论文总字数：20698字

摘 要

作为一种性能优良的功能材料，氧化铝薄膜不断被应用于电子、光电子领域等。本文基于国内外氧化铝薄膜的一些发展现状，归纳了氧化铝薄膜的制备方法和性能特点。

通过Cr³ 离子掺杂Al₂O₃膜层材料的Sol-Gel制备工艺设计，参考已有文献对该法制备氧化铝薄膜工艺参数的研究，探讨了异丙醇铝的浓度、胶溶剂、溶液的pH、水解温度、陈化和热处理温度对溶胶和薄膜质量的影响。异丙醇铝的浓度在0.6-0.9mol/L时，溶胶表现出的性能较好；胶溶剂选用酸性较强的盐酸、硝酸并将pH控制在2.0-3.5对制备有利；提高水解时环境温度有利于反应的正向进行，但温度不能太高，水解温度在80-90℃比较合适；陈化的目的是将颗粒的分散均匀，使溶液性质稳定，提高温度将会加快陈化速度；热处理温度控制在550-600℃，有利于薄膜在衬底表面附着成型。

薄膜的发光强度先是随着铬离子浓度的增大而增强，在达到0.5mol/L时强度最高，之后随着浓度升高而降低降低，这与浓度猝灭有关。在制备薄膜时氧空位的产生会使得薄膜样品发光强度提高，这与生成F 心和F心有关。低浓度时增加铬离子掺杂的含量能促进F 心和F心的生成，而高浓度的铬离子则会抑制这一反应的进行。

关键词：溶胶凝胶法；氧化铝薄膜；铬离子；工艺参数；发光性能。

Abstract

As a functional material with excellent performance, alumina films are constantly being used in the fields of electronics and optoelectronics. This article summarizes the preparation methods and performance characteristics of alumina films based on the current development status of alumina films at home and abroad.

Through the Sol-Gel preparation process design of Al₂O₃ film material doped with Cr³ ions and referring to the existing literature on the process parameters of the preparation of aluminum oxide film, the concentration of aluminum isopropoxide, peptizer, solution pH, hydrolysis , the influence of temperature, aging and heat treatment temperature on the quality of sol and film was discussed. When the concentration of aluminum isopropoxide is 0.6-0.9mol / L, the sol exhibits better performance. The use of strong acidic hydrochloric acid and nitric acid as the peptizer and the pH control of 2.0-3.5 are beneficial to the preparation. Higher temperature during hydrolysis is conducive to the positive reaction of the reaction, but the temperature can not be too high, the hydrolysis temperature is more suitable at 80-90℃. The purpose of aging is to disperse the particles uniformly, so that the solution properties are stable, and increasing the temperature will accelerate the aging rate; The temperature is controlled at 550-600℃, which is conducive to the attachment of the film on the substrate surface.

The luminescence performance of the film first increased with the increase of chromium ion concentration, and reached the highest intensity when it reached 0.5mol/L, and then decreased with the increase of concentration, which was related to the concentration quenching. The generation of oxygen vacancies during film preparation will increase the luminous intensity of the film sample, which is related to the generation of F and F centers. At a low concentration, increasing the content of chromium ion doping can promote the formation of F and F cores, while high concentration of chromium ions will inhibit this reaction.

Key Words：Sol-gel method; alumina film; chromium ion; process parameters; luminescence properties.

目 录

封 面 I

摘 要 III

Abstract III

第一章 绪论 1

1.1 薄膜发光材料 1

1.2 氧化铝薄膜材料 1

1.2.1 氧化铝薄膜的应用 1

1.2.2 氧化铝薄膜光学性质的研究进展 2

1.2.3 掺杂Cr³ 的氧化铝薄膜的光学性能的研究进展 3

1.3 Al₂O₃膜层材料的制备 3

1.3.1 制备Al₂O₃膜层材料的基本方法 3

1.3.2 溶胶-凝胶工艺的基本原理 4

1.3.3 溶胶凝胶工艺过程 5

1.3.4 溶胶-凝胶法制备工艺对膜层质量的影响 6

1.4 本课题的提出与主要内容 7

1.4.1 本课题的目的及意义 7

1.4.2 主要研究内容 8

第二章 实验设计 9

2.1 氧化铝薄膜的制备 9

2.2 实验材料和仪器 9

2.3 样品的测试方法 9

第三章 工艺参数对膜层质量的影响 11

3.1 制备条件对氧化铝溶胶稳定性的影响 11

3.2 水解温度对膜层质量的影响 12

3.3 陈化对薄膜质量的影响 12

3.4 热处理温度对膜层质量的影响 13

第四章 溶胶组成及热处理工艺对膜层材料发光性能的影响 15

4.1 膜层组成及热处理工艺对发光性能的影响 15

4.1.1 Cr³ 浓度对发光性能的影响 15

4.1.2 紫外可见光谱分析 15

4.1.3 热处理工艺对膜层材料发光性能的影响 17

第5章 结 论 21

参考文献 22

致 谢 24

第一章 绪论

1.1 薄膜发光材料

随着社会的进步，科学的不断发展，功能材料的制备技术和性能也不断的提高，薄膜发光材料就是一种光电功能材料。二十一世纪，是信息、计算机、自动化、航天航空技术高速发展的时代，光电功能材料有着广泛的应用，为了提高光能的利用率，满足科学研究和实践应用，需要有高性能、稳定性好的材料与之相适应，科学家对这种材料的研究热度也不断升高。

无机薄膜发光材料在之前的研究中主要是在基质中掺杂稀土离子来达到其发光性能。稀土荧光材料的卓越性能和潜在价值都增进了研究者们对它的热情。而近十几年来，掺杂Al₂O₃薄膜的研究引起了人们的注意，因为它可以提高活性离子的荧光效率，并具有较高的化学耐久性和机械强度可用于不同的技术领域。目前所报道的掺杂离子主要集中在稀土元素(Eu³ ,Tb³ 等)和某些过渡金属离子制备的工艺更简、化学稳定性好，受到了更多科研工作者的青睐^[1]。

制备这种发光材料的方式有许多种，不同的工艺参数的设置会直接影响到其发光性能，应用领域的不同性能所需也不同，找到合适的制备工艺和工艺参数将大大提高制备的效率和质量。例如应用于农业的转光膜需要有效提高光的利用率，提高作物的产量以解决人口温饱问题。转光膜是一类将对光合作用无用的紫外光转为红蓝光的功能性光学薄膜，在制备时就需要注意降低生产成本和提升安全性、发光效率等。

1.2 氧化铝薄膜材料

1.2.1 氧化铝薄膜的应用

Al₂O₃薄膜在光学性能上有着优异的表现，如较高的透射比、折射率低、透明的区域光谱范围较宽，有很大的应用前景。

请支付后下载全文，论文总字数：20698字