（材料学专业论文）氧化铝溶胶的性质与致密氧化铝膜的制备工艺研究.pdf

摘要 全反射膜空芯光纤的丌发对开拓c 0 2 激光在激光医疗、激光加工等领 域的应用具有重要意义。目前，全反射膜材料的制备已成为制约全反射膜 空芯光纤研究和发展的重要因素。本文基于致密氧化铝膜的红外反常色散 特性，结合溶胶凝胶技术，采用浸渍提拉法、旋覆法和电泳沉积工艺，对 氧化铝溶胶的性质和致密氧化铝膜的制备工艺进行了研究。 以异丁醇铝为前驱物、水为溶剂、硝酸为胶溶剂制备了不同浓度的氧 化铝溶胶，进而采用提拉法和旋覆法制备了致密氧化铝膜。结果表明，胶 体颗粒的双电层厚度随硝酸的浓度的增加不断减小，对异丁醇铝与水的摩 尔比为1 ：5 0 系溶胶，硝酸浓度为0 2 2 m o l 1 时胶体颗粒的z e t a 电位和作用 位能最大。氧化铝凝胶经9 0 0 ( 2 保温2 h 和在5 5 0 保温5 h 后有机基团 和溶剂水基本都去除完全，随着温度的升高，凝胶由y 依次向6 ，e 和a a 1 2 03 发生转变。 以异丁醇铝为前驱物、异丁醇为溶剂制备了氧化铝聚合溶胶，进而采 用电泳沉积工艺制备了致密氧化铝膜。结果表明，胶体颗粒的平均粒径和 z e t a 电位随异丁醇的增加先升高后下降。当沉积时涮为1 h 时，异丁醇a s b 为4 0 时膜的厚度最佳。膜厚随沉积电压和沉积时问的增加而增加，但 增加速率下降。 同时研究了提拉法镀膜中工艺参数对制备氧化铝膜的影响。结果表明， 提高铝的固含量和降低提拉速度有利于制备均匀致密的薄膜。当提拉速度、 溶胶浓度和镀膜次数较大时膜内易出现微裂纹和脱落等缺陷，5 5 0 热处理 5 h 可以消除缺陷，获得致密厚膜。氧化铝膜的相变规律与凝胶粉术一致， 在c 0 2 激光波长处的复折射率为o 7 2 + 0 ，1 9 i 。在旋覆法工艺中，转速越高 开始出现脱落现象的层数越高。镀膜次数较高时膜内易产生断层。采用 真空干燥制度后通过低速少次就可以获得厚度约为6 9 i n 的致密膜。 综合分析提拉法、旋覆法和电泳沉积工艺，采用前两种工艺制备的氧 化铝膜的致密性优于术者，并且三者中旋覆法最能快捷有效地提高膜厚。 关键字：氧化铝溶胶，致密氧化铝膜，提拉法，旋覆法，电泳沉积 a b s t r a c t t h es t u d yo na l l - r e f l e c t i v e - - f i l mh o l l o w - c o r ew a v e g u i d e si sv e r yi m p o r t a n t f o rt h ea p p l i c a t i o no fc 0 2l a s e ri nm a n yf i e l d ss u c ha sm e d i c a lt r e a t m e n t ，l a s e r p r o c e s s i n ga n ds oo n h o w e v e r , t h ep r e p a r a t i o no fa l lr e f l e c t i v ef i l m sh a sa r c a d y b e c o m et h ef i r s ti m p o r t a n tf a c t o ri nt h er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to ft h e w a v e g u i d e s b a s e do nt h ei n f r a r e da n o m a l o u sd i s p e r s i o no fc o m p a c ta l u m i n a f i l m ，t h ec h a r a c t e ro fa l u m i n as o l sa n dt h ep r o c e s s i n gf o rf a b r i c a t i n gc o m p a c t a l u m i n af i l mw e r es t u d i e db yu s i n gs o l g e lm e t h o d ，c o m b i n i n gd i p - d r o p p i n g ， s p i n c o a t i n gm e t h o da n de l e c t r o p h o r e t i cd e p o s i t i o nt e c h n i q u e s a l