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一种负载ITO薄膜的石英光纤及其制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2010-08-19
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2011-03-16
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2014-08-27
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2030-08-19
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201010257852.0 申请日 2010-08-19
公开/公告号 CN101950043B 公开/公告日 2014-08-27
授权日 2014-08-27 预估到期日 2030-08-19
申请年 2010年 公开/公告年 2014年
缴费截止日
分类号 G02B6/02C03C25/42 主分类号 G02B6/02
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 3
权利要求数量 4 非专利引证数量 2
引用专利数量 3 被引证专利数量 0
非专利引证 1、袁红梅等.溶胶-凝胶法制备ITO薄膜及其光电性能的研究.《电子器件》.2010,第33卷(第1期),5-9页.; 2、刘杰,杨斌.基于溶胶-凝胶法的ITO透光导电膜制备.《纺织学报》.2009,第30卷(第7期),1-5页.;
引用专利 CN1805061A、CN101337773A、CN1805061A 被引证专利
专利权维持 7 专利申请国编码 CN
专利事件 复审申请 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 浙江理工大学 当前专利权人 浙江理工大学
发明人 杨斌、刘婧 第一发明人 杨斌
地址 浙江省杭州市下沙高校园区2号大街5号 邮编
申请人数量 1 发明人数量 2
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州中成专利事务所有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
金祺
摘要
本发明涉及石英光导纤维改性,旨在提供一种负载ITO薄膜的石英光纤及其制备方法。该石英光纤是以石英光纤为基体,以掺锡氧化铟透明导电薄膜为表面覆膜。本发明通过简单可行的石英光纤的前期处理,使溶胶-凝胶法所制得的ITO薄膜与石英光纤表面结合牢固,薄膜结晶完善,表面光滑致密,光电性能良好,从而制备了一种负载ITO薄膜的石英光导纤维,赋予光纤同时具备导光和导电性能。可应用于红外传输、电流传感和光电响应器件等方面,大大拓宽了各自的应用领域。
  • 摘要附图
    一种负载ITO薄膜的石英光纤及其制备方法
  • 说明书附图:图1
    一种负载ITO薄膜的石英光纤及其制备方法
  • 说明书附图:图2
    一种负载ITO薄膜的石英光纤及其制备方法
  • 说明书附图:图3
    一种负载ITO薄膜的石英光纤及其制备方法
  • 说明书附图:图4
    一种负载ITO薄膜的石英光纤及其制备方法
  • 说明书附图:图5
    一种负载ITO薄膜的石英光纤及其制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2014-08-27 授权 授权
2 2011-03-16 实质审查的生效 IPC(主分类): G02B 6/02 专利申请号: 201010257852.0 申请日: 2010.08.19
3 2011-01-19 公布 公布
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种负载ITO薄膜的石英光纤的制备方法,该负载ITO薄膜的石英光纤是以石英光纤为基体,以掺锡氧化铟透明导电薄膜为表面覆膜;其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)依次进行光纤表面前期处理:
将石英光纤除去涂覆层后,放在去离子水中超声处理10~30min;用40%NaOH溶液除油15~20min;以分析纯HF溶液表面粗化15~20min;最后置于质量浓度比例为10~
15%的NH3水和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液中活化处理8~10min;
(2)把硝酸铟和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口烧瓶中,在63~65℃水浴中加热2h;
然后将溶解在无水乙醇中的氯化锡与其混合,继续加热回流1h后取出溶液,在空气中放置24h,得到均一透明的淡黄色溶胶;硝酸铟∶乙酰丙酮∶无水乙醇∶氯化锡的摩尔比为
1∶14∶5∶0.1;
(3)将经过表面前期处理后的石英光纤浸渍在步骤(2)所得溶胶中4~5min后提拉镀膜,然后放在98~100℃下预热处理8~10min,待溶胶干燥后放入马弗炉中退火处理60~
70min,得到一层ITO膜;待薄膜冷却后置于无水乙醇中超声处理5~8秒后,放在空气中晾干;循环该步骤,即得到负载多层ITO薄膜的石英光纤。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中,调制NH3水和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液时,使混合溶液的pH值为12。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)共执行4次,使得负载在石英光纤表面的ITO薄膜为4层。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在步骤(3)中,马弗炉中退火处理时,控制温度为500℃。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及石英光导纤维改性,特别是一种在石英光纤表面涂覆上结合力较强、光电性能良好的ITO薄膜的方法。

