[发明专利]一种氧化硅-氧化钛异质胶体晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化硅-氧化钛异质胶体晶体的制备方法。

背景技术

光子晶体是一种折射率空间周期变化的新型光学微结构材料。其中，单分散胶体球在某种介质中相互间以一定的空间间隔排列成周期排列的三维有序结构称为胶体晶体，这类材料主要采用自组装法合成，这种方法对于胶体球的形貌、粒径分布要求很高，目前主要采用二氧化硅和聚合物胶体球，这些胶体球的介电常数较低，对于胶体晶体的性能有所限制，不利于其应用。在此单质胶体晶体的基础之上，引入介电常数较高的氧化钛材料，可有效提高其光学性能，有利于新型异质胶体晶体结构的开发和性能研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氧化硅-氧化钛异质胶体晶体的制备方法，可获得周期性排列的氧化硅-氧化钛异质胶体晶体，其生产工艺简单、设备简单。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种氧化硅-氧化钛异质胶体晶体的制备方法，包括如下步骤：

（1）配制质量浓度为0.1%～0.15%的KCl水溶液，分别配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A与溶液B中无水乙醇量相等，无水乙醇总量与氨水的体积比为（5～12.5）：1，氨水的用量与正硅酸乙酯的体积比为（2～4）：1，再将2～4mL的KCl水溶液加入溶液B中，KCl水溶液与氨水的体积比为1：（1～5），然后在不停搅拌下将溶液A加入溶液B中，反应20～22h后，分离沉淀，离心洗涤后于50～60℃干燥，得到表面改性的SiO₂纳米球或亚微米球粉体；

（2）称量SiO₂粉体，将其超声分散于有机溶液中，超声时间为2～3h，获得SiO₂颗粒悬浮液，其颗粒的质量分数为1%～2%；

（3）将两片ITO玻片相互平行并竖直浸入SiO₂颗粒悬浮液中，其中，两ITO玻片的间距为0.3～0.6cm，在两ITO玻片上通9～14V电压，通电20～40s后以0.2～0.6cm/min的速度提拉正极ITO玻片，最后于60℃烘干ITO玻片即获得SiO₂胶体晶体模板；

（4）称取一定量的柠檬酸溶于质量分数25～28%的氨水溶液中，氨水溶液以能溶解柠檬酸为准，再依次加入钛酸丁酯、无水乙醇和水，搅拌溶解后用氨水调pH值至7～10即获得前驱体溶胶，其中，柠檬酸的摩尔数为钛酸丁酯摩尔数的1.5～2.5倍，氨水总用量的体积为无水乙醇体积的1.5～3倍，水的体积为无水乙醇体积的1～1.2倍，在80～90℃水浴下蒸发1～2h后，将SiO₂胶体晶体模板以一定角度浸入前驱体溶胶中5min，缓慢提拉出膜层，用吸附纸除去表面过量的前驱体溶液，在膜层表面压上一清洗烘干的玻片形成双基片，将其水平放置后在70～80℃下烘干，最后将双基片在500～700℃下煅烧3～4h后即获得氧化硅-氧化钛异质胶体晶体。

优选地，所述步骤（2）中的有机溶液为乙醇或甲醇。所述步骤（4）中SiO₂胶体晶体的浸入角度为与水平方向呈45～60度。

与现有技术相比，本发明提供的氧化硅-氧化钛异质胶体晶体的制备方法中，以ITO为电极和基底，采用KCl改性二氧化硅球形颗粒制备出二氧化硅胶体晶体，在此可通过控制表面荷电、电压、提拉速度、电极间距等参数获得非密堆结构二氧化硅胶体晶体模板，这有利于氧化钛凝胶渗透并填充于二氧化硅胶体晶体模板的孔隙内，再利用双基片烘干及煅烧，使氧化钛凝胶在有限的空间内进行生长，再利用凝胶自身的体积变化即可获得有序排列的氧化硅-氧化钛异质胶体晶体，这种方法工艺设备简单、成本低。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。

实施例1

一种氧化硅-氧化钛异质胶体晶体的制备方法，包括如下步骤：

（1）配制质量浓度为0.1%的KCl水溶液，分别配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A与溶液B中无水乙醇量相等，无水乙醇总量与氨水的体积比为5：1，氨水的用量与正硅酸乙酯的体积比为2：1，再将2mL的KCl水溶液加入溶液B中，KCl水溶液与氨水的体积比为1：1，然后在不停搅拌下将溶液A加入溶液B中，反应20h后，分离沉淀，离心洗涤后于50℃干燥，得到表面改性的SiO₂纳米球或亚微米球粉体；