u m i n as o l so fd i f f e r e n tc o n t e n tw e r e p r e p a r e db yu s i n g a l ( o s e c b u ) 3a sp r e c u s o r ，w a t e ra ss o l v e n ta n dn i t r i ca c i da sp e p t i z e r i t s i n d i c a t e dt h a tt h ez e t ap o t e n t i a la n dt o t a li n t e r a c t i o ne n e r g yo ft h ec o l l o i d a l p a r t i c l e sa r eb o t ha tam a x i m u mw h e nt h en i t r i ca c i dc o n c e n t r a t i o ni s0 2 2 m 0 1 1 f o rt h ea l u m i n as o l sw i t i lam o lr a t i oo f1 ：5 0b e t w e e na s ba n dh 2 0 t h er e s u l t s s h o wt h a tt h eo r g a n i cm a t t e ra n ds o l v e n tw a t e ri nt h ea l u m i n ag e l sh a v eb e e n a l r e a d yw i p p e do f f a f t e rt h e yw e r eh e a tt r e a t e da t9 0 0 cf o r2h o u r sa n d5 5 0 。c f o r5h o u r sa n dt h ec r y s t a l l i n ep h a s et r a n s f o r m a t i o no c c u r sa s y ，6 ，0 a n d 一a l u m i n ai nt u r nw i t ht h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e a tt h es a m et i m e ，a l u m i n ap o l y m e r i cs o l sw e r ep r e p a r e db yu s i n g a i ( o s e c - b u ) 3a sp r e c u s o ra n ds e c - b u o t ta ss o l v e n t t h e nc o m p a c ta l u m i n a f i l m sw e r ef a b r i c a t e db ye l e c t r o p h o r e t i cd e p o s i t i o n i tw a sf o u n dt h a tt h e z e t ap o t e n t i a la n da v e r a g es i z eo ft h ec o l l o i d a lp a r t i c l e si n c r e a s ee a r l i e ra n d d r o pl a t e rw i t ht h ea d d i t i o no fs e c b u o ha n db o t ho f t h e mr e a c ht h em a x i m a l v a l u e sw h i c ha r e7 9 0 n ma n d2 0 m vr e s p e c t i v e l yw h e nt h em o lr a t i ob e t w e e n s e c b u o ha n da s bi s3 0 t h ef i l mo b t a i n e dt h em a x i m a lt h i c k n e s sw h e nt h e m o lr a t i oo fs e c b u o h a s bi s4 0a n dt h ed e p o s i t i o nt i m ei s1h o u r t h e t h i c k n e s so ft h ef i l mi n c r e a s e sw i t ht h eg r o w t ho fv o l t