水热法制备高折射率氧化铁薄膜的研究毕业论文.doc

水热法制备高折射率氧化铁薄膜的研究摘要:本文以FeCl3·6H2O为原料，采用水热法在玻璃基质上制备高折射率的氧化铁纳米薄膜。研究了反应温度温度、反应时间、pH、填充度，这些因素对所制备纳米氧化铁薄膜折射率的影响。采用自动椭圆偏振仪测试手段对氧化铁纳米膜进行了折射率和膜厚的表征分析。结果表明，水热法制备的薄膜最佳的水热工艺条件是在pH=11、填充度为70 %、水热温度160 、加热4 h的条件下制备的薄膜，厚度一般在达130 nm左右，折射率可高达2.490，膜表面均匀，平整度较高。关键字：水热法，纳米氧化铁薄膜，高折射率Preparation of Ferric Oxide Films with High Refractive by Hydrothermal SynthesisLv xiao-xiaCollege of Chemistry, Chemical Engineering and Food SafetyAbstract: Nanometer ferric oxide films were prepared from six hydrated ferric chloride by hydrothermal method. The effects of hydrothermal temperature, reaction time, compactedness and pH on Three iron oxide films were researched, and the ellipsometer was used to characterize the thickness of nanometer Three iron oxide films and high refractive index. The results show that the optimum hydrothermal technological condition is temperature of 160 , hydrothermal time of 4 h, pH of 11 and compactedness of 70 %. Under the optimum condition, the thickness of the films with well-developed crystalline is 130 nm, the refractive index can up to 2.490, the surface of films is quite flat and well-distributed.Key words: Hydrothermal method, Nanometer Three iron oxide film, High refractive index目 录一、引言1（一）光化学的应用11国际上光化学的研究12在我国光对的化学研究2（二）薄膜在光化学及其他方面中的应用21薄膜在抗紫外中的应用32在其他方面的应用4（三）纳米薄膜的分类41按用途划分42按层数划分43按微结构划分44按组分划分55按薄膜的构成与致密度划分56按功能及其应用领域划分5（四）薄膜的制备方法51溶胶-凝胶法52水热合成法63固态粒子烧结法64化学气相沉积法（CVD）65化学提取法（刻蚀法）76. 阳极氧化法7（五）氧化铁薄膜的优点及应用7（六）选题目的和主要内容81选题目的82主要内容8二、实验部分9（一）实验所用仪器和试剂91实验仪器92实验所用试剂9实验试剂及规格见表2。9（二） 试验方法91玻璃基片清洗过程92薄膜制备93表征分析方法10三、 结果与讨论11（一）溶液pH值对折射率和膜厚度的影响11（二）反应釜填充度对折射率和膜厚度的影响11（三） 温度对样品折射率和膜厚度的影响12（四）时间对折射率和膜厚度的影响13四、结论15五、参考文献：16致 谢18一、引言（一）光化学的应用经过几十年地发展，信息技术产业成为了当今社会发展的支柱产业，半导体材料尤其是硅材料的芯片技术成为了现在信息技术的基础。