一種陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層的製備方法與流程
2023-07-22 17:15:01 3
本發明涉及一種陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層的製備方法，特別涉及在鍍銀鋁合金表面構築陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層，提高鍍銀鋁合金表面的二次電子抑制特性及其環境穩定性。
背景技術：
鍍銀鋁合金作為目前衛星有效載荷系統中微波部件常用的基材，具有可以降低器件損耗的優點，但是在實際使用過程中，鍍銀部件在大功率電磁波傳輸條件下容易發生二次電子倍增即產生微放電效應，導致大功率微波部件失效。目前抑制微放電效應的方法主要包括在部件表面構築塗層和在部件表面構築陷阱結構等。
研究表明，在鍍銀鋁合金表面製備具有低二次電子發射係數(SEY)的塗層材料，如氮化鈦(TiN)、石墨化碳等，可有效抑制微放電效應，但該類塗層材料自身導電性差，使微波部件在高頻條件下表面阻抗大。
文獻「Controllable fabrication of one-dimensional ZnO nanoarrays and their application in constructing silver trap structures.RSC Advances.2014,4,33198–33205.」公開了一種以ZnO陣列為模板，通過電化學沉積方法在鍍銀鋁合金表面製備陷阱結構銀，可降低SEY至1.6以下，但該方法工藝過程較為繁瑣。
文獻「Investigation into anomalous total secondary electron yield for micro-porous Ag surface under oblique incidence conditions.Journal of Applied Physics.2013,114:1-9.」公開了一種操作簡便且成本低的構築陷阱結構銀的方法，可降低鍍銀鋁合金的SEY至1.2以下，但該方法對初始鍍銀鋁合金的晶界結構有一定要求。此外，陷阱結構銀的環境穩定性一般較差。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層的製備方法，該方法簡單，並且對初始鍍銀鋁合金的晶界結構沒有要求，同時既可以降低鍍銀鋁合金的SEY，又可以提高其環境穩定性。
為實現上述目標，本發明採用的技術方案是：
一種陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層的製備方法，包括以下步驟：
(1)採用Fe(NO3)3水溶液對鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為45-55℃，刻蝕時間為35-45s，清洗後乾燥；
重複步驟(1)，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結構；
(2)將表面形成陷阱結構的鍍銀鋁合金浸漬於TBT溶液中10-30min，然後轉移至去離子水中反應10-20min，最後煅燒；
(3)將步驟(2)煅燒後的鍍銀鋁合金置於鍍金液中在25-35℃下反應0.5-2h，清洗後乾燥，得到陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層。
本發明進一步的改進在於，所述Fe(NO3)3水溶液的質量分數為20％-40％。
本發明進一步的改進在於，所述TBT溶液是通過以下過程製得的：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質量分數為3％-7％，冰醋酸的質量分數為4％-6％。
本發明進一步的改進在於，所述煅燒的溫度為100-400℃，時間為1h。
本發明進一步的改進在於，所述鍍金液通過以下過程製備：將HAuCl4、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為10.5-11.5的鍍金液；其中，HAuCl4的濃度為2-6mmol/L，葡萄糖的濃度為4-12mmol/L。
本發明進一步的改進在於，步驟(1)、步驟(2)和步驟(3)中的乾燥的溫度為50-70℃，時間為30min。
本發明與現有技術相比的有益效果是：
1.本發明通過重複刻蝕步驟，即採用兩步溼化學刻蝕法製備陷阱結構銀，對初始鍍銀鋁合金的晶界結構沒有要求，且兩步溼化學刻蝕製備陷阱結構銀的工藝穩定性好。採用類化學鍍法製備TiO2薄膜過渡層，操作簡便，可以實現TiO2薄膜的隨形沉積，不破壞原有陷阱結構。採用化學鍍製備Au薄膜作為環境穩定性塗層，工藝過程簡便。
2.本發明通過在鍍銀鋁合金表面構築陷阱結構降低SEY，隨形沉積Au塗層提高環境穩定性，兩者之間引入TiO2過渡層阻止金銀合金的形成，避免電性能下降。
3.採用本發明製備的陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層可使鍍銀鋁合金的SEY降低到1.2以下，提高鍍銀鋁合金表面的二次電子抑制特性，且環境穩定性好。
進一步的，本發明中Fe(NO3)3水溶液的質量分數為20％-40％，濃度過低的話，不能形成陷阱結構，濃度過高的話，會造成過度刻蝕。
進一步的，TBT溶液中的冰醋酸起到絡合劑的作用，乙醇作為溶劑起到分散的作用。
進一步的，煅燒的溫度採用100-400℃，是因為不同的煅燒溫度會形成不同晶型的二氧化鈦，且煅燒溫度過高，鍍銀鋁合金會發生變形，本發明中為了得到銳鈦礦晶型且不影響鍍銀鋁合金的形狀，所以採用100-400℃。
附圖說明
圖1是兩步溼化學刻蝕後鍍銀鋁合金的SEM照片，其中，圖(a)放大倍數為10k，圖(b)放大倍數為20k。
圖2是類化學鍍製備TiO2薄膜後的SEM照片，其中，圖(a)放大倍數為10k，圖(b)放大倍數為30k。
圖3是化學鍍製備Au薄膜後的SEM照片，其中，圖(a)放大倍數為5k，圖(b)放大倍數為30k。
