑可以為氧化鐵或者甲基苯磺酸鐵等等。
[0027]本發(fā)明的實(shí)施例中，這里使用的納米粒子可以為金納米粒子和/或銀納米粒子，即可以為金納米粒子和銀納米粒子中的任一種或者由這兩種金屬納米粒子形成的混合納米粒子。
[0028]本發(fā)明的實(shí)施例中，這里使用的有機(jī)溶劑可以為正丁醇、異丙醇和甲醇中的一種或由任意兩種形成的混合有機(jī)溶劑。
[0029]步驟12:將氧化劑/金屬納米粒子分散液涂于基片表面，形成氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜。
[0030]在步驟12中，可以將步驟10中獲得的氧化劑/金屬納米粒子分散液涂于基片表面，從而在基片表面形成氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜。例如，一個(gè)實(shí)施例中，可以將氧化劑/金屬納米粒子分散液采用旋涂的方式涂于基片上，通過(guò)控制基片的轉(zhuǎn)速獲得不同厚度的復(fù)合薄膜，并將獲得的薄膜進(jìn)行烘干處理，從而獲得金屬納米粒子良好分散的氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜。
[0031 ] 本發(fā)明的實(shí)施例中，這里使用的基片可以為氧化銦錫、石英或者二氧化硅等。
[0032]步驟14:對(duì)氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜進(jìn)行水蒸氣處理。
[0033]在基片上形成氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜之后，在步驟14中，可以將該氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜置于水蒸氣環(huán)境中，通過(guò)水蒸氣熱處理使該氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜中形成多孔結(jié)構(gòu)，從而在基片上獲得多孔氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜。
[0034]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟14中的水蒸氣處理可以為將氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜(即形成了氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的基片)置于250-300°C的水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行熱處理，處理時(shí)間可以為20-30分鐘，水蒸氣氣壓可以為1.0-1.5 MPa，較高的水蒸氣環(huán)境可以保證多孔結(jié)構(gòu)的有序性。
[0035]步驟16:將多孔氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜在導(dǎo)電聚合物單體氣氛中進(jìn)行化學(xué)氣相沉積。
[0036]在基片上獲得多孔氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜之后，在步驟16中，可以將形成了多孔氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的基片置于導(dǎo)電聚合物單體氣氛中，此時(shí)導(dǎo)電聚合物單體吸附于氧化劑薄膜中并發(fā)生聚合反應(yīng)，從而獲得多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子復(fù)合薄膜。
[0037]本發(fā)明的實(shí)施例中，步驟16中的導(dǎo)電聚合物單體可以為3，4_乙烯二氧噻吩或者噻吩等等。
[0038]步驟18:沉積金屬氧化物或者金屬硫化物超薄膜。
[0039]在步驟18中，可以將獲得的多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子復(fù)合薄膜(即，形成了該多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的基片)置于原子層沉積設(shè)備中，沉積超薄的金屬氧化物超薄膜或者金屬硫化物超薄膜，從而獲得多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子/金屬氧化物復(fù)合納米薄膜或者多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子/金屬硫化物復(fù)合納米薄膜。
[0040]本發(fā)明的實(shí)施例中，步驟18中所沉積的金屬氧化物可以為氧化舒、氧化鉬、氧化猛或者氧化I凡等等。
[0041]本發(fā)明的實(shí)施例中，步驟18中沉積的金屬硫化物可以為硫化鉬、硫化錳、硫化砸或者硫化鐵等等。
[0042]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法制造的多孔復(fù)合納米薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖，其中I為基片，2為導(dǎo)電聚合物層，3為水蒸氣熱處理后形成的多孔結(jié)構(gòu)中的孔，4為金屬氧化物(或者金屬硫化物)超薄膜。
[0043]下面是本發(fā)明的方法的幾個(gè)具體的實(shí)例。
[0044]實(shí)例1:
(I)將甲基苯磺酸鐵和金納米粒子溶于正丁醇溶液中，獲得甲基苯磺酸鐵/金納米粒子溶液，甲基苯磺酸鐵的濃度為2摩爾/升，納米粒子的濃度為2毫克/毫升； (2)采用微量進(jìn)樣器抽取適量(I)中獲得的溶液，加于旋轉(zhuǎn)的氧化銦錫基片表面，基片的旋轉(zhuǎn)速度為2000轉(zhuǎn)/分鐘，并將沉積了甲基苯磺酸鐵/金納米粒子薄膜的基片置于100°C真空烘箱中15分鐘；
(3)將(2)中獲得的甲基苯磺酸鐵/金納米粒子薄膜置于水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行熱處理，處理溫度為280°C，水蒸氣氣壓為1.0 MPa ；
(4)將經(jīng)過(guò)步驟(3)處理后的氧化銦錫基片置于3，4-乙烯二氧噻吩單體氣氛中50分鐘進(jìn)行化學(xué)氣相聚合沉積；
(5)將經(jīng)過(guò)步驟(4)處理后的氧化銦錫基片放入原子層沉積設(shè)備中，沉積氧化釕金屬氧化物，獲得多孔結(jié)構(gòu)的聚_3，4-乙烯二氧噻吩/金納米粒子/氧化釕復(fù)合納米薄膜。
[0045]實(shí)例2:
實(shí)例2中，聚合物為聚噻吩，其余物質(zhì)和制造流程與實(shí)施I中類似，從而獲得多孔結(jié)構(gòu)的聚噻吩/金納米粒子/氧化舒復(fù)合納米薄膜。
