[发明专利]基于柔性金属基带的CeO2-x纳米薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化铈纳米薄膜制备技术领域，具体涉及一种基于柔性金属基带的 CeO_2-x纳米薄膜及其制备方法。

背景技术

氧化铈是一种典型的稀土元素氧化物，其晶体具有立方萤石结构，并且具有Ce³⁺/Ce⁴⁺两种化合态，能够进行Ce³⁺+e，Ce⁴⁺的氧化还原循环。因此，以二氧化铈为材料制备的纳 米结构，既具有纳米材料的小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应及量子尺寸效应 的优点，又具有稀土纳米材料氧化还原能力强及配位数多变的特点，可广泛用于催化材 料，发光材料、紫外吸收剂和燃料电池等领域，具有广阔的市场前景。面对各种不同的 需求，可以采用不同的制备方法来制备具有不同性质的二氧化铈。目前，现有技术中常 用的制备方法有化学沉淀法、水热法、溶剂热、微乳液法及溶胶-凝胶法、油水界面法 以及PVD方法等。

申请人发现，现有技术中涉及的方法还存在着诸多不足，如薄膜厚度的可控性、纳 米结构形貌的可控性与均一性、纳米颗粒的分散性与附着力、制备过程的可重复性等方 面都较难控制，并且工业化生产能力较差。尽管在控制氧化铈形貌控制合成结果的研究 有一定进展，但亦难以解决现有技术中存在的诸多不足。

发明内容

本发明的申请人经过大量的实验和深入研究，提出了一种新的基于柔性金属基带的 CeO_2-x纳米薄膜及其制备方法，具体而言是在金属基底上诱导生长具有纳米结构的CeO_2-x涂层。本发明的方法利用激光脉冲沉积(以后简称PLD)或磁控溅射沉积(以后简称MSD) 进行制备，非常有利于进行产业化生产，本发明制备的CeO_2-x纳米薄膜尺寸均匀、附着力 强、形貌与取向可控。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于柔性金属基带的CeO_2-x纳米薄 膜及其制备方法。本发明涉及的CeO_2-x纳米薄膜厚度精确控制，可制备多层复合纳米结构； 本发明涉及CeO_2-x纳米薄膜具有金属柔性特征，可满足多种应用需求；本发明的方法制备 简便，易于实现产业化生产，相关参数相对于传统的化学方法更加容易控制，生产成本 可大大降低。

本发明是通过以下的技术方案实现的，

第一方面，本发明涉及一种基于柔性金属基带的CeO_2-x纳米薄膜，所述CeO_2-x纳米薄 膜为多种形貌及取向，所述CeO_2-x纳米薄膜的结构为阵列状排布的纳米颗粒。

优选地，所述CeO_2-x纳米薄膜包括金属基底、织构层、CeO_2-x功能层。

优选地，所述纳米颗粒的形状为棒状，片状，多个纳米片组成的团簇状，星状，或 多边形结构。

优选地，所述CeO_2-x纳米薄膜的取向为(001)，(110)，(111)或前述取向的组合。

作为优选地，所述织构层为多层氧化物薄膜。所述织构层为Al2O3/Y2O3/MgO。当 所述纳米颗粒的形状为棒状时，所述纳米棒的直径为10nm-100nm，长径比为(1-10)： 1。当所述纳米颗粒的形状为片状时，所述纳米片的厚度为10-100nm。

第二方面，本发明还涉及一种前述基于柔性金属基带的CeO_2-x纳米薄膜的制备方法， 包括如下步骤：

步骤1，取金属基带并安装到传动装置上，取CeO_2-x靶材并安装到靶台，之后将镀膜 设备抽真空；其中所述金属基带上生长有一定取向织构层；

步骤2，调整镀膜区的温度至生长温度；采用激光脉冲沉积法或磁控溅射沉积法；之 后通入氧气；镀膜系统传送装置带动金属基带，使得金属基带通过镀膜区，即在金属基 带的织构层的表面形成CeO_2-x功能层。

优选地，步骤1中，所述CeO_2-x靶材至镀膜区的距离为5-25cm。

优选地，步骤2中，所述生长温度为450～650℃。

优选地，步骤2中，所述CeO_2-x功能层的厚度为10～2000nm。