摩尔定律指出在微型处理器上集成元件的数量每18个月翻一番，越来越多的电子元件集成在一个芯片上，到目前为止，在不到l cm2的硅片上制作了上亿的集成元件。这样使得集成元件的尺寸不断减小，元件间的隔离区域尺寸越来越小，传统的微电子技术将会受到经典物理学理论的限制，依靠这一技术制造出集成度更高、处理能力更强的芯片变得越来越困难。然而，随着信息技术的发展，人们对信息的存储能力，处理能力，传递速度以及信息的显示等提出更高的要求，而这时光学的应用解决了上面遇到的问题，光在传播等方面具有一些独特的特点，人们想采用光作为信号的载体，对光进行处理达到信号的存储、处理和传递等目的，现在在信号的传递方面利用光作为信号载体已经取得了非常大的进展，并已经工业化和实用化。因此，如果用光予代替电子作为信号的载体，就可能大大的提高信息的传播速度和处理能力，实现光电子子技术在信息技术中的应用，解决技术困难与实际需求之间的矛盾。光化学是研究处于电子激发态的原子和分子的结构及其物理和化学性质的科学。在现代分子光化学研究中对分子的电子激发态所建立的新概念、新理论和新方法，大大开拓展了人们对物质世界认识的深度和广度，对了解自然界的光合作用和生命过程、太阳能的利用、环境保护以及寻找新材料和开创新的反应途径提供了重要的基础1。1国际上光化学的研究随着实验技术的发展，各种新的研究手段和方法被引入到光化学研究中来。在研究的时间尺度上，研究手段由稳态向瞬态发展。各种时间分辨技术的出现和普及，包括时间分辨的吸收光谱和发射光谱（泵浦-探针技术、闪光光解、时间分辨发光衰减检测）、时间分辨NMR、EPR、IR 和拉曼光谱等各种技术和实验方法的应用，使人们更深入地了解和认识光化学和光物理的机制成为可能。在研究的空间尺度上，研究工作由分子层次向分子以上层次发展，分子光化学与超分子光化学、纳米结构材料的光化学紧密地相联，形成了丰富多彩的研究体系，使得研究的范围得到了极大的扩展。2在我国光对的化学研究在我国光化学研究的初始阶段，重点开展了以下几方面的工作2： 在有机光化学研究领域，开展了光化学合成方法和光反应研究，如光氧化、光加成、光取代、光还原、光异构化和微环境下的有机光化学反应等；研究了疏水-亲脂作用对光化学和光物理过程的影响、光诱导电子转移和能量传递过程，以及一些特殊结构的染料如酞菁、卟啉分子的光化学、光物理性质及其在材料科学中的应用。 在生物光化学研究领域，研究了蓝藻光合作用天线系统与光合反应中心匹配和结构运动性、蓝藻光合器协调工作机制、天然光敏色素竹红菌素的光化学、光物理性质以及在光动力治疗微血管类疾病中的应用与临床实用型制剂的研究等。 在高分子光化学研究领域，研究了光敏化引发聚合体系、高分子及其材料的光降解和光稳定及其机理，开展了有关光固化涂料、印刷版及油墨等材料的应用基础研究等。 在光电化学研究领域，研究了从单晶、多晶薄膜到低维半导体（超晶格、纳米粒子、纳晶薄膜）的制备、光电化学性质和转换及发光、非线性光学性能研究；有机光敏材料及其与无机半导体的复合体系，染料敏化纳晶半导体太阳电池的光电化学转换研究等。近十几年来，随着国际光化学研究的发展和研究内容的不断深入，我国的光化学研究领域也在不断扩展。在前期工作基础上，在以有机光电子功能材料和信息储存材料为背景的光化学和光物理、以太阳能光电转换和环境治理为背景的光电化学，以及超分子光化学、生物光化学和合成光化等，特别是光学薄膜的制备与应用领域进行了大量工作。（二）薄膜在光化学及其他方面中的应用当前，应用光学的发展迅速，大规模、连续化镀膜生产已经得到广泛应用，太阳能电池、数码光学、显示器等的发展对光学薄膜有大量需求。特别是用于可见波段的各种滤光片，全球一年的需求量远远超过10亿片。而且，随着规模化的不断发展，薄膜成本越来越受到重视3。纳米薄膜材料是纳米材料的重要组成部分，制备高质量的纳米薄膜材料将促进纳米材料更大范围的应用4。1薄膜在抗紫外中的应用随着氟利昂等氟化物使用量剧增，使臭氧层受到破坏，到达地面的紫外线辐射增强。人们对抗紫外线产品要求越来越多，这无疑为满足人类生产、生活的需要开拓了新的领域。具有良好耐紫外特性的抗紫外线产品，不仅可以提高产品本身的使用寿命，更能提高其综合性能。抗紫外剂可分为无机抗紫外剂及有机抗紫外剂两大类。