背景技术

[0002] 掺锡氧化铟(Indium Tin Oxide,缩写为ITO)透明导电薄膜,作为一种n型简并半导体,以其良好的导电性能、较高的可见光范围内的透光率和红外光范围内的反射率、与基体较好的结合能力和良好的化学稳定性,愈来愈受到关注,已在很多领域包括平面显示(液晶显示器LCD、有机电致发光显示器OLED)、太阳能电池、传感器、功能性玻璃等方面得到广泛应用。
[0003] 石英光纤(Quartz Optical Fiber,缩写为QOF)则具有抗电磁干扰、保密性好、抗核辐射以及重量轻、尺寸小、价格低廉等一系列优点,是目前信息传递的首选材料。
[0004] 现有的石英光纤一般用于信息传递、传感检测等领域,根据需要可在光纤制备时形成不同种类的光纤,也可在光纤制成后在其上写上光栅用于传感等。但未曾见过有在石英光纤外部负载ITO薄膜的报道,更未有关于该光纤制备方法的记载。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是:克服现有技术中的不足,提供一种负载ITO薄膜的石英光纤。同时,由于镀在圆柱体上的薄膜的结合力远小于镀在平面上,在石英光纤表面涂覆上ITO薄膜也存在更加实际的技术困难,本发明也将着眼于此。
[0006] 为解决技术问题,本发明的解决方案是:
[0007] 本发明首先提出以石英光导纤维作为ITO薄膜的基体,赋予光纤同时具备导光和导电性能。
[0008] 其次,本发明提出利用光纤的预处理来提高其负载ITO的附着能力,并用结合力作为判断负载在光纤表面ITO薄膜质量好坏的重要指标。本发明是在基体前期处理过程中增加一道简单可行的工艺程序,选择合适的退火温度和膜层数,以增强ITO薄膜与石英光纤表面的结合力和样品的实用性。
[0009] 具体表述为:
[0010] 一种负载ITO薄膜的石英光纤,是以石英光纤为基体,以掺锡氧化铟透明导电薄膜为表面覆膜。
[0011] 本发明中,ITO薄膜与石英光纤表面结合牢固,光电性能良好。
[0012] 进一步地,本发明提供了一种负载ITO薄膜的石英光纤的制备方法,包括以下步骤:
[0013] (1)依次进行光纤表面前期处理:
[0014] 将石英光纤除去涂覆层后,放在去离子水中超声处理10~30min;用40%NaOH溶液除油15~20min;以分析纯HF溶液表面粗化15~20min;最后置于质量浓度比例为10~15%的NH3水和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液中活化处理8~10min;
[0015] (2)把硝酸铟和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口烧瓶中,在63~65℃水浴中加热2h;然后将溶解在无水乙醇中的氯化锡与其混合,继续加热回流1h后取出溶液,在空气中放置24h,得到均一透明的淡黄色溶胶;硝酸铟∶乙酰丙酮∶无水乙醇∶氯化锡的摩尔比为1∶14∶5∶0.1;
[0016] (3)将经过表面前期处理后的石英光纤浸渍在步骤(2)所得溶胶中4~5min后提拉镀膜,然后放在98~100℃下预热处理8~10min,待溶胶干燥后放入马弗炉中退火处理60~70min,得到一层ITO膜;待薄膜冷却后置于无水乙醇中超声处理5~8秒后,放在空气中晾干;循环该步骤,即得到负载多层ITO薄膜的石英光纤。
[0017] 本发明在步骤(1)中,调制NH3水和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液时,使混合溶液的pH值为12。
[0018] 本发明中,所述步骤(3)共执行4次,使得负载在石英光纤表面的ITO薄膜为4层。
[0019] 本发明在步骤(3)中马弗炉中退火处理时,控制温度为500℃。
[0020] 本发明的有益效果是:
[0021] 本发明通过简单可行的石英光纤的前期处理,使溶胶-凝胶法所制得的ITO薄膜与石英光纤表面结合牢固,薄膜结晶完善,表面光滑致密,光电性能良好,从而制备了一种负载ITO薄膜的石英光导纤维,赋予光纤同时具备导光和导电性能。可应用于红外传输、电流传感和光电响应器件等方面,大大拓宽了各自的应用领域。

