[发明专利]一种α型三氧化二铁薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明无机非金属材料领域，具体涉及一种α-Fe₂O₃薄膜制备方法。

背景技术

α-Fe₂O₃作为重要的过渡金属氧化物，其研究越来越受到重视。与粉体α-Fe₂O₃材料相比，α-Fe₂O₃薄膜在光学、磁学、电学性能等方面均大为改善，具有更优良的耐腐蚀性、磁性、催化性质及吸波性能，其应用范围不再局限于建筑、涂料、橡胶、陶瓷等传统领域，并在生物医学、电子信息材料、军事、环境保护等方面也有很好的应用前景。α-Fe₂O₃ 薄膜比表面积大、活性高，还可实现各种元器件的微型化、集成化。因此，α-Fe₂O₃薄膜被广泛用作各种敏感薄膜(如气敏薄膜)、信息记录薄膜(如磁记录膜)等。因此，α-Fe₂O₃薄膜的制备具有十分重要的意义。

液相沉积法由于具有工艺简单、成本低廉等优点用于过渡金属氧化物、氢氧化物薄膜的制备。目前，在利用液相沉积法制备α-Fe₂O₃薄膜时，通常将铁盐与氨水反应生成的沉淀与沉淀剂NH₄F·HF反应生成FeOOH-NH₄F·HF络合物，然后加入硼酸作为氟离子消耗剂并最终在基体表面沉积得到β-FeOOH薄膜，再将β-FeOOH薄膜经焙烧处理得到α-Fe₂O₃薄膜。但这一方法存在周期长(往往需要数十小时到数天的时间)，过程重复性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种α-Fe₂O₃薄膜的制备方法。本发明所提供的方法制备周期短、生产成本低，重复性强。

本发明采用配位沉淀法制备微米结构α-Fe₂O₃薄膜，具体包括以下步骤：

1)将基片依次用稀硝酸、乙醇和蒸馏水洗涤，自然干燥，待用；

2)将二价铁盐溶于蒸馏水中配成二价铁离子浓度为0.05～0.40mol/L的溶液；

3)将质量浓度为40％的氢氟酸加入步骤2)中配制的二价铁盐溶液中得到混合溶液，其中，Fe(II)与F原子摩尔浓度比为1∶6～6∶1；

4)在步骤3)中得到的混合溶液中滴加质量浓度为25％的氨水调节pH值为4.0～6.0；

5)将步骤1)中预处理后的基片垂直放入步骤4)中配制的溶液后，于50～80℃的水浴中搅拌反应2～4小时；

6)取出基片洗涤、自然干燥，得到β-FeOOH薄膜；

7)将β-FeOOH薄膜于500～700℃焙烧1～3小时，得到α-Fe₂O₃薄膜。

本发明的机理为：亚铁离子(Fe(II))与氢氟酸配位生成FeF_x^(x-2)-，如式(1)，可通过改变亚铁盐溶液和氢氟酸溶液的用量调节Fe(II)和F原子比。FeF_x^(x-2)-在水和空气中氧气的作用下氧化为三价铁的络合物[FeF_x]^(x-3)-，如式(2)。[FeF_x]^(x-3)-在水溶液中存在水解平衡反应，生成[FeF_x-n(OH)_n]^(x-3)-和HF，如式(3)。随着氨水的加入，溶液中OH^-的浓度增大，如式(4)，从而推动式(3)向右进行，溶液中的[FeF_x]^(x-3)-完全水解形成[Fe(OH)_x]^(x-3)-，并同时促进氧化反应式(2)向右进行。[Fe(OH)_x]^(x-2)-之间发生缩合反应生成Fe(OH)₃沉淀，在经活化的载玻片表面成核、长大，形成β-FeOOH薄膜。β-FeOOH薄膜在焙烧过程中生成α-Fe₂O₃薄膜，如式(5)：