a g ew h e nd e p o s i t e df o r c e r t a i nt i m ea n di n c r e a s e sw i t ht h ee n h a n c e m e n to fd e p o s i t i o nt i m ew h e n d e p o s i t e da tc e r t m nv o l t a g e m o r e o v e r , t h er i s i n gr a t ef a l l sw i t ht h ep r o l o n g a t i o n o f t i m e t h ee f f e c to fd r o p p i n gs p e e d ，s o l i dc o n t e n to fa l u m i n u m ，d i p d r o p p i n g c y c l e sa n dh e a t - t r e a t m e n tr u l e so na l u n i n af i l mw e r ea l s os t u d i e di nt h e f a b r i c a t i o no fc o m p a c ta l u m i n af i l mb yd i p d r o p p i n gm e t h o d i t ss h o w n t h a tt h ei n c r e a s eo fs o l i dc o n t e n ta n dd e c r e a s eo fd r o p p i n gs p e e dh e l pt o p r e p a r eh o m o g e n e o u sc o m p a c tf i l m s m i c r o c r a c k sa n ds t r e s s e sw i l la p p e a r i ft h ed r o p p i n gs p e e d ，a l u m i n u mc o n t e n ta n dd r o p p i n gc y c l e sa r et o oh i g h h i g ht e m p e r a t u r eh e a t t r e a t m e n tc a ne l i m i n a t ea n dh e l pt oo b t a i nc o m p a c t t h i c kf i l m ，i nt h es t u d yo ns p i nc o a t i n g ，i tc a nb er e s u l t e dt h a td e c r e a s i n g s p i n n i n gs p e e dc a r lh e i g h t e nf i l mt h i c k n e s s ，c a p i l l a r yf o r c er e s u l t e di n s h r i n k a g eo ft h eg e ls t r u c t u r ee a s i l yf o r m e df a u l t a g e si n s i d et h ef i l m t h e c a p i l l a r yf o r c ec a nb ed r o p p e dt h r o u g hv a c u u md r y i n gp r o c e s s ，a n dc o m p a c t f i l mw i t ht h i c k n e s so f6umw a so b t a i n e db yl o ws p i n n i n gs p e e da n df e w p l a t i n gt i m e s t h e g e n e r a la n a l y s i s o f d i p d r o p p i n g ，s p i n c o a t i n g m e t h o da n d e l e c t r o p h o r e t i cd e p o s i t i o n t e c h n i q u e ss h o w st h a tt h ec o m p a c t i o nd e g r e eo f a l u m i n af i l mf a b r i c a t e db yt h ef o