其中，有机抗紫外剂是通过将吸收的紫外线转换为波长较短的电磁波或低能量的热能，来减缓或避免产品的紫外老化效果。金属离子螯合物、苯丙三唑类化合物、反应型紫外辐射吸收剂等这些均属于有机抗紫外剂。但是此类抗紫外辐射剂经长时间的紫外辐射后会分解，失去其抗紫外的性能。而对紫外线起到反射或折射的作用的无机类抗紫外剂大多为陶瓷粉、金属氧化物超细粉或粉末。添加这类抗紫外剂后，与有机类抗紫外剂相比不仅降低了产品对紫外线的吸收量，也可以减缓或避免产品的老化程度。无机类抗紫外剂材料主要包括纳米ZnO、TiO2、Fe2O3、SiO2、ZrO2等。近些年随着科学技术的发展，无机类抗紫外屏蔽剂因制备技术成熟、使用效果好等优点而被广泛应用。目前，无机类抗紫外产品最主要的研究对象是无机类复合材料。无机类复合材料中最关键的部分就是能屏蔽紫外线的无机类抗紫外剂。近年来，随着对纳米材料的研究的不断认识，人们逐渐认识到纳米材料的优良的性能。将具有活性高、比表面积大的纳米粒子加入到无机类抗紫外产品中，不仅提高了传统抗紫外产品的性能，更促进了新型功能产品的研制。纳米材料具有小尺寸效应，对不同波长的光线会产生不同程度的吸收、放射和散射等作用，并且其对紫外线有较强的屏蔽作用5，能够提高抗紫外产品的抗老化耐侯性能。目前抗紫外纳米材料产品的制备方法较多，主要分为固相法、气相法以及液相法。利用光学薄膜吸收光谱的蓝移与红移特性，人们已制造出了各种各样的紫外吸收薄膜和红外反射薄膜，并在日常生产、生活中取得应用。如在平板玻璃的两面镀制的TiO2 纳米薄膜，在紫外线作用下，该薄膜可分解沉积在玻璃上的有机污物，氧化室内有害气体，杀灭空气中的有害细菌和病毒6；在灯泡罩内壁涂敷的纳米SiO2 和纳米TiO2 微粒多层干涉膜，灯泡不仅透光率好，而且具有很强的红外线反射能力，可大大节约电能等。此外，利用Si纳米晶粒薄膜的紫外线光致发光特性，还可获得光致变色效应7，从而产生新的防伪、识别手段。在眼镜上镀制的TiO2 纳米粒子树脂膜或Fe2 O3，纳米微粒聚醇酸树脂膜，可吸收阳光辐射中的紫外线，保护人的视力。2在其他方面的应用薄膜还在力学、磁学、电学等方面均表现出诸多新的物理现象和优异的材料性能有广阔的应用前景，光学应用：反射涂层和减反图层、干扰色镜、装饰性涂料、光记录介质、光波导；电学应用：绝缘薄膜、导电体薄膜、半导体器件、压电器件；磁学应用：磁学记录介质；化学应用：扩散阻挡层、防氧化或放腐蚀涂层；力学应用：耐磨涂层、显微机械； 热学应用：放热涂层、光电器件热沉等。迄今，人们已经设计和开发出了多种不同结构和不同功能的薄膜材料，这些材料在化学分离、化学传感器、人工细胞、人工脏器、水处理等许多领域具有重要的潜在应用价值，被认为将是21世纪膜科学与技术领域的重要发展方向之一。（三）纳米薄膜的分类关于纳米薄膜的分类，目前有多种划分。1按用途划分纳米薄膜可按用途分为纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。纳米功能薄膜是利用纳米粒子所具有的力、电、光、磁等方面的特性，通过复合制作出同基体功能截然不同的薄膜。纳米结构薄膜则是通过纳米粒子复合，对材料进行改性，是以提高材料在机械性能为主要目的的薄膜。2按层数划分按纳米薄膜的沉积层数，可分为纳米（单层）薄膜和纳米多层薄膜。其中，纳米多层薄膜包括我们平常所说的“超晶格”薄膜，它一般是由几种材料交替沉积而形成的结构交替变化的薄膜，各层厚度均为纳米级。组成纳米（单层）薄膜和纳米多层薄膜的材料可以是金属、半导体、绝缘体、有机高分子，也可以是它们的多种组合，如金属-半导体、金属-绝缘体、半导体-绝缘体、半导体-高分子材料等，而每一种组合都可衍生出众多类型的复合薄膜。3按微结构划分按纳米薄膜的微结构，可分为含有纳米颗粒的基质薄膜和纳米尺寸厚度的薄膜。纳米颗粒基质薄膜厚度可超出纳米量级，但由于膜内有纳米颗粒或原子团的掺人，该薄膜仍然会呈现出一些奇特的调制掺杂效应；纳米尺寸厚度的薄膜，其厚度在纳米量级，接近电子特征散射的平均自由程，因而具有显著的量子统计特性，可组装成新型功能器件，如具有超高密度与信息处理能力的纳米信息存贮薄膜、具有典型的周期性调制结构的纳米磁性多层膜等。