实施方案

[0027] 具体实施例1:
[0028] 负载ITO薄膜的石英光纤的制备方法,包括以下步骤:
[0029] (1)依次进行光纤表面前期处理:
[0030] 将石英光纤除去涂覆层后,放在去离子水中超声处理10min;用40%NaOH溶液除油15min;以分析纯HF溶液表面粗化20min;最后置于质量浓度比例为15%的NH3水和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液中活化处理8min;
[0031] (2)把硝酸铟和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口烧瓶中,在65℃水浴中加热2h;然后将溶解在无水乙醇中的氯化锡与其混合,继续加热回流1h后取出溶液,在空气中放置24h,得到均一透明的淡黄色溶胶;硝酸铟∶乙酰丙酮∶无水乙醇∶氯化锡的摩尔比为
1∶14∶5∶0.1;
[0032] (3)将经过表面前期处理后的石英光纤浸渍在步骤(2)所得溶胶中5min后提拉镀膜,然后放在98℃下预热处理8min,待溶胶干燥后放入马弗炉中退火处理60min,得到一层ITO膜;待薄膜冷却后置于无水乙醇中超声处理5秒后,放在空气中晾干;循环该步骤,即得到负载多层ITO薄膜的石英光纤。
[0033] 具体实施例2:
[0034] 负载ITO薄膜的石英光纤的制备方法,包括以下步骤:
[0035] (1)依次进行光纤表面前期处理:
[0036] 将石英光纤除去涂覆层后,放在去离子水中超声处理30min;用40%NaOH溶液除油16min;以分析纯HF溶液表面粗化15min;最后置于质量浓度比例为10%的NH3水和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液中活化处理9min;
[0037] (2)把硝酸铟和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口烧瓶中,在63℃水浴中加热2h;然后将溶解在无水乙醇中的氯化锡与其混合,继续加热回流1h后取出溶液,在空气中放置24h,得到均一透明的淡黄色溶胶;硝酸铟∶乙酰丙酮∶无水乙醇∶氯化锡的摩尔比为
1∶14∶5∶0.1;
[0038] (3)将经过表面前期处理后的石英光纤浸渍在步骤(2)所得溶胶中4min后提拉镀膜,然后放在100℃下预热处理10min,待溶胶干燥后放入马弗炉中退火处理70min,得到一层ITO膜;待薄膜冷却后置于无水乙醇中超声处理8秒后,放在空气中晾干;循环该步骤,即得到负载多层ITO薄膜的石英光纤。
[0039] 具体实施例3:
[0040] 负载ITO薄膜的石英光纤的制备方法,包括以下步骤:
[0041] (1)依次进行光纤表面前期处理:
[0042] 将石英光纤除去涂覆层后,放在去离子水中超声处理20min;用40%NaOH溶液除油20min;以分析纯HF溶液表面粗化16min;最后置于质量浓度比例为13%的NH3水和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液中活化处理10min;
[0043] (2)把硝酸铟和乙酰丙酮的混合溶液倒入三口烧瓶中,在64℃水浴中加热2h;然后将溶解在无水乙醇中的氯化锡与其混合,继续加热回流1h后取出溶液,在空气中放置24h,得到均一透明的淡黄色溶胶;硝酸铟∶乙酰丙酮∶无水乙醇∶氯化锡的摩尔比为
1∶14∶5∶0.1;
[0044] (3)将经过表面前期处理后的石英光纤浸渍在步骤(2)所得溶胶中4min后提拉镀膜,然后放在99℃下预热处理9min,待溶胶干燥后放入马弗炉中退火处理65min,得到一层ITO膜;待薄膜冷却后置于无水乙醇中超声处理6秒后,放在空气中晾干;循环该步骤,即得到负载多层ITO薄膜的石英光纤。
[0045] 本发明中:在退火温度为500℃下制备的薄膜表面没有发生变化,当退火温度大于500℃时,随着退火温度的增加,薄膜表面形貌破坏程度增加,在退火温度为400℃下制备的薄膜经过淬火处理后其表面破坏程度比500℃大,即在退火温度为500℃下制备的薄膜结合力最强。随着膜层数的增加,每层薄膜的热膨胀系数不同,薄膜的结合力减小,同时考虑到石英光纤表面薄膜的完整性,选择在光纤表面镀上四层ITO薄膜。
[0046] 图1是在光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的XRD对比谱图,根据谢乐公式:在退火温度为400℃,500℃,600℃,700℃和800℃下制备的ITO薄膜的晶粒大小分别为14.4nm,16.5nm,16.8nm,17.0nm和17.1nm,当退火温度大于500℃时,结晶度没有明显地增加,即在退火温度为500℃下制备的薄膜结晶完善,出现了明显的In2O3特征峰。
[0047] 图2是光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的电阻率与所测量光纤长度关系曲线,在退火温度为500℃下制备的ITO薄膜的电阻率相对于400℃有明显地减小,相对于600℃其增加值不大。
[0048] 图3是光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的可见光透过率,当退火温度小于700℃时,ITO薄膜的可见光透过率没有很大的变化,即退火温度为500℃下制备的薄膜透光性能良好。
[0049] 没有经过活化处理的光纤表面负载上在500℃退火温度下制备的四层ITO薄膜,与经过处理的光纤表面负载上在500℃退火温度下制备的四层ITO薄膜相比,ITO薄膜表面粗糙,活化处理增强了ITO薄膜与石英光纤的结合力,使光纤表面光滑,ITO薄膜的颗粒致密。
[0050] 图4是光纤表面负载上在500℃退火温度下制备的四层ITO薄膜的EDS能谱分析,ITO薄膜均匀地负载在光纤表面,In与Sn质量比与前驱物中的In与Sn质量比相吻合。
[0051] 光纤表面负载上在500℃退火温度下制备的四层ITO薄膜,薄膜厚度均匀,其值为186.1nm,薄膜之间没有明显的分层现象。
[0052] 图5是光纤表面负载上在500℃退火温度下制备的四层ITO薄膜的AFM表面形貌图,其均方根(RMS)表面粗糙度为0.719nm。
[0053] 最后,还需要注意的是,显然本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形,本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。

附图说明

[0022] 图1是光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的XRD谱图;
[0023] 图2是光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的电阻率;
[0024] 图3是光纤表面负载上在不同退火温度下制备的四层ITO薄膜的可见光透过率;
[0025] 图4是光纤表面负载上在500℃退火温度下制备的四层ITO薄膜的EDS能谱分析;
[0026] 图5是光纤表面负载上在500℃退火温度下制备的四层ITO薄膜的AFM表面形貌照片。
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