TiO_2_SiO_2复合薄膜的制备及光学性能研究_朱永安(2)

·７０·５卷第３期　　　　　　　　　　　嘉兴学院学报　　　　　　　　　　　　　　　第２

［２］人们的重视．人们把折射率周期性变化的人造结构材料称为光子晶体．传统的多层高反膜是光子晶

体的一个特例，是一种一维的光子晶体，相对而言其结构较为简单，易于制备．如果能镀制出性能优

／良的复合膜，对光子晶体的研究会有很大的推动作用．近来，以溶胶－凝胶技术制备的ＴｉＯＳｉＯ２２

复合薄膜也越来越多地被应用于除光学薄膜以外的领域，比如截止干涉滤光片、微型谐振腔和光波导

［］３－４等，其薄膜折射率可视需要而定，操作简单，容易实现，适用范围广．笔者采用溶胶－凝胶方法

／制备ＴｉＯＳｉＯ２２复合膜，通过对溶胶、热处理温度以及溶胶－凝胶过程中反应和存放的环境温度及

湿度等参数的调整，结合椭偏仪和分光光度计等手段对实验结果进行测量，研究了在实验室条件下制

／备ＴｉＯＳｉＯｉＯ．１８～２２复合膜的方法．目前已制备出折射率可调的溶胶，所镀制的Ｓ２薄膜折射率在１

［］５－６１．４１之间可调，ＴｉＯ．８０～２．２０之间可调．２薄膜折射率在１

１　实验过程

１．１　实验仪器

，马弗炉（，美国制造）上海）Ｄｉａｓｔｅｒ２００（ＣＨＥＭＡＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＣ）提拉机（－ｍ　　　ｐ

，Ｊ德国布鲁克光谱仪器公司）ＢｒｕｋｅｒＴｅｎｓｏｒ２７傅立叶红外分光光度计（ＡＳＣＯ　Ｖ５７０型ＵＶ－ＶＩＳ　－－

，全自动椭偏仪（，烧杯，量筒．日本制造）上海）ＮＩＲ分光光度计（

１．２　实验材料

、去离子水、冰醋酸（、乙醇（、乙酰丙酮（、正硅酸乙钛酸丁酯（ＴＰＯＴ）ＨＡＣ）Ｅｔｈ）ＡＣＡＣ）

）、盐酸（）、十六烷基三甲基溴化铵（酯（ＴＥＯＳＨＣｌＣＴＡＢ）等．

／１．３　ＴｉＯＳｉＯ２２复合溶胶的制备

、去离子水、冰醋酸（、乙醇（）、乙酰丙酮（实验采用钛酸丁酯（ＴＰＯＴ）ＨＡＣ）ＥｔｈＡＣＡＣ）和

）、盐酸（）两种体系来制备Ｔ／正硅酸乙酯（ＴＥＯＳＨＣｌｉＯＳｉＯ２２复合溶胶．首先，采用表面活性剂

十六烷基三甲基溴化铵（ＣＴＡＢ）为有机掺杂成分，正硅酸乙酯为硅源制备ＳｉＯ２溶胶．制备采用酸－酸两步法：第一步，将正硅酸乙酯、无水乙醇、水和盐酸按一定摩尔比混合，在酸性条件下部分水解，在６０℃下搅拌９０ｍｉｎ后，让溶胶冷却至室温；第二步，加入ＨＣｌ和水使其浓度达到０．０１Ｍ，此时硅烷基缩和速率达到最小，在镀膜过程中有利于促成二氧化硅与表面活性剂的组装．在室温下，使用磁力搅拌器搅拌１５ｍｉｎ后在５０℃温度下老化溶胶０～１６ｈ后滴入乙醇进行稀释．最后加入

）的十六烷基三甲基溴化铵，充分搅拌２ｈ，得到Ｓ２．５％（ｗ．ｔｉＯＰＯＴ２溶胶；在伴随搅拌下，将Ｔ

／和ＡｃＡｃ迅速混合分两次向其中滴加Ｅｔｈ，每次滴加量为总量的１３．最后将剩余的Ｅｔｈ、全部的去

离子水和ＨＡｃ滴加到混合溶液中，室温搅拌２ｈ得到ＴｉＯｉＯ２溶胶．按照实验需要将Ｔ２溶胶按一定

，老化５～７天备用．比例滴加到ＳｉＯ２溶胶中，将混合溶胶再搅拌４ｈ

１．４　薄膜的制备

）作为基片，用去离子水清洗干净，在７根据不同测试要求，选用载波片和单晶Ｓｉ（１１１０℃温度

下干燥１ｈ，待基片冷却备用．在室温２０℃，湿度低于６０％的超净间内，通过简单提拉迅速蒸发溶剂的方法镀膜．实验采用美国生产的Ｄｉａｓｔｅｒ２００（ＣＨＥＭＡＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＣ）提拉机，以－ｍ　　　ｐ

／８ｃｍｍｉｎ的速度匀速提拉基片．将湿膜干燥几分钟后置于马弗炉进行４００℃、４ｈ的热处理以去除表面活性剂．

２　实验结果和讨论

薄膜表面结构特征采用Ｂ德国布鲁克光谱仪器公ｒｕｋｅｒＴｅｎｓｏｒ２７傅立叶红外分光光度计测量（　

，波数分辨率为２ｃ司）ｍ－１，基片采用硅片，并用未镀膜的硅片作为参考；薄膜在可见光区的透视、吸收谱采用日本ＪＡＳＣＯ　Ｖ５７０型ＵＶ－ＶＩＳＩＲ分光光度计测量，入射光垂直入射．薄膜的折射率、－－Ｎ

厚度测试采用的是可变入射角波长扫描全自动椭偏仪（ＥＬＬＩＰｅｅ激光源选用波长为６３２．８－Ａ型Ｈ－Ｎ

ｎｍ）．