一种将多晶银箔转变为高指数晶面银箔的退火方法与流程

1.本发明属于单晶高指数晶面银箔制备领域，具体来说，涉及到一种将多晶转变为高指数晶面的退火方法。


背景技术：

2.高指数晶面银箔已经在晶体外延生长、催化和热工程等领域得到了广泛的应用，而制备高指数晶面银箔一直是材料学研究的热点问题。此前，高指数晶面银箔的制备主要是通过切割提拉法生长的大块单晶金属锭(例如参考uecker，r et al.，j.cryst.growth.401，7
‑
24(2014))或通过外延生长在其他高指数非金属单晶表面后进行剥离(例如参考kelso，m.v et al.，j.am.chem.soc.140，15812
‑
15819(2018))。然而，通过切割单晶进金属锭形成高指数晶面银箔的方法需要较为苛刻的技术，难以大规模制备高指数晶面银箔。因此，有必要提供一种能够大规模制备大面积高指数晶面银箔的退火方法，来满足市场的需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种能够将多晶银箔转变为高指数单晶银箔的退火方法，能够满足目前材料、催化、表面等离激元光学领域对高指数单晶银箔的需求，并且有效地改善了多晶银箔的表面粗糙度，促进了晶粒生长形成大块晶粒。
4.为达到上述目的，本发明采用以下技术方法：
5.a.在空气氛围下，将多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，从室温开始以10～15℃/min的速度升温到330～340℃，保温6～8h，随后自然降温冷却；
6.b.将冷却样品取出后放入密封的退火炉石英管中，抽尽管内空气后，用氩氢体积比9∶1混合气体通入管中冲洗多次，确保石英管内无空气残留，进行快速退火处理；
7.c.从室温开始以10～15℃/min的速度升温到300～320℃并保温退火2～3h，随后自然冷却。
8.上述技术方案中，利用xrd测得的衍射峰应该处于约77.5度的位置。所述的步骤b中，氩氢体积比9∶1混合气体的流量为200～300sccm。所述的a和c过程中使用的退火炉为高频线圈感应加热。
9.有益效果
10.1、在快速退火步骤前，通过在空气氛围中退火形成氧化银表面层，预氧化处理在产生高指数晶面过程中起到了重要的作用。当银被氧化时，银的上下表面会被不同晶面取向的氧化银颗粒覆盖，从而消除了随后快速退火产生的晶粒异常长大效应过程中表面能的影响，避免了形成最低表面能(111)晶面；
11.2、快速退火步骤工艺是在氩氢混合气体氛围下进行的，由于预氧化过程在晶界中引入了大量的氧气，晶界中大量的氧将作为钉扎中心，降低退火过程中的晶界迁移。退火过程中氢气的引入可以有效地除去银箔中的氧气，加速晶粒的异常长大；
12.采用本发明的退火工艺，能有效的将多晶银箔转化为高指数晶面单晶银箔，并且有效地改善了多晶银箔的表面粗糙度。
附图说明
13.图1是本发明工艺的示意图；
14.图2是对于实施例1至实施例4多晶银箔，不同于本发明方法退火条件处理后的样品及本征样品的银箔x射线衍射分析；
15.图3是对于实施例5至实施例11多晶银箔，不同于本发明方法退火条件处理后的样品及本征样品的银箔x射线衍射分析；
16.图4是对于同一批中多晶银箔，经本发明方法退火条件处理后的样品及本征样品的银箔x射线衍射分析；
17.图5是样品表面xps分析，经本发明方法步骤1处理后形成表面银层的xps分析；
18.图6是样品表面xps分析，经本发明方法步骤1处理后形成表面氧化层的xps分析；
19.图7是样品表面粗糙度sem图，经本发明方法退火条件处理前糙度表征
20.图8是样品表面粗糙度sem图，经本发明方法退火条件处理后糙度表征
21.具体实施方法
22.以下将参照附图中的退火工艺曲线来详细描述，并通过对比其他退火参数进行校对：
23.实施例1
24.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，仅在空气氛围下从室温开始以10℃/min的速度升温到350℃，保温3h，随后自然降温冷却；
25.实施例2
26.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，抽尽管内空气后，用氢气通入管中冲洗三次，确保石英管内无空气残留，仅在氢气氛围下从室温开始以10℃/min的速度升温到850℃，保温3h，随后自然降温冷却；
27.实施例3
28.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，仅在空气氛围下，从室温开始以10℃/min的速度升温到300℃，保温6h，随后自然降温冷却；
29.实施例4
30.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，仅在空气氛围下，从室温开始以15℃/min的速度升温到350℃，保温6h，随后自然降温冷却；
31.实施例5
32.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，抽尽管内空气后，用氢气通入管中冲洗三次，确保石英管内无空气残留，仅在氢气氛围下从室温开始以15℃/min的速度升温到900℃，保温3h，随后自然降温冷却；
33.实施例6
34.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，仅在空气氛围下，从室温开始以15℃/min的速度升温到900℃，保温3h，随后自然降温冷却；
35.实施例7
36.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，仅在空气氛围下，从室温开始以15℃/min的速度升温到700℃，保温3h，随后自然降温冷却；
37.实施例8
38.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，仅在空气氛围下，从室温开始以15℃/min的速度升温到500℃，保温3h，随后自然降温冷却；
39.实施例9
40.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，仅在空气氛围下，从室温开始以15℃/min的速度升温到300℃，保温3h，随后自然降温冷却；
41.实施例10
42.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，从室温开始以10℃/min的速度升温到340℃，保温6h，随后自然降温冷却；
43.将冷却样品取出后放入密封的退火炉石英管中，抽尽管内空气后，用氩氢体积比9∶1混合气体通入管中冲洗三次，确保石英管内无空气残留，进行快速退火处理；
44.从室温开始以10℃/min的速度升温到300℃并保温退火2h，随后自然冷却；
45.实施例11
46.将商业购买纯度99.9％、厚度0.025mm的多晶银箔装入开口的退火炉石英管中，从室温开始以10℃/min的速度升温到330℃，保温8h，随后自然降温冷却；
47.将冷却样品取出后放入密封的退火炉石英管中，抽尽管内空气后，用氩氢体积比9∶1混合气体通入管中冲洗三次，确保石英管内无空气残留，进行快速退火处理；
48.从室温开始以10℃/min的速度升温到300℃并保温退火2h，随后自然冷却；
49.通过对比xrd表征可知：初始样品、实施例1、2、3、4、5、7、8和9样品(图2)与经本发明方法退火条件处理后的实施例10、11(图3)对比证明，不仅将原有的多晶银箔转变为单一高指数银箔，而且大大降低了表面粗糙度。
50.图2的图示分别为标准峰、初始样品、实施例1、2、3、4、5、7、8和9样品，所用靶材为铜靶，xrd型号为x
‑
tra，制造公司美国赛默飞世尔科技有限公司；图3所用靶材为铜靶，xrd型号为x
‑
tra，制造公司美国赛默飞世尔科技有限公司。
51.图4是样品表面xps分析，经本发明方法步骤1处理后形成表面氧化层的xps分析，所用xps型号为phi5000 versaprobe，制造公司日本ulvac
‑
phi公司；
52.通过对比sem表征可知：初始样品与经本发明方法退火条件处理后样品(图5)对比证明，不仅将原有的多晶银箔转变为单一高指数银箔，而且大大降低了表面粗糙度。图5是样品表面粗糙度sem图，经本发明方法退火条件处理前后糙度表征，所用sem型号为s
‑
3400n，制造公司日本japan hitachi公司。