[发明专利]二元有序多孔薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔薄膜及制备方法，尤其是一种二元有序多孔薄膜及其制备方法。

背景技术

微纳结构有序孔薄膜由于其众多新的优良特性，可广泛地应用于声子衍射栅、光学过滤器、选择光吸收器、干涉仪、全反射涂层、光电池、化学和生物传感器等领域，此外，这类薄膜在微电子、磁学、催化和纳米光子学等方面也有着重要的应用前景。迄今为止，人们为了获得两种不同直径的孔构成的微纳结构有序孔薄膜，作了不懈的努力，如在2009年5月20日公开的中国发明专利申请公布说明书CN 101435795A中披露的本申请人的一种“多层分级纳米结构有序孔薄膜型气敏传感器及其制备方法”。它意欲提供一种普适性好，灵敏度高、响应速度快，制作简便的薄膜型气敏传感器和其制备方法。气敏传感器包括衬底、电极和覆于其上的气敏薄膜，其中薄膜是由两层以上的、呈紧密的六方排列并相互连通的球形孔状的半导体氧化物构成，球形孔的孔径为100～5000nm，同一层的孔大小相同，不同层间的孔径大小比例为1.5～10∶1；制备方法为，先将不同球径的单层胶体晶体模板浸入浓度为0.05～0.2M的半导体氧化物前驱体溶液中，待不同球径的单层胶体晶体脱离基底漂浮在前驱体溶液的表面后，用所需形状的带有电极的衬底分次捞起单层胶体晶体中之一，并置于80～120℃下加热1～4h，再将其置于350～550℃下退火1～4h，制得多层分级纳米结构有序孔薄膜型气敏传感器。但是，这种薄膜型气敏传感器及其制备方法均存在着欠缺之处，首先，气敏传感器的薄膜虽由两种不同直径的球形孔构成，然其不同直径的球形孔却分布于不同的层次中，限制了其应用的领域和降低了其特性，使其既不能用于不同直径的球形孔在同一层薄膜上，且小直径球形孔位于本层大直径球形孔之间的实用要求，又制约了两种不同直径球形孔间因接触而应有的微纳结构有序孔膜特性的发挥；其次，制备方法不能制得同一层薄膜上含有两种不同直径球形孔，且小直径球形孔位于本层大直径球形孔之间的薄膜。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种不同直径的球形孔在同一层薄膜上，且小直径球形孔位于本层大直径球形孔之间的二元有序多孔薄膜。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种二元有序多孔薄膜的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：二元有序多孔薄膜由衬底和其上的薄膜组成，特别是，

所述薄膜由两种不同直径的球形孔状氧化物构成，所述两种球形孔直径间的大小比例为5～20∶1，其中，大直径球形孔的直径为250～5000nm、小直径球形孔的直径为50～250nm；

所述每层大直径球形孔按六方有序结构排列，所述小直径球形孔位于本层大直径球形孔之间，且每层大、小直径球形孔间相互连通；

所述薄膜的厚度为250～25000nm，所述氧化物为半导体氧化物。

作为二元有序多孔薄膜的进一步改进，所述的半导体氧化物为三氧化二铟，或二氧化锡，或氧化锌，或三氧化二铁；所述的衬底为玻璃，或单晶硅片，或陶瓷，或云母，或石英，衬底的形状为平面状，或凸面状，或凹面状，或球面状。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：二元有序多孔薄膜的制备方法包括将两种不同直径的胶体球附于基底表面形成大直径胶体球按六方有序结构单层排列、小直径胶体球位于大直径胶体球之间的二元有序胶体晶体模板，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将二元有序胶体晶体模板浸入浓度为0.05～0.2M的半导体氧化物前驱体溶液中，待二元有序胶体晶体脱离基底并漂浮在前驱体溶液中后，用所需形状的衬底捞起二元有序胶体晶体，并使其覆盖于衬底表面，再将其上覆盖着浸有前驱体溶液的二元有序胶体晶体的衬底置于80～120℃下加热1～4h；

步骤2，重复步骤1的次数为0次以上后，将其置于300～400℃下退火1～4h，制得二元有序多孔薄膜。