[發明專利]二氧化鈦多孔薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201010206483.2
• 申請日: 2010-06-22
• 公開（公告）號: CN101886249A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 吳韜;方燕翎;王琦;丁靚
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及金屬氧化物多孔膜的制備方法，尤其是二氧化鈦多孔膜的制備方法。

背景技術

二氧化鈦多孔膜可以用于眾多領域，如增強二氧化鈦薄膜的殺菌作用、催化作用等。還能夠應用在醫學護理相關行業中，比如在人造骨架上鍍一層多孔的二氧化鈦層，可以使骨架與新生組織連接更為緊密，并且可以增加人造骨架的生物親和性。此外，二氧化鈦多孔薄膜的擴散性能和光催化活性很高，可望用于催化劑制造、污物降解和能源等領域。

而具備可調孔道的二氧化鈦多孔薄膜材料在染料敏化太陽能電池領域中的應用相當受關注。在第三代太陽能電池領域中，大量使用的二氧化鈦多孔膜具有顆粒小、分散度高、分布均勻、表面積大的性質，通過將染料化學吸附在多孔的二氧化鈦多孔薄膜上，太陽光激發染料從基態變為氧化態，染料失去的一個電子進入到二氧化鈦層，通過二氧化鈦層的運輸到導電層后進入外電路。在應用中，二氧化鈦吸附的染料的多少將直接影響到外電路電流的大小，而二氧化鈦層的厚度和致密度也將影響到電子的輸運行為。制備多孔的、厚度與致密度可調的二氧化鈦薄膜將有利于調控染料的吸附及電子輸運。

目前用于太陽能電池中的二氧化鈦多孔膜多使用blade、印刷(print)和陽極氧化的方法制備。blade和印刷(print)這兩種制備方法步驟較簡單，但在大規模生產中材料的一致性無法得到保證，缺陷較多，大大限制了該技術在大規模生產中的應用，同時，制備所得的膜多容易開裂，厚度多在10微米以上，不利于電子的傳遞；陽極氧化的方法是：用鈦板作為陽極，惰性物質(如鋼板、Pt等)作為陰極，酸性溶液作為電解質，然后接通電流沉積二氧化鈦多孔膜，此方法有以下缺陷：(1)二氧化鈦多孔膜受電解液的pH值影響很大，工藝要求較高；(2)制得的膜直接受電流大小影響，達到一定電流值時二氧化鈦膜會破裂，大大降低其工業生產效率；

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本，工藝簡單，利于大規模生產的二氧化鈦多孔薄膜的制備方法。

本發明的二氧化鈦多孔薄膜的制備方法，采用的是磁控濺射法，具體有以下三種技術方案。

方案1

二氧化鈦多孔薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)超聲波條件下用有機溶劑和去離子水清洗基材，干燥；

2)磁控濺射反應室真空度抽到至少10^-3Pa，加熱基材，使基材溫度為20～250℃，通入反應氣體，以金屬鋅為靶材，惰性氣體為工作氣，在0.5～2.0Pa壓強下，濺射生長氧化鋅薄膜；然后以金屬鈦為靶材，在氧化鋅薄膜上濺射生長氧化鈦薄膜，得到鋅氧化物和鈦氧化物復合膜層；

3)將鋅氧化物和鈦氧化物復合膜層在0.001～1mol/L酸液中浸泡0.5～30分鐘取出，干燥，得到二氧化鈦多孔膜。

方案2

二氧化鈦多孔薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)超聲波條件下用有機溶劑和去離子水清洗基材，干燥；

2)磁控濺射反應室真空度抽到至少10^-3Pa，加熱基材，使基材溫度為20～250℃，通入反應氣體，以金屬鋅和金屬鈦為靶材，惰性氣體為工作氣，在0.5～2.0Pa壓強下，在基材上濺射生長鋅氧化物和鈦氧化物，鋅氧化物和鈦氧化物互相摻雜，得到鋅氧化物和鈦氧化物復合膜層；

3)將鋅氧化物和鈦氧化物復合膜層在0.001～1mol/L酸液中浸泡0.5～30分鐘取出，干燥，得到二氧化鈦多孔膜。

方案3

二氧化鈦多孔薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)超聲波條件下用有機溶劑和去離子水清洗基材，干燥；

2)磁控濺射反應室真空度抽到至少10^-3Pa，加熱基材，使基材溫度為20～250℃，通入反應氣體，以金屬鋅和金屬鈦為靶材，惰性氣體為工作氣，在0.5～2.0Pa壓強下，在基材上濺射生長鋅氧化物和鈦氧化物，鋅氧化物和鈦氧化物互相摻雜，得到鋅氧化物和鈦氧化物復合膜層；然后以金屬鈦為靶材，在鋅氧化物和鈦氧化物復合膜層上濺射生長氧化鈦薄膜；

3)將步驟2)制得的復合膜層在0.001～1mol/L酸液中浸泡0.5～30分鐘取出，干燥，得到二氧化鈦多孔膜。

上述三種制備過程中，鋅氧化物和鈦氧化物復合膜層的厚度可以由濺射時間決定。

三種制備方案中，步驟1)中所說的有機溶劑為丙酮、氯仿和乙醇中的至少一種。

所說的基材可以是FTO導電玻璃、ITO導電玻璃、陶瓷，聚乙烯、聚苯乙烯或無紡布。