4按组分划分按纳米薄膜的组分，可分为有机纳米薄膜和无机纳米薄膜。有机纳米薄膜主要指的是高分子薄膜，而无机纳米薄膜主要指的是金属、半导体、金属氧化物等纳米薄膜。5按薄膜的构成与致密度划分按薄膜的构成与致密程度，可分为颗粒膜和致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起形成的膜，颗粒间可以有极小的缝隙，而致密膜则是连续膜。6按功能及其应用领域划分薄膜可电学薄膜、光学薄膜、硬质膜、耐蚀膜、润滑膜、有机分子薄膜、装饰膜、包装膜等。（四）薄膜的制备方法1溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是20世纪60年代发展起来的一种材料制备方法，该法可追溯到19世纪中叶，但自从1971 H. Dislich首次通过溶胶-凝胶工艺制备出多元氧化物固体材料来，溶胶-凝胶工艺越来越受到人们的青睐。溶胶-凝胶法的反应前驱物是金属的水合氧化物，在烘箱中通过高温陈化或沸腾制得的凝胶为反应前驱物，采用此法获得的粒子分散性较好且粒径较小。由于溶胶-凝胶法制备出的薄膜产品易形成有序结构，且粒子大小相近，因此，近年来引起人们的关注。其是合成无机膜的一种重要方法，目前国内外材料科学家之所以对此法产生浓厚兴趣，不仅是因为这种工艺可以制得孔径小（1.05.0 nm）、孔径分布狭窄的陶瓷膜，而且许多单组分和多组分金属氧化物陶瓷膜都可用这种工艺制得，这种陶瓷膜作为控制层既可以用于超滤和气体分离经过修饰后也可以作为催化膜用于膜反应器，充分显示出溶胶-凝胶法的广泛应用前景8。与其它制备方法相比，溶胶-凝胶法由于是在室温附近进行的一系列湿化学反应，制备过程温度低，工艺易于控制，产量较大，有较好的工业化前景，缺点条件很难控制得当、耗时较长。2水热合成法水热法是指在密封的压力容器中,以水或其他液体作为介质（也可以是固相成分之一）,在高温（大于100 ）高压（大于9.81 MPa）等条件下制备无机化合物晶体或粉体的一种化学合成方法。 水热法主要有温差法,降温法（或升温法） 及等温法。 其适合生长熔点较高,具有包晶反应或非同成分熔化,而在常温下又不溶于各种溶剂或溶解后即分解且不能再结晶的晶体材料。 采用水热合成技术已经制备出上百种晶体。和其他的合成方法相比,水热法合成的晶体在液相中一次完成，不需要后期的晶化热处理，这就避免了薄膜在热处理过程中可能导致的卷曲、开裂、晶粒粗化，薄膜与衬底或气氛反应等缺陷；它具有纯度高、缺陷少、热应力小、质量好、薄膜与衬底结合牢固，不但不受衬底形状和尺寸限制，且可以控制薄膜中晶相颗粒大小等特点9。水热法制备的粉体具有晶体发育完整、粒径小且分布均匀的性能,可使用便宜的原料，可用于制备陶瓷材料时,可省去高温煅烧和球磨。其优点有：水热法制各材料范围较广，可以用来制备粉体、晶体和一维纳米材料，且这种方法能够实现的条件也很广，还有其具有小巧灵活的烘箱式反应釜，也有能够实现超高压高温的大型反应釜，一般具有操作简单，反应温和成本较低廉等特点，但是有机溶剂对环境有一定的污染。 近年来随着科学技术发展对材料品质和性能的要求越来越高，水热合成技术得到广泛采用，水热合成技术已成功地应用于工业化人工水晶的合成、陶瓷粉体材料的制备和人工宝石的合成等。3固态粒子烧结法固态粒子烧结法是将无机粉料微小颗粒或超细颗粒（粒度0.110 m）与适当的介质混合分散形成稳定的悬浮液，成型后制成生坯，再经干燥，然后在高温（10006000 ）下进行烧结处理，这种方法不仅可以制备微孔陶瓷膜或陶瓷膜载体，也可用于制备微孔金属膜10。制备膜特点：在固态粒子烧结法制备基质膜过程中，影响膜的质量因素颇多，如粉体的制备及分级、成型方法及干燥和焙烧条件等。4化学气相沉积法（CVD）化学气相沉积法是在远高于热力学计算临界反应温度条件下，反应产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压，然后自动凝聚形成大量的晶核，这些晶核长大聚集成颗粒后，沉积吸附在基体材料上，即制得无机膜。其特点是可制得用其他方法不易得到的超薄的致密膜，以及可控制改变微孔膜的孔径11。