[发明专利]一种铌或钽化合物三维有序大孔薄膜的制备方法

权利要求书

1.一种铌或钽化合物三维有序大孔薄膜的制备方法，其特征在于铌或钽化合物三维有序大孔薄膜的制备方法是通过以下步骤实现的：一、将基片依次在丙酮、甲醇、超纯水中超声清洗20～30min，自然晾干；二、以去离子水为分散溶剂，在平底试管中配制体积分数为0.1%～0.3%的均匀分散的聚苯乙烯胶体微球乳液，再将步骤一的基片以与试管底部呈70°的角度插入聚苯乙烯胶体微球乳液中，将基片完全浸入聚苯乙烯胶体微球乳液中，然后将平底试管置于温度为55～65℃的恒温培养箱中，待溶剂完全挥发后，在基片表面形成聚苯乙烯胶体晶体模板，然后将基片取出，并密封保存；三、将五氧化二铌或五氧化二钽在80～100℃下溶解于氢氟酸中，再向其中加入1～3mol/L的草酸铵溶液，混合均匀，形成铌配合物溶液或钽配合物溶液，其中，五氧化二铌或五氧化二钽的摩尔量与氢氟酸的体积比为0.1mol:75mL，五氧化二铌或五氧化二钽的摩尔量与草酸铵的摩尔量的比例为1:2；四、向步骤三得到的铌配合物溶液或钽配合物溶液中加入氨水调节pH值至7.5～8.3，使形成氢氧化铌或者氢氧化钽沉淀，待沉淀完全后，将沉淀体系放入烘箱中，在70～90℃下进行陈化12～24h后保温过滤，然后洗涤3～5次后将沉淀溶解于柠檬酸溶液中，形成无色透明的铌柠檬酸溶胶或钽柠檬酸溶胶，其中，控制沉淀中铌或钽离子的摩尔量与柠檬酸的摩尔量的比例为1:1～1:1.5；五、向步骤四得到的铌柠檬酸溶胶或钽柠檬酸溶胶中加入异丙醇和去离子水，控制铌离子或钽离子的摩尔浓度为0.2～0.8mol/L，混合均匀得铌前驱体溶胶或钽前驱体溶胶，然后利用浸渍-提拉法或旋涂法将铌前驱体溶胶或钽前驱体溶胶填充于步骤二得到的聚苯乙烯胶体晶体模板内，其中异丙醇与去离子水的体积比为1:8～1:12；六、将步骤五得到的聚苯乙烯胶体晶体模板进行热处理，控制升温速率为1℃/min至550～650℃，保温2h，然后随炉降温冷却，得到铌或钽化合物三维有序大孔薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种铌或钽化合物三维有序大孔薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中基片为玻璃片、硅片或者镍片。

3.根据权利要求1或2所述的一种铌或钽化合物三维有序大孔薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中在平底试管中配制体积分数为0.2%的均匀分散的聚苯乙烯胶体微球乳液。

4.根据权利要求1或2 所述的一种铌或钽化合物三维有序大孔薄膜的制备方法，其特征在于步骤五中控制铌离子或钽离子的摩尔浓度为0.4～0.6mol/L。

5.根据权利要求1或2 所述的一种铌或钽化合物三维有序大孔薄膜的制备方法，其特征在于步骤五中控制铌离子或钽离子的摩尔浓度为0.5mol/L。

6.根据权利要求4所述的一种铌或钽化合物三维有序大孔薄膜的制备方法，其特征在于步骤六中控制升温速率为1℃/min至580～620℃。

7.根据权利要求1、2或6所述的一种铌或钽化合物三维有序大孔薄膜的制备方法，其特征在于将步骤四得到的铌或钽柠檬酸溶胶与金属离子柠檬酸溶液混合，再加入乙二醇，在80～100℃条件下反应2～3h，得到铌酸盐或钽酸盐前驱体溶胶，然后将铌酸盐或钽酸盐前驱体溶胶代替步骤五中的铌柠檬酸溶胶或钽柠檬酸溶胶完成步骤五和步骤六的操作，得到铌或钽化合物三维有序大孔薄膜，铌化合物为铌酸镁、铌酸锂、铌酸锶钡或铌酸钾锂，钽化合物为钽酸镁、钽酸锂、钽酸锶钡或钽酸钾锂；其中，铌柠檬酸溶胶或钽柠檬酸溶胶中铌离子或钽离子的摩尔量与金属离子柠檬酸溶液中金属离子的摩尔量的比例为1:1，铌或钽离子与乙二醇的摩尔比为2:1；所述的金属离子柠檬酸溶液的制备方法为：将金属硝酸盐和柠檬酸混合，再加入去离子水搅拌溶解，然后用氨水调节pH到7.5～8.3，得到透明的金属离子柠檬酸溶液，其中金属硝酸盐中金属离子与柠檬酸的摩尔比为1:1～1:1.5，柠檬酸摩尔量与去离子水的体积比为1mol:200～300mL；所述金属离子柠檬酸溶液为一元金属离子柠檬酸溶液或者二元金属离子柠檬酸溶液，一元金属离子柠檬酸溶液为锂离子柠檬酸溶液或者镁离子柠檬酸溶液，此时，金属硝酸盐为硝酸锂或硝酸镁；二元金属离子柠檬酸溶液为锶和钡离子柠檬酸溶液，或者钾和锂离子柠檬酸溶液，此时，金属硝酸盐是两种的组合，为硝酸锶和硝酸钡，或者硝酸钾和硝酸锂。