[0046]實(shí)例3:
實(shí)例3中，納米粒子為銀納米粒子，其余物質(zhì)和制造流程與實(shí)施I中類似，從而獲得多孔結(jié)構(gòu)的聚_3，4-乙烯二氧噻吩/銀納米粒子/氧化釕復(fù)合納米薄膜。
[0047]實(shí)例4:
實(shí)例4中，聚合物為聚噻吩，納米粒子為銀納米粒子，從而獲得多孔結(jié)構(gòu)的聚噻吩/銀納米粒子/氧化I了復(fù)合納米薄膜。
[0048]實(shí)例5:
實(shí)例5中，金屬氧化物為二氧化錳，其余物質(zhì)和制造流程與實(shí)施I中類似，從而獲得多孔結(jié)構(gòu)的聚_3，4-乙烯二氧噻吩/金納米粒子/ 二氧化錳復(fù)合納米薄膜。
[0049]實(shí)例6:
實(shí)例6中，金屬硫化物為二硫化鉬，其余物質(zhì)和制造流程與實(shí)施I中類似，從而獲得多孔結(jié)構(gòu)的聚_3，4-乙烯二氧噻吩/金納米粒子/ 二硫化鉬復(fù)合納米薄膜。
[0050]實(shí)例7:
實(shí)例7中，金屬硫化物為二硫化砸，納米粒子為銀納米粒子，其余物質(zhì)和制造流程與實(shí)施I中類似，從而獲得多孔結(jié)構(gòu)的聚_3，4-乙烯二氧噻吩/銀納米粒子/ 二硫化砸復(fù)合納米薄膜。
[0051]本發(fā)明實(shí)施例所提供的制造多孔復(fù)合納米薄膜的方法中，多孔結(jié)構(gòu)由水蒸氣熱處理的方式來(lái)獲得，簡(jiǎn)便可行。這種氧化劑形成的多孔結(jié)構(gòu)可以使得聚合物單體有效并完整的在模板中發(fā)生聚合，并不需要移除模板。另外，采用原子層沉積方法制備的金屬氧化物(硫化物)由于厚度可控并附著性良好，使得導(dǎo)電聚合物與氧化物(硫化物)形成良好的協(xié)同效應(yīng)。在電化學(xué)儲(chǔ)能和化學(xué)氣體敏感材料方向具有的應(yīng)用前景。并且該制造方法合理簡(jiǎn)單，易于操作，制備的多孔復(fù)合納米薄膜具有比表面積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)，在高儲(chǔ)能密度電化學(xué)電容器和氣敏材料上有十分廣泛的用途。
[0052]以上通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于這些具體的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對(duì)本發(fā)明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換只要未背離本發(fā)明的精神，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，以上多處所述的“一個(gè)實(shí)施例”表示不同的實(shí)施例，當(dāng)然也可以將其全部或部分結(jié)合在一個(gè)實(shí)施例中。
【權(quán)利要求】
1.一種制造多孔復(fù)合納米薄膜的方法，其特征在于，包括: 將氧化劑和金屬納米粒子分散于有機(jī)溶劑中，獲得氧化劑/金屬納米粒子分散液； 將所述氧化劑/金屬納米粒子分散液的至少一部分涂于基片表面，在所述基片表面形成氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜； 將形成了所述氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的所述基片置于水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行處理，使所述氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜中形成多孔結(jié)構(gòu)，獲得多孔氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜； 將形成了所述多孔氧化劑/金屬納米粒子薄膜的所述基片置于導(dǎo)電聚合物單體氣氛中進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，獲得多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子復(fù)合薄膜； 將形成了所述多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的所述基片置于原子層沉積設(shè)備中沉積金屬氧化物超薄膜或者金屬硫化物超薄膜，獲得多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子/金屬氧化物復(fù)合納米薄膜或者多孔導(dǎo)電聚合物/金屬納米粒子/金屬硫化物復(fù)合納米薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述氧化劑為氧化鐵或者甲基苯磺酸鐵。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于:所述金屬納米粒子為金納米粒子和/或銀納米粒子。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述有機(jī)溶劑為正丁醇、異丙醇和甲醇中的一種或任意兩種形成的有機(jī)溶劑。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:所述導(dǎo)電聚合物單體為3，4-乙烯二氧噻吩或者噻吩。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述基片為氧化銦錫、石英或者二氧化硅。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將形成了所述氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的所述基片置于水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行處理包括:將形成了所述氧化劑/金屬納米粒子復(fù)合薄膜的所述基片置于250-300°C的水蒸氣環(huán)境中熱處理20-30分鐘，其中水蒸氣氣壓為 1.0-1.5 MPa ο
8.如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:所述金屬氧化物為氧化釕、氧化鉬、氧化錳或者氧化釩。
9.如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:所述金屬硫化物為硫化鉬、硫化猛、硫化砸或者硫化鐵。
【文檔編號(hào)】C23C16/455GK104480453SQ201410701715
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】楊亞杰, 楊文耀, 徐建華, 蔣亞?wèn)| 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)