X射線熒光光譜法測定AZO中Al的質量分數

張紅梅,張俊峰

(西北稀有金屬材料研究院,寧夏石嘴山 753000)

X射線熒光光譜法測定AZO中Al的質量分數

張紅梅,張俊峰

(西北稀有金屬材料研究院,寧夏石嘴山 753000)

采用熔融玻璃片制樣,建立了測定AZO中Al的X-射線熒光光譜分析方法。校準樣品采用光譜純ZnO和Al2O3按照一定比例進行磨勻的方法進行配制,保證了校準樣品中Al元素含量的準確性。根據AZO中Al元素的熒光強度和含量所具有的對應關系,并考慮到各元素之間的吸收與激發效應,經過校正擬合出Al元素的實際工作曲線。方法用于AZO中Al的測定,結果與ICPAES法吻合,相對標準偏差(n=10)小于2%,完全能夠滿足生產的需要。

AZO;X-射線熒光光譜法;Al

透明導電氧化物(簡稱TCD)薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其復合多元氧化物薄膜材料,具有禁帶寬、可見光譜區光透射率高和電阻率低等共同光電特征,廣泛地應用于太陽能電池、平面顯示、特殊功能窗口涂層及其他光電器件領域。具有代表性的 In2O3:Sn(ITO)薄膜已得到了實際應用,靶材制備與成膜工藝已較為成熟,并形成產業化生產。近年來,新型透明導電ZnO:Al(AZO)具有與ITO薄膜相比擬的光電性能(可見光區高透射率和低電阻率),又因其價格較低以及在氫等離子體中的高穩定性等優點,已經成為替代昂貴的ITO薄膜的首選材料和當前透明導電薄膜領域的研究熱點之一[1～4]。

由于Al濃度的大小對AZO薄膜結構和光電性能有影響[5,6],因此需建立相應的方法對Al元素含量進行測定。目前測定Al元素含量的方法主要有容量法[7,8]、比色法[9]和 ICP-AES法[10,11]等,這些方法一般需要用酸或堿把AZO溶解,然后進行測定,前處理繁瑣,耗時長。本文采用波長色散X-射線熒光光譜法(XRF)測定AZO中Al元素含量,選用熔融玻璃片制樣法消除樣品的顆粒和礦物效應,自配校準樣品解決了標準樣品缺乏的問題。該方法前處理簡單,測定結果的相對標準偏差(n=10)小于2%,可用于AZO中Al元素的測定。

1 實驗部分

1.1 儀器及測量條件

XRF-1700波長色散性X-射線熒光光譜儀(日本島津公司):Rh靶,功率4kW;YYL—40型壓片機(長春光學精密機械研究所);BL—F30系列冷卻水裝置(北京漢威公司);HMS-Ⅰ-M-XZ高頻熔樣儀(四川多林公司)。儀器的測量條件列于表1。

表1 儀器的測量條件

1.2 試劑與材料

ZnO粉:純度＞99.99%;Al2O3粉:純度＞99.99%;混合溶劑(洛陽特耐試驗設備有限公司):優級純,m(Li2B4O7)∶m(LiBO2)∶m(LiF)=45∶10∶5,使用前經600℃灼燒2 h;硝酸銨:優級純;溴化鋰溶液: 200 g/L;Pt/Au坩堝(Ф30 mm)。

1.3 試樣制備

稱取6.000 g混合溶劑、0.250 0 g試樣、1.000 g硝酸銨于稱量皿中混勻,完全轉移至Pt/Au坩堝中,再加入5滴溴化鋰溶液,放入1 050℃的半自動熔樣爐中熔融,熔融過程中設定好的擺動程序進行搖勻, 10 min后倒入已預先預熱2 min以上的鉑黃模具中,冷卻成型后,置于干燥器中備用。

1.4 校準樣品的制備

用光譜純ZnO粉、Al2O3粉按一定比例配制成一系列的標準點,研磨均勻。稱取6.000 g混合溶劑、0.250 0 g標準點、1.000 g硝酸銨于稱量皿中混勻,完全轉移至Pt/Au坩堝中,再加入5滴溴化鋰溶液,按照試樣制備方法熔融成玻璃片。按上述方法配置10個校準樣品

1.5 校準曲線的建立

將各標準點的Al含量值輸入微機,以含量適中的校準樣做試驗,確定各元素峰值、2θ值和PHD值,確保各測定元素具有完整的峰形,且不受其他元素譜峰的干擾等必要參數后,測定并登錄所有校準樣的熒光強度。該系列標準樣品成分列于表2。

表2 系列標準樣品成分

2 結果與討論

2.1 工作曲線擬合

Al元素的校準與校準曲線按公式(1)擬合。根據標準樣品的分析結果計算回歸方程,其結果列于表3。

式中:Wi為分析元素的標準值/%;Ii為需定量元素強度/kcps;Dj為共存元素對分析元素的吸收激發校正系數;Wj為共存元素的百分含量/%;Lj為共存元素對分析元素的重疊校正系數;b為斜率;c為截距;i為分析元素;j為共存元素;base為基體元素。

表3 AZO中Al的工作曲線

2.2 精密度實驗

將不同的AZO樣品按表1中的分析條件重復測量10次,將所得結果進行統計,結果列于表4。由表4可知,該儀器的穩定性、重復性都很好,完全能夠滿足生產要求。

表4 精密度實驗(n=10) %

2.3 準確度實驗

分別選用本方法和 ICP-AES法測定不同的AZO樣品,結果列于表5。從表中可以看出,本方法的值和ICP-AES測得值基本吻合,偏差較小。

表5 分析結果比對 %

3 結 語

AZO成分較為穩定、簡單,在保證實際樣品和校準樣品粒度一致情況下,工作曲線有很高準確度和可靠性。采用玻璃熔片法處理樣品,相對ICP-AES方法,樣品前處理簡單。本方法也優于樣品直接壓片測試的方法,不僅消除了樣品的顆粒和礦物效應,而且很好地避免由于樣品不均而造成的分析誤差。通過條件試驗和樣品的實際檢測,表明采用熔融玻璃片法制樣,X射線熒光光譜法測定AZO中Al的質量分數是可行的,并且具有操作簡單、快速、準確的特點,完全滿足AZO生產的質量控制。

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Determination of Al Contents in AZO Materials with X-ray Fluorescence Spectrometry

ZHANGHong-mei,ZHANGJun-feng

(Northwest Rare Metal Materials Research Institute,Shizuishan753000,China)

The method of determining Al Contents in AZO materials with X-ray fluorescence spectrometry were established.The samples were prepared with molten glass sample preparation.The calibration samples were made by grinding and mixing ZnO powders and Al2O3powders of spectrum pure in accordance with a certain proportion which is matched with the proportion of the determined samples.Based on the correspondence relation between absolute fluorescence intensity and elementary mass fraction,as well as the effects of absorption and excitation among different elements,the correction equations were chosen to fit the actual working curves of Al in AZO materials.The relative standand deviation of the method is less than 2%.The results show good consistency with the results determined by ICP-AES method.

AZO;X-ray fluorescence spectrometry;Al

O434.1

A

1003-5540(2010)04-0065-03

張紅梅(1972-),女,高級工程師,主要從事氧化物陶瓷材料的研發工作。

2010-06-25