r m e rt w om e t h o d sa r eh i g h e rt h a nt h o s e p r e p a r e db yt h el a s to n e b e s i d e s ，s p i n c o a t i n gm e t h o di st h em o s te f f i c i e n ta n d f a s tw a yt or a i s ef i l mt h i c k n e s s k e y w o r d s ：a l u m i n as o l ，c o m p a c ta l u m i n af i l m ，d i p d r o p p i n ，s p i n c o a t i n g e l e c t r o p h o r e t i cd e p o s i t i o n 武汉理工大学硕士学位论文 弟一草刖置 1 1c 0 2 激光的特点和应用 自从1 9 6 4 年p a t e l 成功地制造出了世界上第一台c 0 2 激光器， c 0 2 激光器因其自身的优点在多个领域得到广泛应用。首先，c 0 2 激光器具有高达3 0 的能量转换效率，而且连续输出功率可达1 0 5 w ， 脉冲功率高达1 0 ”w 。此外，c 0 2 激光器输出的c 0 2 激光除了具有一 般激光相干性好、单色性好、强度高等优点外，还具有其自身的特点 【2 】= c 0 2 激光波长为1 0 6 9 m ，正好处于7 5 1 4 9 m 的“大气窗1 2 1 ”，因 此大气对它的吸收较小；c 0 2 激光对人体眼睛的损伤较小，人体组织 对它具有较大的吸收系数；陶瓷材料和有机材料对c 0 2 激光具有很强 的吸收；c 0 2 激光具有较高的能量。 鉴于c 0 2 激光具有上述的优点，c 0 2 激光开始被广泛用于激光医 疗、材料加工和大气通讯口j 。c 0 2 激光手术刀是利用人体对激光能量 的吸收将集束的激光照射在患部，使局部组织产生高温，从而达到 切除和治疗的目的。由于人体对c 0 2 激光的吸收系数比对可见激光和 常用的y a g 激光要大几个数量级，所以采用c 0 2 激光时，可在人体 表面产生局部高温，而不致烧伤正常组织，实现“无血”手术，患者的 伤痛感因而大大减轻1 4j 。由于陶瓷材料和有机材料等对c 0 2 激光都有 很强的吸收，用c 0 2 激光对这些材料进行精密加工比采用其它激光具 有更大的优越性。由于c 0 2 激光器具有很高的输出功率，可以利用 c 0 2 激光来焊接和切割金属。并且，c 0 2 激光波长处在大气窗口，因 此c o ：激光是地面大气传输激光通讯和地面到卫星之间通讯用的首 选激光。 1 2 红外传能光纤的研究 1 2 1 传输c 0 2 激光实芯光纤的研究 由于光纤材料和光纤结构对光纤的传输特性具有决定性的作用 光纤材料和光纤结构是制备红外传能光纤的两个前提因素。在材料方 面，有陶瓷材料，氧化物、硫化物、卤化物等玻璃材料以及单晶、多 武汉理工大学硕士学位论文 晶材料等1 5 - 7 1 。不同的材料具有不同的特点，如何选取合适的材料， 制备低损耗、高功率传输的空芯光纤是一个重要的研究内容。在结构 方面，采用了实芯光纤和空芯光纤两种结构j 。 对于实芯光纤，早在七十年代，国际上特别是发达国家就开始了 c 0 2 激光传输材料的研究。1 9 7 8 年，美国休斯公司的p i n n o w 用挤压 法制成了在1 0 6 p m 处光损耗只有o 4 6 d b m 的k r s 一5 多晶光纤。 随后，以美国的贝尔实验室、海军研究所和休斯公司以及日本的臼立 公司、n t t 、n o g 、松下公司和崛场制作所等单位为首的许多国家的 研究单位都投入了大量的资金研究c 0 2 激光传输光纤。从国外专利及 文献检索的结果来看，所研究的对象主要有卤化物晶体光纤、硫系玻 璃光纤、硫卤玻璃光纤。 国内自1 9 8 3 年以后丌始重视红外光纤材料的研究，氟化物玻璃 光纤列入了国家“六五”公关项目，并随后进入了叫二五”和“八五”期间 的“8 6 3 ”项目。在“七五”后期，吉林大学在毛细管内生长卤化物晶体光 纤的研究也进入了“8 6 3 ”，到“八五”期间，几种c 0 2 激光传输用红外 光纤的研究都列入了“8 6 3 ”项目，分别由吉林大学承担卤化物单晶光 纤的研究任务( 后转化为研究g e 0 2 多晶空芯光纤) ，上海硅酸盐研究 所负责卤化物多晶光纤的研究，华东理工大学和北京玻璃研究所负责 硫系玻璃光纤的研究，武汉工业大学负责硫卤玻璃光纤的研究，浙江 大学也开展了t e x 基硫卤玻璃光纤的研究。 