[发明专利]一种氧化镍复合薄膜的制备方法及制备得到的薄膜

说明书

技术领域

本发明属于以氧化物为基料的复合材料领域，具体涉及一种氧化镍复合材料的制备方法及制备得到的产物。

背景技术

作为一种多功能半导体材料，氧化镍（NiO）薄膜具有优良的电化学活性、气敏性、热敏性、催化活性、电致变色等特性，广泛应用于电极材料、传感器、催化剂、电致变色器件等领域。例如，Poizot等（Nature,2000,407:496-498）报道了纳米晶氧化镍作为锂离子电池阳极材料具有较高比容量和良好的循环伏安性能。张宏斌等（真空，2009,46:30-32）利用直流溅射的方法制备了粒径在10~60nm的氧化镍致密薄膜，同样具有良好的电化学循环特性，有望应用于全固态薄膜锂电池阳极材料。候相钰等（功能材料，2010,41:35-37）考察了氧化镍纳米片的合成及在超级电容器方面的应用。由于纳米片形貌大大增加了表面氧化镍的比率，故具有很好的电容性质。纳米晶与纳米片两种形貌的复合无疑更有利于提升氧化镍薄膜材料的整体反应活性。

目前，纳米尺度的氧化镍薄膜的制备方法主要分为物理法和化学法两大类。物理法中包括磁控溅射、脉冲激光沉积、离子束沉积等方法。物理方法虽然成膜效果较好，但其制备工艺都较为复杂，工艺条件也复杂，所需设备昂贵，成本较高，且不适合用于室外环境。化学方法则主要有化学气相沉积、溶胶凝胶、电化学沉积等方法。化学方法的制备条件、要求则更简便一些，其中的溶胶-凝胶方法因其操作过程简单，无需真空设备，造价低廉而得到了较为普遍的应用。尽管如此，溶胶-凝胶方法在抗刻划和强度性能方面尚存在很大的不足。如制备所需设备昂贵，成本较高，且对膜料和被镀件也有一定的限制，膜层质量不稳定，受环境影响较大，易出现膜层不均匀、脱落等问题。因此，寻求一种适应性更加普遍、成本更加低廉，结构更加新颖、性能更加优异的氧化镍薄膜制备方法就显得尤为重要。

层状双羟基复合金属氢氧化物(LDHs)作为一种重要的无机层状功能材料，具有主体层板金属元素种类、比例可调，客体层间阴离子种类可变的优异性能。以其为前驱体在一定的温度范围内进行焙烧可以得到二价和三价金属氧化物的混合产物。由于LDHs晶格能最低效应和晶格定位效应的影响，焙烧后得到的二元混合金属氧化物各组分高度均匀分散，结构分布均匀。将其中的三价金属氧化物选择性去除后可以得到单一均分布的二价金属氧化物。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明目的是提出一种氧化镍复合薄膜的制备方法

本发明的另一目的是提出制备得到的薄膜。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种氧化镍复合薄膜的制备方法，包括步骤：

A：配制镍盐和铝盐混合溶液，配制氢氧化钠溶液，两种溶液中各离子的摩尔浓度为[OH^-]=2[Ni²⁺+Al³⁺]；

B:将步骤A配制的两种溶液倒入具有搅拌装置的反应设备，搅拌装置的转速控制在2000~4000转/分，搅拌反应1-2min，然后在95-110℃下静置7-9h；

C:将步骤B所得混合物洗涤，洗涤后的固体产物配制成1-3%质量比例的溶液，30-50℃下干燥5-8h

D:将步骤C所得产物在500-700℃下焙烧3-5h，焙烧后的产物置于氢氧化钠溶液中水热反应12-60小时。焙烧之后降温，得到复合薄膜。

以上步骤是采用成核-晶化隔离的方法制备所需的NiAl-LDHs前驱体纳米粒子；然后采用溶剂蒸发的方法制备了所需的高度有序NiAl-LDHs前驱体薄膜。得到的NiAl-LDHs薄膜，其镍铝摩尔比为2~4:1，层间阴离子为硝酸根和/或碳酸根。

其中，所述步骤A中的溶液是用去离子水配制；Ni²⁺和Al³⁺摩尔比例为2~4:1。优选地，所述去离子水为去CO₂的水。所述去CO₂的水可采用常规手段制备，一般是将去离子水中CO₂通过煮沸去除而得。

步骤A中镍盐和铝盐的阴离子为硝酸根。

当采用去CO₂的水配制溶液，得到的NiAl-LDHs薄膜，其镍铝摩尔比为2~4:1，层间阴离子为硝酸根。

所述步骤B中，具有搅拌装置的反应设备为胶体磨或反应釜。

步骤B中，搅拌反应后，得到NiAlNO₃-LDHs胶态浆液，将其装入反应釜，然后在80-120℃下静置7-9h。

步骤C中，所述干燥是在常压下静置干燥。