气相沉积法通常以氧化硅或陶瓷的微滤膜和超滤膜做基膜，通过反应可生成比氧化硅或陶瓷更小孔的无机膜。经过反应使反应产物堆积在基膜的表面上或其小孔中，可调节到与气体分子直径一样大小的几个人的细小孔。因为气体分子大小的差异，所以用这种方法制成的无机膜具有明显的选择性，特别是表现在分子直径小的氢气或氦气的选择过滤方面5化学提取法（刻蚀法）化学提取法的基本原理是：首先将制膜固体原材料进行某种处理，使之产生相分离，然后用化学试剂（刻蚀剂）处理，使其中的某一相在刻蚀剂的作用下，溶解提取，即可形成具有多孔结构的无机膜。可以用于制备多孔玻璃膜和金属微孔膜等12。6. 阳极氧化法阳极氧化法是在酸电解质溶液中13,14，室温下氧化作为阳极的高纯度金属为例而获得的金属氧化物膜。阳极氧化法是目前制备多孔Al2O3膜的重要方法之一。该法的特点是，制得的膜的孔径是同向的，几乎互相平行并垂直于膜表面，这是其他方法难以达到的。此法制备的对称氧化铝膜由两部分组成：一为多孔层；另一为很薄的细微孔选择性膜（与金属相连接）。膜层的孔直径与所用的电解质溶液有关，一般较易控制膜的直径。如用硫酸介质，膜孔尺寸约10 m左右；草酸介质，膜孔尺寸约20 m左右；醋酸介质，膜孔尺寸约30 m左右。膜的选择性与电解浓的浓度和种类以及腐蚀液的浓度和腐蚀时间等有关。此外无机膜的制备方法还有喷雾热分解法11，电泳沉积法14，粉浆浇铸法15，反胶团法16等。 （五）氧化铁薄膜的优点及应用氧化物薄膜具有高折射率，在光学方面有重要的意义。此外氧化铁薄膜应用十分广泛，比如应用在抗腐蚀、抗摩擦和磁信息存储等方面，其表面的分散与扩散在催化、气体传感器、微电子器件和发光二极管等很多领域亦扮演重要角色。氧化亚铁因为性能不稳定，容易氧化为氧化铁，因而相对而应用范围较小；四氧化三铁主要作为磁性材料应用；氧化铁因为性能稳定，各方面性能较为突出，因而应用广泛17。氧化铁是一种较为常见的性能稳定的金属氧化物，且氧化铁薄膜是一种具有较大应用前景的多功能金属氧化物材料，在燃料催化领域有较多应用18,19可以用于光催化电解水来制备氢20，可以做为有机电解溶液电池中的电极21，可以做为气敏、烟敏传感器，还可应用在微波器件、磁记录等领域22,23。报道的氧化铁薄膜的禁带宽度与太阳光谱的峰值波长接近（1.952.125 eV），因此有可能做在光伏转换以及太阳能电池中得到应用24-26（六）选题目的和主要内容1选题目的因为氧化铁薄膜的禁带宽度与太阳光谱的峰值波长接近，因此有可能做在光伏转换以及太阳能电池中得到应用，而且铁还有对环境没有污染、资源丰富的优点28，很多学者致力于氧化铁材料的光伏研究30，所以我们将研究使氧化铁材料在光伏领域得到应用。因为折射率是研究薄膜在光领域的重要因素之一，本文就其折射率和膜厚对所制备的氧化铁薄膜进行分析研究。2主要内容本文以FeCl36H2O为原料采用水热法在K9玻璃片上制备纳米氧化铁薄膜，并结合SGC-2手段对薄膜进行表征分析，探讨了反应时间、反应温度、溶液pH值、填充度氧化铁薄膜的折射率和膜厚的影响。二、实验部分（一）实验所用仪器和试剂1实验仪器实验所需仪器及型号见表1。表1 实验设备实验仪器名称型号厂家pH计pHS-3 C型上海盛磁仪器有限公司外可见分光光度计UV-2550日本岛津公司自动椭圆偏振测厚仪SGC-2天津港东科技发展股份有限公司超声波清洗器KQ-100KDEX昆山市超声仪器有限公司2实验所用试剂实验试剂及规格见表2。表2 实验试剂实验试剂分子式规格氯化铁FeCl36H2O分析纯氢氧化钠NaOH化学纯盐酸HCl分析纯碳酸氢钠NaHCO3分析纯聚乙二醇6000HO(CH2CH2O)nH化学纯（二） 试验方法1玻璃基片清洗过程将基片依次经去离子水、无水乙醇、去离子水分别超声清洗1 h，放于烧杯中用保鲜膜封口待用。2薄膜制备用FeCl36H2O配制含铁离子浓度为1.5 g/L的溶液；取40 mL放入小烧杯中，滴加10 mol/L的NaOH溶液，调节原料液pH值调至9.513，使得FeCl3在碱性条件下生成Fe(OH)3，不断搅拌条件下分别加0.5 mL的0.5 g/L表面活性剂聚乙二醇6000和1 mL 的0.01 mol/L矿化剂NaHCO3，搅拌均匀后将溶液转入封闭的反应釜中，分别使其填充度为60%85%，在此条件下放入玻璃片，封闭反应釜，于140190 恒温反应27 h，自然冷却至室温。