从国内外研究现状来看，卤化物晶体光纤具有透红外范围较广， 在1 0 6 9 m 附近的光损耗较小，传输c 0 2 激光功率较大等优点。到目 前为止，国际上卤化物晶体光纤在1 0 6 9 m 处的光损耗己降到0 1 d b m 左右，传输c 0 2 激光功率达到2 0 0 瓦左右。但由于该光纤制作周期长、 材料光学和化学性能不稳定，力学性能也较差，难以实际应用 9 1 。尽 管硫系玻璃光纤的光学和化学性能较稳定，力学性能也较好，但是由 于透红外范围较窄( 一般截止波长为1 6 1 7 l m ) ，所以在l o 6 9 m 附近 的损耗很难降到l d b m 以下，传输c o ：激光的功率也难以达到l o 瓦以 上【t o - 1 2 l 。目前，硫系玻璃光纤在1 0 6 1 t m 处的光损耗约为1 5 d b m ，在 武汉理工大学硕士学位论文 有水冷却的情况下传输c 0 2 激光的功率可达1 0 瓦左右。虽然t e x 基 硫卤玻璃光纤可以透过2 0 p _ m 以上的红外光，但是其材料耐热性能差， 单纯的t e x 基玻璃的转变温度一般为5 0 8 0 。c 。为了提高转变温度 添加g e 、a s 及s e 等元素之后，玻璃的红外截止波长又象以往的硫系 玻璃一样只能达到1 7 p m 左右，所以1 0 6 1 t m 附近的光损耗也很难继续 降低。1 ”。目前，硫卤玻璃( r e s e i ) 光纤的光损耗约为1 2 d b m 。 1 2 2 传输c 0 2 激光空芯光纤的研究 空芯光纤一般使用氧化物玻璃或晶体作为光纤材料，以空气作为 传输介质。由于具有传输介质均匀性高、散射损耗小、吸收损耗小、 偶合损耗低、无终端损耗、无毒及化学、光学性能稳定等优点，空芯 光纤具有很广阔的应用前景。固然，空芯光纤也有其自身的缺点，如 直径较实芯光纤大，弯曲损耗较高，数值孔径较小。但是，由于空芯光 纤较实芯光纤具有多方面的优点，所以仍是当今红外激光手术和激光 加工工业中激光传输手段中最有吸引力的一种选择。 根据光线在空芯光纤中传播的特点可将空芯光纤分为泄露型和 全反射型空芯光纤两种。泄露型空芯光纤的特点是光线传输到金属高 反射膜或电介质膜上发生高反射而进行传输；全反射型空芯光纤的特 点是光线照射到折射率小于空气折射率( n 1 0 d b m 以a 1 2 0 3 为全反射膜材料形成的倒形空 e f g 法 ：占波导衰减：o 3 8 d b m 1 d ：3 3 0 m 1 0 6 0 9 m ，长为1 m 。 以t i 0 2 一s i 0 2 - g e 0 2 复合膜为反射膜材料s o l g e l 法 的玻璃空：苍光纤，内径为l i l l m ， i 吏为1 m 。衰减：8 d b m 以a 1 2 0 3 为全反射膜材料的玻璃空芯光纤， s 0 1 g e l 法 衰减： 1 6 d b m ，内径为l l r l m ，长为1 m 由表1 1 可以看出，国外在制备对全反射膜空芯光纤中主要采用 传统的熔融法，衰减 7 d b m ，这从实用的角度来说是不能用来传输 c 0 2 激光的。并且，对熔融法和c v d 法而言，不仅设备投资大工 艺参数控制复杂，而且对多组分反常色散玻璃体系而言，气源物质以 及空芯光纤基管的选择都较为苛刻。因此，近几年来，武汉理工大学 的赵修建实验室开始采用溶胶一凝胶法进行全反射膜型空芯光纤的研 究，反射膜材料主要采用t i 0 2 s i 0 2 g e 0 2 复合膜和氧化铝膜两种。 然而，由于膜的表面存在一些缺陷，致使t i 0 2 一s i 0 2 - g e 0 2 复合膜全 反射型空芯光纤的衰减达到8 d b m 。在氧化铝膜的制备方面，由于一 些工艺还不是很成熟，因此制备的膜质量较差，如孔洞较大( 达到了 微米级) 以及膜的厚度较小等不利因素，造成光纤的损耗很高。为了 降低光纤的传输损耗，必须从氧化铝溶胶的性质和致密氧化铝膜的制 备工艺两个方面进行研究，从而提高氧化铝膜的致密性以及提高膜层 的厚度等。然而，目前还很少对氧化铝溶胶的性质与致密氧化铝膜的 制备工艺进行比较系统和全面的研究。所以，在以前的研究基础上， 本文对氧化铝溶胶的性质和致密氧化铝膜的制备工艺进行了研究。 1 4 本文的研究目的和意义 本论文以氧化铝溶胶的性质与致密氧化铝膜的制备工艺研究作 为课题，旨在为制备氧化铝膜空芯光纤作一些基础研究，进而为促进 武汉理工大学硕士学位论文 c 0 2 激光的实用化，使其尽快服务于人们的生活作一些努力。