圖4是經過相同的兩步溼化學刻蝕工藝製備的4個鍍銀鋁合金樣品的SEY特性曲線。
圖5是陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層放置6個月後，在其表面隨機取3個點測試後的SEY特性曲線。
具體實施方式
下面結合具體實施方式及附圖對本發明進行詳細的說明。
實施例1
(1)依次採用50mL洗滌劑、去離子水、丙酮及乙醇對尺寸為長20mm，寬12mm，高1mm的鍍銀鋁合金進行超聲清洗，各15min。
(2)採用12g質量分數為20％的Fe(NO3)3水溶液對步驟(1)清洗後的鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為45℃，刻蝕時間為35s，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗3min，最後在50℃烘箱中乾燥30min。
(3)採用12g質量分數為20％的Fe(NO3)3水溶液對步驟(2)乾燥後的鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為45℃，刻蝕時間為35s，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗3min，最後在50℃烘箱中乾燥30min，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結構。
(4)將步驟(3)乾燥後的鍍銀鋁合金浸漬於10g TBT溶液中10min，然後轉移至50mL去離子水中反應10min，最後在馬弗爐中於100℃下煅燒1h。其中，TBT溶液通過以下過程製得：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質量分數為3％，冰醋酸的質量分數為4％。
(5)將步驟(4)煅燒後的鍍銀鋁合金置於25mL鍍金液中在25℃下反應0.5h，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗15min，最後在50℃烘箱中乾燥30min，得到陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層。其中，鍍金液通過以下過程製備：將HAuCl4、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為10.5的鍍金液；其中，HAuCl4的濃度為2mmol/L，葡萄糖的濃度為4mmol/L。
實施例2
(1)依次採用50mL洗滌劑、去離子水、丙酮及乙醇對尺寸的長20mm，寬12mm，高1mm的鍍銀鋁合金進行超聲清洗，各15min。
(2)採用12g質量分數為40％的Fe(NO3)3水溶液對步驟(1)清洗後的鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為55℃，刻蝕時間為45s，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗3min，最後在70℃烘箱中乾燥30min。
(3)採用12g質量分數為40％的Fe(NO3)3水溶液對步驟(2)乾燥後的鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為55℃，刻蝕時間為45s，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗3min，最後在70℃烘箱中乾燥30min，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結構。
(4)將步驟(3)乾燥後的鍍銀鋁合金浸漬於10g TBT溶液中30min，然後轉移至50mL去離子水中反應20min，最後在馬弗爐中於400℃下煅燒1h。其中，TBT溶液通過以下過程製得：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質量分數為7％，冰醋酸的質量分數為6％。
(5)將步驟(4)煅燒後的鍍銀鋁合金置於25mL鍍金液中在35℃下反應2h，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗15min，最後在70℃烘箱中乾燥30min，得到陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層。其中，鍍金液通過以下過程製備：將HAuCl4、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為11.5的鍍金液；其中，HAuCl4的濃度為6mmol/L，葡萄糖的濃度為12mmol/L。
實施例3
(1)依次採用50mL洗滌劑、去離子水、丙酮及乙醇對尺寸為長20mm，寬12mm，高1mm的鍍銀鋁合金進行超聲清洗，各15min。
(2)採用12g質量分數為30％的Fe(NO3)3水溶液對步驟(1)清洗後的鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為50℃，刻蝕時間為40s，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗3min，最後在60℃烘箱中乾燥30min。
(3)採用12g質量分數為20％的Fe(NO3)3水溶液對步驟(2)清洗後的鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為50℃，刻蝕時間為40s，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗3min，最後在60℃烘箱中乾燥30min，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結構。
