[发明专利]铈-锑共掺杂氧化锡薄膜、粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米透明半导体薄膜材料领域，具体涉及一种铈-锑共掺杂锡溶胶及其制备方法，以及由该溶胶制备得到的铈-锑共掺杂氧化锡薄膜和铈-锑共掺杂氧化锡粉体。

背景技术

透明半导体薄膜具有较高的可见光透过率和导电性，具有紫外截止、红外高反射、微波强衰减等特性，已被广泛应用于各种光电器件中。氧化锡（化学式：SnO₂）是一种金红石型种n型宽禁带半导体, 常温下其禁带宽为3.6 eV。在常温下表现为绝缘状态，电阻率很高，电学、光学和气敏性能等难以满足使用要求。近几十年来，人们利用掺杂技术获得性能优异的新材料，掺杂金属、其他添加剂或者催化剂等，以求制得小颗粒，高活性,高比表面积的SnO₂，从而获得更好的性能。

SnO₂的单掺杂，主要集中在Sb、F、In、Fe、Co、Cu、Ti、Ag 、Bi和Nb离子掺杂。其中Sb掺杂SnO₂（ATO）薄膜不仅在可见光范围内有很高的透过率,同时薄膜硬度高、热稳定性好、成本低。用溶胶-凝胶法制取ATO薄膜，其薄膜在碘钨灯照射两小时后，底板温度比空白玻璃低3-4℃，与薄膜在近红外处的平均透过率很低相一致。用喷雾热解法在玻璃基底上合成了锑掺杂SnO₂薄膜，发现电离杂质或中性杂质散射在薄膜中占主导地位，掺杂可以增大薄膜内在的载流子浓度和流动性，提高薄膜导电性和红外反射率。随着稀土元素在材料中的应用，La、Ce、Er和Y离子掺杂SnO₂ 可以明显抑制晶粒的生长，同时使其在光学中的应用得到很大改善。其中Ce³⁺在基态的电子层结构为4f¹,在激发态的电子层结构为5d¹，当4f¹基态（²F_5/2）向5d激发态（²D）转变时呈现光谱红移，反之则在489nm附近发蓝光。

为了进一步提高透明薄膜的可见光透过率和红外反射率，共掺杂技术在纳米材料的制备中变得活跃起来。Ni-Sb共掺杂SnO₂透明导电薄膜，Co-Sb共掺杂SnO₂透明导电薄膜，Al-Zn共掺杂SnO₂透明导电薄膜，此外，还有Sb-In共掺杂SnO₂透明导电薄膜，Y-Sb共掺杂SnO₂导电粒子，这些新材料显著的改善透明半导体电学性能。中国专利CN101205419B公开了根据三氧化二镱粉体能够吸收近红外热线，采用湿法研磨工艺制备出掺镱纳米水性ATO浆料。用固相法制得了Bi₂O₃/ATO混烧填料，发现随着Bi₂O₃含量的增加，填料的红外辐射率先减小后增大，当Bi₂O₃含量为70%时红外辐射率最低位0.67，且颜色可调，能够实现红外、可见光的兼容隐身。

然而，无论是单掺杂还是共掺杂透明薄膜，随着在基材玻璃上膜厚度的增加，使可见光的透过率减弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铈-锑共掺杂氧化锡薄膜及其制备方法。该薄膜可以屏蔽紫外线和近红外线，且随着薄膜层数的增加可见光的透过率增加。

本发明的另一个目的在于提供一种铈-锑共掺杂氧化锡粉体及其制备方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种铈-锑共掺杂氧化锡薄膜，由氧化铈、氧化锑和氧化锡组成，其中，铈元素：锑元素：锡元素的物质的量之比为1~4：1~4：100。

上述铈-锑共掺杂氧化锡薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备铈溶液：将铈盐溶解在有机溶剂中，在65~90℃搅拌溶解，得到铈溶液；

（2）制备锑溶液：将锑盐溶解在有机溶剂中，在65~90℃搅拌溶解，得到锑溶液；

（3）制备锡溶液：将锡盐溶解在有机溶剂中，在65~90℃搅拌溶解，得到锡溶液；

（4）制备铈-锑共掺杂锡溶胶：将步骤（1）与（2）分别得到的溶液同时滴加入步骤（3）的锡溶液中，得到透明溶胶，在60~90℃搅拌1~4h，冷却至室温，空气中静置陈化24~48h，得到铈-锑共掺杂锡溶胶；

（5）将步骤（4）得到的铈-锑共掺杂锡溶胶在基材上成膜后，在600~800℃下固化2~6小时，得到铈-锑共掺杂氧化锡薄膜。

优选的，所述铈盐为硝酸铈、醋酸铈、氯化铈中的至少一种。