硝酸鈰銨溶膠 - 凝膠法制備 CeO? 薄膜工藝

一、原料與配比（常用配方）

• 硝酸鈰銨 (NH?)?Ce (NO?)?：鈰源
• 溶劑：乙醇 / 乙二醇單甲醚（無水更佳）
• 穩定劑 / 抑制劑：乙酰丙酮（AcAc）或檸檬酸
• 水：少量去離子水（促進水解）

二、溶膠配制步驟（標準流程）

1. 溶劑準備

   量取無水乙醇，置于燒杯中，室溫攪拌。
2. 溶解硝酸鈰銨

   緩慢加入硝酸鈰銨，磁力攪拌至完全透明溶解，無顆粒、無渾濁。

   CAN 水溶性、醇溶性都很好，溶解很快。
3. 加入穩定劑（關鍵）

   滴加乙酰丙酮，攪拌 10～20 min。

   作用：抑制過快水解、防止沉淀、使膜更均勻致密。
4. 緩慢加水水解

   逐滴加入少量去離子水，繼續攪拌 30～60 min。

   體系會從透明→微乳白→重新透明，形成穩定溶膠。
5. 陳化（老化）

   密封靜置 12～24 h，使水解縮聚充分完成，溶膠更穩定。

   合格溶膠：透明或微黃色、無沉淀、流動性好、可長期存放。

三、鍍膜方式（任選一種）

1. 浸漬提拉法（最常用、均勻性好）

• 速度：1～10 mm/s
• 提拉后在空氣中停留 30～60 s，讓溶劑揮發形成凝膠膜
• 可多層鍍膜（2～5 層）提高厚度

2. 旋涂法（適合玻璃片、硅片）

• 低速甩膠：500～800 rpm，5～10 s
• 高速成膜：2000～4000 rpm，20～30 s
• 膜厚均勻，適合小尺寸樣品

3. 噴涂法（適合大面積玻璃）

• 噴槍霧化，距離 15～25 cm
• 預熱基板 60～80℃，防止流掛

四、干燥與熱處理（核心步驟）

1. 預干燥

• 溫度：60～100℃
• 時間：10～30 min
• 目的：除去溶劑、水分，形成致密凝膠膜

2. 中溫分解

• 溫度：200～300℃
• 時間：15～30 min
• 反應：硝酸根、銨根、有機配體分解，放出 NO?、CO?、H?O

3. 高溫晶化（形成 CeO? 薄膜）

• 溫度：400～600℃
• 時間：30～60 min
• 升溫速率：2～5℃/min，避免過快導致膜開裂
• 氣氛：空氣即可

500℃左右即可獲得螢石結構 CeO? 多晶薄膜，結晶良好、折射率高、減反射效果佳。

五、膜層典型性能

• 厚度：單層 40～80 nm，多層可達 150～300 nm
• 折射率：1.9～2.1
• 透光率：可見光區 85%～95%
• 反射率：可降至 1.5%～3%
• 結構：螢石型 CeO? 納米晶
• 硬度：高，耐磨、耐刮、耐酸堿