(4)將步驟(3)乾燥後的鍍銀鋁合金浸漬於10g TBT中20min，然後轉移至50mL去離子水中反應10min，最後在馬弗爐中於200℃下煅燒1h。其中，TBT溶液通過以下過程製得：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質量分數為5％，冰醋酸的質量分數為4％。
(5)將步驟(4)煅燒後的鍍銀鋁合金置於25mL鍍金液中在30℃下反應1h，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗15min，最後在60℃烘箱中乾燥30min，得到陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層。其中，鍍金液通過以下過程製備：將HAuCl4、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為10.8的鍍金液；其中，HAuCl4的濃度為4mmol/L，葡萄糖的濃度為8mmol/L。
實施例4
(1)依次採用50mL洗滌劑、去離子水、丙酮及乙醇對尺寸為長20mm，寬12mm，高1mm的鍍銀鋁合金進行超聲清洗，各15min。
(2)採用12g質量分數為40％的Fe(NO3)3水溶液對步驟(1)清洗後的鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為50℃，刻蝕時間為40s，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗3min，最後在60℃烘箱中乾燥30min。
(3)採用12g質量分數為20％的Fe(NO3)3水溶液對步驟(2)乾燥後的鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為50℃，刻蝕時間為40s，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗3min，最後在60℃烘箱中乾燥30min，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結構。
(4)將步驟(3)乾燥後的鍍銀鋁合金浸漬於10g TBT溶液中20min，然後轉移至50mL去離子水中反應10min，最後在馬弗爐中於400℃下煅燒1h。其中，TBT溶液通過以下過程製得：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質量分數為3％，冰醋酸的質量分數為4％。
(5)將步驟(4)煅燒後的鍍銀鋁合金置於25mL鍍金液中在30℃下反應1h，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗15min，最後在60℃烘箱中乾燥30min，得到陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層。其中，鍍金液通過以下過程製備：將HAuCl4、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為11.5的鍍金液；其中，HAuCl4的濃度為4mmol/L，葡萄糖的濃度為8mmol/L。
實施例5
(1)依次採用50mL洗滌劑、去離子水、丙酮及乙醇對尺寸為長20mm，寬12mm，高1mm的鍍銀鋁合金進行超聲清洗，各15min。
(2)採用12g質量分數為30％的Fe(NO3)3水溶液對步驟(1)清洗後的鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為50℃，刻蝕時間為38s，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗3min，最後在70℃烘箱中乾燥30min。
(3)採用12g質量分數為30％的Fe(NO3)3水溶液對步驟(2)乾燥後的鍍銀鋁合金進行刻蝕，刻蝕溫度為55℃，刻蝕時間為38s，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗3min，最後在60℃烘箱中乾燥30min，在鍍銀鋁合金表面形成陷阱結構。
(4)將步驟(3)乾燥後的鍍銀鋁合金浸漬於10g TBT溶液中20min，然後轉移至50mL去離子水中反應10min，最後在馬弗爐中於300℃下煅燒1h。其中，TBT溶液通過以下過程製得：將TBT、冰醋酸和乙醇混合均勻，得到TBT溶液，其中，TBT溶液中TBT的質量分數為5％，冰醋酸的質量分數為4％。
(5)將步驟(4)處理後的鍍銀鋁合金置於25mL鍍金液中在35℃下反應1h，然後採用去離子水清洗鍍銀鋁合金並超聲清洗15min，最後在70℃烘箱中乾燥30min，得到陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層。其中，鍍金液通過以下過程製備：將HAuCl4、葡萄糖、無水碳酸鈉加入到水中，混合均勻，得到pH值為11.5的鍍金液；其中，HAuCl4的濃度為6mmol/L，葡萄糖的濃度為12mmol/L。
採用本發明的方法成功製備了陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層。從圖1可以看出，經過兩步溼化學刻蝕的鍍銀鋁合金表面出現顯著的陷阱結構，從圖2可以看出，TiO2薄膜由細小的TiO2顆粒構成，且該薄膜在陷阱結構銀表面實現了隨形沉積。從圖3可以看出，Au鍍層由尺寸均勻的Au顆粒構成，隨形沉積在陷阱結構表面。圖4為相同的兩步溼化學刻蝕工藝製備的4個鍍銀鋁合金樣品的SEY特性曲線，4個鍍銀鋁合金樣品分別命名為S-1、S-2、S-3和S-4，4個鍍銀鋁合金樣品的SEY均在1.3以下，表明兩步溼化學刻蝕法製備陷阱結構銀塗層的工藝穩定性較好。圖5為陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層放置6個月後，在其表面隨機取3個點測試的SEY，3個點分別命名為point 1、point 2和point 3，3個點的SEY均在1.2以下，表明陷阱結構Ag/TiO2/Au塗層覆蓋均勻，且環境穩定性好。