[发明专利]一种稀土层状氢氧化物薄膜的直接制备方法

说明书

本发明公开了一种Ln₂(OH)₅NO₃·nH₂O稀土层状氢氧化物薄膜的直接制备方法。将Ln(NO₃)₃·6H₂O溶解于去离子水中配制成稀土离子浓度为0.005～1mol/L的稀土离子溶液，然后加入添加剂，混合均匀后获得电沉积溶液，置于水浴中，使其温度达到所需温度；在电沉积溶液中插入三电极体系，通过电沉积反应在在工作电极上沉积一层薄膜，将薄膜分别用去离子水、无水乙醇冲洗，然后置于鼓风干燥箱中干燥，制得Ln₂(OH)₅NO₃·nH₂O薄膜。本发明操作简单，相比于先做粉后成膜的传统方法，极大地简化了薄膜制备方法，同时避免了粉末形貌对成膜质量的影响；并且本发明提供的方法操作简单，耗时短，薄膜质量好。

技术领域

本发明属于材料学技术领域，特别涉及一种Ln₂(OH)₅NO₃·nH₂O稀土层状氢氧化物薄膜的直接制备方法

背景技术

通式为Ln₈(OH)₂₀(Am^-)₄/m·nH₂O(Ln：稀土离子；A：电荷平衡阴离子；m＝1-3；n＝6-7)的稀土层状氢氧化物是一种新型阴离子型层状化合物，同时兼备了层状化合物的结构特征以及稀土材料的光、电、磁性能，是光电器件所用透明荧光薄膜的理想构筑单元。

目前制备LRH纳米片的方法有水热合成法、均相沉淀法以及低温常压沉淀法。其中，水热法和均相沉淀法所采用的温度较高(100-200℃)，依据层状化合物的结晶习性，温度高的体系不仅有利于层状化合物沿ab方向的生长，同时也为沿c^-轴方向生长提供了足够的能量，因而水热法和均相沉淀法制备的LRH纳米片结晶好，厚度也较厚(其二维尺寸分布在0.1-10μm之间，而厚度分布在几十nm到几μm之间)，这种类似于刚性的结构不是制备透明荧光薄膜理想的结构单元，后续薄膜的制备还需要经历插层柱撑、剥离、自组装的步骤。而低温常压沉淀法是在冰水浴(～4-5℃)中合成LRH纳米片，由于层状化合物沿ab方向的生长所需能量较低，而沿c^-轴方向生长所需能量较高，因而低温沉淀法限制了LRH纳米片沿c^-轴的生长，所获纳米片较薄(3-5nm)，但由于合成体系能量较低，所获LRH纳米片容易团聚在一起，呈现为3D花样形貌，因而不具备制备透明荧光薄膜的理想形貌。

目前制备LRH透明荧光薄膜的方法需要经历以下步骤：1)LRH纳米片的合成，采用水热法或者均相沉淀法制备LRH纳米片，合成温度为100-200℃，合成时间为12-72h；2)LRH纳米片的插层柱撑，在常温下或者水热环境下进行离子交换，将有机大离子插入层间以增大层间距，通常采用的有机大离子有十二烷基磺酸根DS^-、油酸根等，由于LRH层板的电荷密度较大，因而插层完全所需要的时间较长(24-72h)，置换后LRH的层间距由原来的～0.9nm增加到～2.4nm，预示了良好的可剥离性；3)剥离，将插层化合物置于(如甲酰胺、甲苯有机溶剂等)中，并施以一定的机械扰动力或者采用超声震荡的方法削弱层间作用力使LRH基本单元纳米片(一个层板)脱离其原来长程有序的结构，以孤立的状态存在；4)以剥离开来的基本单元纳米片作为基本结构单元，采用离心甩涂或者浸渍提拉涂布技术在经过浸润预处理的石英基底上制备LRH透明荧光薄膜并通过层层叠加的方式控制膜厚。

综上，制备LRH透明荧光薄膜需要经历合成、插层柱撑、剥离以及组装成膜的步骤，整个过程耗时较长，且在每个步骤需要消耗大量的能源动力，此外还存在插层难且插层不完全以及剥离过程中由于机械作用导致的纳米片破碎等现象，因而在极大程度上影响薄膜的质量。

发明内容