X射线荧光光谱法测定AZO中Al的质量分数

张红梅,张俊峰

(西北稀有金属材料研究院,宁夏石嘴山 753000)

X射线荧光光谱法测定AZO中Al的质量分数

张红梅,张俊峰

(西北稀有金属材料研究院,宁夏石嘴山 753000)

采用熔融玻璃片制样,建立了测定AZO中Al的X-射线荧光光谱分析方法。校准样品采用光谱纯ZnO和Al2O3按照一定比例进行磨匀的方法进行配制,保证了校准样品中Al元素含量的准确性。根据AZO中Al元素的荧光强度和含量所具有的对应关系,并考虑到各元素之间的吸收与激发效应,经过校正拟合出Al元素的实际工作曲线。方法用于AZO中Al的测定,结果与ICPAES法吻合,相对标准偏差(n=10)小于2%,完全能够满足生产的需要。

AZO;X-射线荧光光谱法;Al

透明导电氧化物(简称TCD)薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料,具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特征,广泛地应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。具有代表性的 In2O3:Sn(ITO)薄膜已得到了实际应用,靶材制备与成膜工艺已较为成熟,并形成产业化生产。近年来,新型透明导电ZnO:Al(AZO)具有与ITO薄膜相比拟的光电性能(可见光区高透射率和低电阻率),又因其价格较低以及在氢等离子体中的高稳定性等优点,已经成为替代昂贵的ITO薄膜的首选材料和当前透明导电薄膜领域的研究热点之一[1～4]。

由于Al浓度的大小对AZO薄膜结构和光电性能有影响[5,6],因此需建立相应的方法对Al元素含量进行测定。目前测定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,这些方法一般需要用酸或碱把AZO溶解,然后进行测定,前处理繁琐,耗时长。本文采用波长色散X-射线荧光光谱法(XRF)测定AZO中Al元素含量,选用熔融玻璃片制样法消除样品的颗粒和矿物效应,自配校准样品解决了标准样品缺乏的问题。该方法前处理简单,测定结果的相对标准偏差(n=10)小于2%,可用于AZO中Al元素的测定。

1 实验部分

1.1 仪器及测量条件

XRF-1700波长色散性X-射线荧光光谱仪(日本岛津公司):Rh靶,功率4kW;YYL—40型压片机(长春光学精密机械研究所);BL—F30系列冷却水装置(北京汉威公司);HMS-Ⅰ-M-XZ高频熔样仪(四川多林公司)。仪器的测量条件列于表1。

表1 仪器的测量条件

1.2 试剂与材料

ZnO粉:纯度＞99.99%;Al2O3粉:纯度＞99.99%;混合溶剂(洛阳特耐试验设备有限公司):优级纯,m(Li2B4O7)∶m(LiBO2)∶m(LiF)=45∶10∶5,使用前经600℃灼烧2 h;硝酸铵:优级纯;溴化锂溶液: 200 g/L;Pt/Au坩埚(Ф30 mm)。

1.3 试样制备

称取6.000 g混合溶剂、0.250 0 g试样、1.000 g硝酸铵于称量皿中混匀,完全转移至Pt/Au坩埚中,再加入5滴溴化锂溶液,放入1 050℃的半自动熔样炉中熔融,熔融过程中设定好的摆动程序进行摇匀, 10 min后倒入已预先预热2 min以上的铂黄模具中,冷却成型后,置于干燥器中备用。

1.4 校准样品的制备

用光谱纯ZnO粉、Al2O3粉按一定比例配制成一系列的标准点,研磨均匀。称取6.000 g混合溶剂、0.250 0 g标准点、1.000 g硝酸铵于称量皿中混匀,完全转移至Pt/Au坩埚中,再加入5滴溴化锂溶液,按照试样制备方法熔融成玻璃片。按上述方法配置10个校准样品

1.5 校准曲线的建立

将各标准点的Al含量值输入微机,以含量适中的校准样做试验,确定各元素峰值、2θ值和PHD值,确保各测定元素具有完整的峰形,且不受其他元素谱峰的干扰等必要参数后,测定并登录所有校准样的荧光强度。该系列标准样品成分列于表2。

表2 系列标准样品成分

2 结果与讨论

2.1 工作曲线拟合

Al元素的校准与校准曲线按公式(1)拟合。根据标准样品的分析结果计算回归方程,其结果列于表3。

式中:Wi为分析元素的标准值/%;Ii为需定量元素强度/kcps;Dj为共存元素对分析元素的吸收激发校正系数;Wj为共存元素的百分含量/%;Lj为共存元素对分析元素的重叠校正系数;b为斜率;c为截距;i为分析元素;j为共存元素;base为基体元素。

表3 AZO中Al的工作曲线

2.2 精密度实验

将不同的AZO样品按表1中的分析条件重复测量10次,将所得结果进行统计,结果列于表4。由表4可知,该仪器的稳定性、重复性都很好,完全能够满足生产要求。

表4 精密度实验(n=10) %

2.3 准确度实验

分别选用本方法和 ICP-AES法测定不同的AZO样品,结果列于表5。从表中可以看出,本方法的值和ICP-AES测得值基本吻合,偏差较小。

表5 分析结果比对 %

3 结 语

AZO成分较为稳定、简单,在保证实际样品和校准样品粒度一致情况下,工作曲线有很高准确度和可靠性。采用玻璃熔片法处理样品,相对ICP-AES方法,样品前处理简单。本方法也优于样品直接压片测试的方法,不仅消除了样品的颗粒和矿物效应,而且很好地避免由于样品不均而造成的分析误差。通过条件试验和样品的实际检测,表明采用熔融玻璃片法制样,X射线荧光光谱法测定AZO中Al的质量分数是可行的,并且具有操作简单、快速、准确的特点,完全满足AZO生产的质量控制。

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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

张红梅(1972-),女,高级工程师,主要从事氧化物陶瓷材料的研发工作。

2010-06-25