取出玻璃片，用蒸馏水洗涤其表面至无固体颗粒残存，80 烘干，得玻璃薄膜。用蒸馏水充分洗涤釜中的粉体后，80 烘干。3表征分析方法采用SGC-2型自动椭圆偏振测厚仪（天津港东科技发展股份有限公司）在632.8 nm波长处测定薄膜折射率及厚度。三、 结果与讨论（一）溶液pH值对折射率和膜厚度的影响采用自动椭圆偏振测厚仪测定在160 ；时间4 h；填充度70 %；分别在不同pH条件下制备的薄膜在632.8 nm波长处的折射率及厚度，结果如图3所示。图3 不同pH对折射率、膜厚的影响由图3可见，pH是薄膜折射率关键影响因素之一，一般薄膜的折射率较高在其厚度约在130 nm，水热条件下的溶解度与溶液的碱性和反应温度有很大的关系,改变溶液的pH 值,不但可以影响溶质的溶解度,影响晶体的生长速度,更重要的是改变了溶液中生长基元的结构,最终决定晶体的结构、形状、大小和开始结晶的温度。在pH=9.5时氧化铁薄膜虽然能附着于基片上但折射率很低，而且薄膜很厚；随着pH升高薄膜的折射率增高、厚度减小，在pH=11时折射率达到峰值，薄膜最薄，约为130 nm；当pH大于11时，随着pH的升高折射率逐渐降低、膜逐渐增厚。结合上述表征结果分析认为，在pH=11时薄膜的折射率、均匀度最佳。（二）反应釜填充度对折射率和膜厚度的影响采用自动椭圆偏振测厚仪测定在pH=11；时间4h；160 ；在不同填充度条件下制备的薄膜在632.8 nm波长处的折射率及厚度，结果如图4所示。由图4可见，填充度对折射率有重要的影响，一般薄膜的折射率较高时，其厚度约为130 nm。膜厚随着填充度的增加而增大，因为可通过提高填充度来增大压力,使得溶解度提高,加快溶质质量的传输,提高晶体生长速率。在60%基本上未上去膜，是因为压强太低，生长薄膜的沉积速率较慢，所以薄膜的折射率也较 图4 填充度对折射率、膜厚的影响低；在65%时开始上膜还算均匀，但折射率未达到最大值；在70 %时折射率达到峰值；在填充度大于70 %时上膜十分不均匀切折射率很低；在85%时基本不上膜，这是因为压强太高，生长薄膜的沉积速率较快，片之间的均匀性较差，容易有干涉条纹产生。结合上述表征结果分析认为，在填充度为70 %时薄膜的折射率、均匀度最佳。（三） 温度对样品折射率和膜厚度的影响采用自动椭圆偏振测厚仪测定在pH=11,时间4 h，填充度70 %，在不同温度条件下，制备的薄膜在632.8 nm波长处的折射率及厚度，结果如图5所示。由图5可见，温度是薄膜的折射率和膜厚的重要影响因素之一，一般薄膜的折射率较高时，其厚度约为130 nm左右，由于水热反应温度作为一个重要的调控参数,影响反应的进度和结晶速度,直接影响纳米材料的生长过程,进而对产物的形貌和性能都会产生影响，因为温度对溶解度、过饱和度、晶体生长速率、梯度都有影响，所以温度是重要的影响因素。当反应温度在140 时，氧化铁薄膜虽然能附着于基片上但折射率很低，而且薄膜很厚；随着温度升高，薄膜的折射率增高、厚度减小；在160 时折射率达到峰值，膜厚约为130 nm；当温度大于160 时随着温度的升高，折射率逐渐降低、膜逐渐增厚、成膜也越来越不均匀。分析认为，用结晶理论进行解释：从理论上讲，完整晶体只有在0 K才是稳图5 不同反应温度对薄膜厚度和折射率的影响定的。根据某一确定温度下，稳定状态取自由能最低的原则，单从熵考虑，不完整晶体更稳定，要想获得更完整的结晶，希望在更低的温度下生成；但是若从生长过程考虑，若想获得更完整的结晶，必须在接近平衡的条件下生成，这意味着温度越高越好。非平衡度大时，缺陷和不纯物的引入变得十分显著。结合上述表征结果分析认为，在160 时薄膜的折射率、均匀度最佳。（四）时间对折射率和膜厚度的影响采用自动椭圆偏振测厚仪测定在pH=11；温度160 ；填充度70 %；在不同时间条件下，制备的薄膜在632.8 nm波长处的折射率及厚度，结果如图6所示。