本文在 吸收、消化前人在这方面已经取得的成果的基础上，针对致密氧化铝 膜的制备研究中所存在的一些问题，结合溶胶凝胶法和电泳沉积法这 两种科学前言技术，采用溶胶一凝胶法制各氧化铝溶胶并进而采用提拉 法、旋覆法和电泳沉积工艺制备c 0 2 激光空芯波导用材料即致密氧化 铝膜。这一研究对于空芯波导的研究开发以及其它相关领域的完善和 发展具有积极的意义。 武汉理，r 。大学硕士学位论文 第二章氧化铝膜空芯光纤的原理 及氧化铝膜的制备方案 2 1 全反射膜空芯光纤的原理 设材料的折射率和消光系数分别为n 和k ，则材料的复折射率可 表示为：n l _ n + i k 。图2 1 所示的是一个典型的空芯光纤的结构 2 3 1 。图 2 - 2 是空芯光纤横截面内的折射率的分布图。在o a 区，折射率均匀 分布，其值就为空气的折射率，即l 。在r a 的区域，折射率亦恒定 不变，其值计为n 。n 在r = a 处折射率发生陡变，且n l o g m ) ，存在很多微米级的空洞 异丙醇铝水硝酸 厚度约为1 9 m ，膜层致密均匀 异丁醇铝水硝酸 表面光滑，膜致密均匀厚度 l g m 综合以上因素，本次研究采用如下的实验方案：1 ) 以异丁酵铝 为前驱物采用分散法制备高固含量的稳定的氧化铝胶粒溶胶，采用浸 渍提拉法和旋覆法反复镀膜，制备出厚度大于2 p m 的致密氧化铝膜。 2 ) 以异丁醇铝为前驱物采用聚合法制备出稳定的氧化铝聚合溶胶， 采用电泳沉积技术镀膜。具体的实验内容和研究内容将在后面的文章 中详细的讲述。 武汉理工火学硕士学位论文 第三章实验部分 3 1 实验药品及仪器的准备 3 1 1 实验药品 表3 - 1 实验药品及其有关物理参数 中：名称 分子式 分子量密，浓度纯度 二级丁醇铝 a i o c h ( c h 3 ) c h 2 c h 3 】3 2 4 6 3 2o 9 6 分析纯 异t 醇( c h 3 ) 2 c h c h 2 0 h 7 4 1 20 8 0 分析纯 硝酸hn03 6 3 0 2 1 4 6分析纯 乙酰乙酸乙酯c h 3 c o c h 2 c o o c 2 h 5 l3 0 41 0 2分析纯 浓盐酸h c l3 6 4 63 6 5 分析纯 氨水n h 4 0 h 3 5 0 50 8 8 分析纯 双氧水 h2 0 23 4 0 l 1 1 0分析纯 乙醇c 2 h 6 0 4 60 70 7 9 分析纯 载波片( 1 2 7 6 2 6 m m ) ，石英玻璃( 1 5 4 1 8 m m ) ，不锈钢片 ( 1x 4 0 x 2 2 m m ) ，i t o 玻璃( 1x 4 0 2 2 m m ) ，铝片( 1x 4 0 x 2 2 m m ) 。 3 1 2 实验设备 7 8 i 型磁力加热搅拌器，1 0 1 i 型干燥箱( 最大功率5 9 k w ) ， k q 一5 0 1 3 型超声波清洗器，可控稳压直流电源( 0 3 0 v ) ， m o d e i 。k w 一4 a 型旋转镀膜机，m o d e l k w - 4 a h 型烤胶机，自制提 拉镀膜机，自制电泳沉积装置，s r j x 4 3 型箱型电阻炉，s s x 一1 2 - 1 6 高温箱式电阻炉。 3 2 氧化铝溶胶的制备和表征 3 2 1 氧化铝胶粒溶胶的制备 氧化铝胶粒溶胶的制备特点是将大块物质分裂成胶体颗粒。分散 法制备氧化铝溶胶的工艺流程如3 1 图所示。氧化铝溶胶的生成过程 为：水解缩聚一沉淀一胶溶一透明溶胶 3 3 1 。即a s b 遇水迅速发生水 解反应，随着水解反应的进行，脱水缩聚和脱醇缩聚反应也开始发 生，水解缩聚反应不断进行结果生成( a 1 0 o h ) 型的大颗粒沉淀。 加入硝酸后，表面由于吸附了氢离子而带电，带电后的( a i o o h ) 沉淀颗粒间产生扩散双电层斥力而不断分散成小颗粒，当硝酸的浓 武汉理工大学硕士学位论文 度合适时即生成氧化铝溶胶。 l 水( 8 5 )i + 异丁醇铝 8 5 水浴磁力搅拌2 0 分钟 广上 i 硝酸l r 一 磁力搅拌2 0 分钟 图3 1 氧化铝胶粒溶胶的制各流程 异丁醇铝+ 异丁醇 士 室温下磁力搅拌1 小时 + 乙酰乙酸乙酯 + 室温下磁力搅拌3 小时 + 水+ 异丁醇 + 室温下磁力搅拌1 0 分钟 氧化铝聚合溶胶 幽3 - 2 氧化铝聚合溶胶的制备流程 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 2 氧化铝聚合溶胶的制备 制备溶胶的聚合法是使离子或分子聚集成胶体颗粒的方法。在聚 合法制备氧化铝溶胶中，采用异丁醇为溶剂，加入e a e a e 作为螯合 剂控制铝醇盐与水的水解一缩聚反应速度进而生成澄清稳定的氧化铝 溶胶【3 4 。聚合法制备氧化铝溶胶的工艺流程如图3 - 2 所示。 3 2 3 氧化铝溶胶的表征方法 为了观察氧化铝胶体颗粒的形状和大小，利用j e m 1 0 0 c x i i 透射 电镜对氧化铝溶胶进行测试，加速电压为8 0k v ，同时可以得到溶胶 的电子衍射图片；利用z e t a p a l sz e t a 电位分析仪对溶胶进行z e t a 电 位测试，取三次测试结果的平均值；在z a t a p a l s 粒度分析仪上测试 氧化铝溶胶的粒径分布，取三次测试结果的平均值。 图3 - 3 氧化铝凝胶粉末的热处理制度 3 3 氧化铝凝胶的制备和表征 氧化铝溶胶较稳定，一般在室温下放置3 0 天不凝胶，为了促使 氧化铝溶胶凝胶，将其放入烘箱中，在5 0 进行热处理，其胶凝时间 明显提前，制得的凝胶无色透明。为了研究氧化铝凝胶向玻璃的转化， 以确定合理的热处理工艺参数，在s r j x 一4 - 3 型箱型电阻炉内，对氧 化铝凝胶分别按照图3 3 中的温度曲线r l a 、r 1 b 、r 1 c 和r 1 d 升温 一p一苗b目_l 武汉理工大学硕士学位论文 到在3 0 0 c 、5 0 0 、7 0 0 和9 0 0 ，并分别在3 0 0 、5 0 0 、7 0 0 和9 0 0 c 保温2 小时；其中的升温速度为：室温3 0 0 ：1 0 m i n ；3 0 0 5 0 0 ：5 m i n ；5 0 0 7 0 0 ：3 3 c m i n ；7 0 0 9 0 0 c ：3 3 c r a i n ； 降温速度为1 m i n 。处理后的产物用于红外和x 射线衍射分析。 3 4 致密氧化铝膜的制备 如图3 - 4 所示，氧化铝膜的制备主要采取两种路线，路线一：以 氧化铝胶粒溶胶为镀膜液，普通玻璃片和石英片为基片，分别在 m o d e 】。k w 4 a 型旋转镀膜机上和提拉机上镀膜，然后在 m o d e l k w 。4 a h 型烤胶机上对镀膜后的基片进行3 0 0 热处理1 0 分 钟，凝胶膜自然冷却后再分别进行重复镀膜，每次镀膜后再在3 0 0 进行热处理。当镀到一定厚度时，分别对玻璃基薄膜按图3 6 中的高 温热处理制度r 2 a 进行高温热处理，对石英基薄膜按图3 - 6 中的高温 热处理制度进行不同的温度处理，分别得到不同晶态的氧化铝薄膜。 路线二：以氧化铝聚合溶胶为镀膜液，以i t o 玻璃基片、不锈钢片 和铝片为电极材料，进行电泳沉积法镀膜，然后对薄膜进行3 0 0 c 热处理1 0 分钟，再按图3 - 6 中的高温热处理制度r 2 a 进行高温热处 理后得到氧化铝薄膜。 氧化铝胶粒溶胶ii 氧化铝聚合溶胶 旋涂法提拉法镀膜电泳沉积法镀膜 3 0 0 c 热处理1 0 分钟 高温热处理 致密氧化铝膜 酬3 - , 1 氧化锅薄膜的制钎路线 武汉理l 。大学硕十学位论文 3 4 1 ：啵璃基片与电极材料的前处理 对玻璃基片进行如下的清洁处理：超声波清洗普通玻璃片 ( 1 2 x 7 6 x 2 6 m m ) 和石英玻璃基片，先在酸性洗液( 自制，配比为： h 2 0 ：h c h h 2 0 2 = 5 ：l ：1 ，m o l 比) 中超声清洗3 0 m i n ，后在碱性洗液( 自 制，配比为：h 2 0 ：n h 4 c i ：h 2 0 2 = 5 ：1 ：1 ，m o l 比) 中超声清洗3 0 m i n 。然 后用蒸馏水洗涤三次，放入洁净的烘箱中在3 0 0 处理l h ，冷却备用。 对于电极材料，处理方式如下：将i t o 玻璃基片、不锈钢片和 铝片分别置于无水乙醇中清洗4 0 分钟( 可适当延长时间) ，后在蒸 馏水中超声清洗2 次，每次2 0 分钟。将清洗后的i t o 玻璃、不锈 钢基片和铝片分开放入烧杯中，用滤纸封住杯口以免污染，置于干 燥箱中至基片表面干燥为止，冷却备用。 34 2 提拉法制备致密氧化铝膜 将：陂璃基片置于溶胶中，按一定的提拉速度和浸渍时间镀膜。每 次镀膜后在烤胶机上3 0 0 。c 热处理1 0 分钟，待凝胶膜自然冷却后再分 别进行反复镀膜，并在3 0 0 。c 重复热处理。改变提拉速度，镀膜次数、 温度处哩制度和镀膜液固含量反复镀膜，研究这些参数对氧化铝膜的 影响。 3 4