由图6可见，反应时间对膜折射率和膜厚有重要的影响，因薄膜上Fe2O3从非晶状转化为晶状的重要因素之一，一般薄膜的折射率较高在其厚度大约130 nm，薄膜厚度随着反应时间大体上是呈现下降趋势，当在反应时间为2 h时氧化图6 不同时间对折射率、膜厚的影响铁薄膜虽然能附着于基片上但折射率很低而且薄膜很厚，因为如果时间不够的话，那么附着在基片上的晶状氧化铁同时会含有非晶状氧化铁，基片上的薄膜将含有杂质、不抗磨损等缺点，其折射率也不会很高；随着时间升高薄膜的折射率增高、厚度减小，这是非晶态氧化铁向晶态氧化铁转化的过程，在4 h时折射率达到峰值；当反应时间大于4 h时，在随着时间的升高折射率逐渐降低，当达到7 h时基本上很少能测出玻璃片上的折射率，薄膜在太阳光下看呈现紫色。结合上述表征分析认为，氧化铁薄膜在反应时间为4 h时薄膜的折射率、均匀度最佳。四、结论采用水热合成法制备了高折射率的氧化铁光学薄膜，采用自动椭圆偏振测厚仪对样品进行了表征分析，测定了薄膜折射率、厚度。研究结果表明，反应釜的填充度、水热反应pH值、水热反应时间和温度均影响样品的折射率和膜厚，得到如下结论：1随着水热反应pH的升高，薄膜的折射率逐渐的升高，薄膜的厚度逐渐降低。当水热反应pH为11时制备薄膜折射率最高，是折射率的峰值，这时的膜厚大约为130 nm，当pH继续升高时薄膜的折射率降低、膜厚增厚。所以最佳反应pH为11。2随着反应釜中填充度逐渐升高时，薄膜的折射率逐渐的升高，薄膜的厚度逐渐升高。当反应釜中填充度为70 %时制备薄膜的折射率最高，这时的膜厚约为130 nm，随着填充度继续升高时薄膜的折射率降低、膜厚增厚，并且不均匀。所以最佳填充度为70 %。3随着水热反应温度升高，薄膜的折射率逐渐的升高，薄膜的厚度逐渐降低。水热反应温度为160 时制备薄膜折射率最高，这时的膜厚约为130 nm，温度继续升高时薄膜的折射率降低膜厚增厚，并且不均匀。所以最佳反应温度为160 。4随着水热反应时间的延长，薄膜表面沉积物由非晶态物质逐渐向晶体沉积转化，其膜厚逐渐减小、折射逐渐增加，到4 h时为样品的折射率射率最高，膜厚大约在130 nm，4 h后随着水热反应时间的延长而膜厚逐渐增大、折射率逐渐较小，而且薄膜分布不均匀。所以反应时间最佳条件为4 h。采用自动椭圆偏振测厚仪测定结果表明，在水热反应下当反应条件为pH=11、反应温度为160、填充度为70 %、反应时间为4 h时，制得的薄膜表面均匀，有较高的折射率最高。五、参考文献：1 J Chen，S Li，L Zhang et al. J. Phys. Chem B, 2006, 110: 4047-4053.2 K Feng, RY Zhang, L Z Wu et al. J. Am. Chem. Soc, 2006，128: 14685-14690.3 段华英, 王星明, 张碧田, 等. 高折射率镀膜LaTiO3J. 稀有金属学报, 2008, 32(3): 392- 394.4 史册, 邵光杰, 胡婕, 等. 钙钛矿型复合氧化物纳米薄膜的研究进展J. 中国有色金属学报, 2008, 18(10): 1893- 1902.5 王汉春, 周志有. 纳米Ni薄膜的电化学制备及其异常红外效应J. 科学通报, 2004, 49(1): 57- 60.6 赵年伟, 王伟. 纳米材料和技术在玻璃行业的应用J. 玻璃应用, 2002, (2):36.7 吴广明,杜开放. WO, 纳米薄膜的制备与气致变色特性研究J. 功能材料,2003,34(6): 707- 710.8 彭峰, 黄钟涛. 无机膜的制备技术进展J. 石油化工, 2009, 25(9): 662- 667.9 赵海波. 水热合成法制备PZT压电薄膜的研究D. 大连:大连理工大学, 2005.10 周晓红. 无机膜在处理废水中的应用研究D. 天津:天津工业大学, 2005.11 苏 毅, 胡亮, 刘谋盛. 无机膜的特性、制造及应用J. 化学世界, 2001, 49(1): 604 - 606.12 刘茉娥. 膜分离技术M. 北京:化学工业出版社, 1998: 42-43.13 Itoh N, Kato K, Tsuji T, et al. Preparation of a tubular anodic aluminum oxide membraneJ. Journal of Membrane Science, 1996, 117:189-196.14 张克铮, 邱春阳. 溶胶-凝胶法制备SiO2-ZrO2无机复合膜的研究J. 材料科学与工艺,2007, 15(2): 251- 254.15 Gu Y F, Meng G Y . A Model for Ceramic Membrane Formation by Dip-coatingJ. Journal of the European Ceramic society, 1999, 19: 1961-1966.16 据行松, 黄培, 徐南平, 等. 氧化错多孔膜和致密膜制备方法研究进展J. 膜科学与技术, 1999, 19(2): 11- 16.17 方敏, 段学臣, 周常军. 纳米氧化铁的制备与应用J. 湿法冶金, 2005, 24 (3): 117- 120.18 林碧亮, 卜建杰, 郑邯勇, 等. 纳米氧化铁制备方法的研究进展J. 舰船防化, 2007, 1: 20- 24.19 杨毅, 李凤生, 谈玲华. 纳米-Fe2O3 的制备及其催化高氯酸铵热分解J. 兵工学报, 2003, 25(1): 82-85.20 Khader M.M, Vurnes G H, Kin I K, et al. Photoassited catalytic dissociation of H2O to produce Hydrogen on partially reduced -Fe2O3 J. J Am Chem Soc, 1987, 109 (12): 3581-3585.21 Sarradin J, Ribes M, Guessous A, et al. Study of Fe2O3 based thin film electrodes for Lithium-ion batteriesJ. Solid State Ionics, 1998, 112(1-2): 35-40.22 Zhongzhu, Wanga, Hong Bi. Magnetic and Microwave Absorbing Properties of Polyaniline/g-Fe2O3 Nanocomposite J. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2008, 320: 2132-2139.23 Robert C, CBC Handbook of Chemistry and Physics M. Cleveland: The Chemical Rubber CO, 1980, 301-302.24 S.S. Kulkarni,C.D. Lokhande,Mat. J .Chemistry and Physics, 2003, 82: 151.25 Yong Jun Park, K.M.A. Sobahan, Chang Kwon, Hwang bo. Optical and Structural Properties of Fe2O3 Thin Films Prepared by Ion-beam Assisted Deposition J. Surface & Coatings Technology, 2009, 23: 2646-2650.26 E.L. Miller, D. Paluselli, B. Marsen, R.E. Rocheleau, Total Nutrition: Feeding Animal for Health and Growth J. Thin Solid Films, 2004: 466-307.27 (美)胡晨明, White R.M.著, 李采华译. 太阳能电池M. 北京, 北京大学出版社, 1990.28 耿新华, 孙云, 王宗畔, 等. 薄膜太阳能电池的研究进展J. 物理学与经济建设, 1999, 28(2): 96- 102.29 G.P. Smestad. Education and Solar Conversion: Demonstrating Electron Transfer J 1998, 55: 157-178.