[發(fā)明專利]高比表面二氧化鈦薄膜的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010577620.3
• 申請日: 2010-12-03
• 公開（公告）號: CN102041477A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳韜;方燕翎;王琦;丁靚
• 申請（專利權(quán)）人: 吳韜
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/34
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜的制備方法，尤其涉及一種高比表面二氧化鈦薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

二氧化鈦俗稱“鈦白粉”，是一種重要的白色無機涂料，由于其具有優(yōu)越的白度、著色力、遮蓋力、耐候性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性以及安全性，被廣泛用于涂料、塑料、橡膠、油墨、紙張、化纖、陶瓷、日化、醫(yī)藥和食品等行業(yè)。隨著納米材料的表面效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀體積效應(yīng)等特殊性能的發(fā)現(xiàn)和闡明，二氧化鈦納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。

高比表面的二氧化鈦薄膜具有優(yōu)越的應(yīng)用性能，如增強二氧化鈦薄膜的殺菌作用、催化作用等；還原性或非氧化性的氧化鈦還能夠應(yīng)用在醫(yī)學(xué)護(hù)理等相關(guān)行業(yè)中，比如在人造牙、骨等材料表面制備高致密度、高比表面的非氧化性氧化鈦層，可以增加其生物親和性，使骨架與新生組織連接更為緊密；此外，高比表面的二氧化鈦薄膜的光催化活性、殺菌性能很高，可用于室內(nèi)污染物降解和廚房、衛(wèi)浴設(shè)備制造，以及公共設(shè)施、醫(yī)療設(shè)備的表面處理等領(lǐng)域。

同時，具有高比表面的二氧化鈦薄膜材料在染料敏化太陽能電池(DSSC)領(lǐng)域中的應(yīng)用倍受關(guān)注。染料敏化太陽能電池多由納米二氧化鈦半導(dǎo)體層、染料、電解質(zhì)及對電極組成，通過將染料吸附在二氧化鈦薄膜上，太陽光激發(fā)染料從基態(tài)變?yōu)檠趸瘧B(tài)，染料失去的一個電子轉(zhuǎn)移到二氧化鈦導(dǎo)帶上，電子通過二氧化鈦層傳輸?shù)綄?dǎo)電玻璃層后進(jìn)入外電路。為了提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，要求半導(dǎo)體層能吸附大量的染料分子以增加電子的產(chǎn)生量，因而分散度高、分布均勻、比表面積大的二氧化鈦薄膜層更具競爭優(yōu)勢。實際應(yīng)用中，二氧化鈦吸附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性也將影響到電子的輸運行為。制備比表面積大、厚度與致密度可調(diào)、氧化還原性可控的二氧化鈦薄膜有利于調(diào)控染料的吸附及電子的輸運。

目前用于太陽能電池等器件、產(chǎn)品中的二氧化鈦薄膜主要使用印刷、陽極氧化等方法制備。印刷法步驟較簡單，但在大規(guī)模生產(chǎn)中材料的一致性難以得到保證，缺陷較多，限制了該技術(shù)在大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用，尤其是對大面積DSSC的應(yīng)用開發(fā)；同時，制備的薄膜容易開裂，厚度多在10μm以上，不利于電子的傳遞。陽極氧化法是以純鈦板作犧牲陽極，惰性物質(zhì)(如鋼板、Pt等)作陰極，酸性溶液作電解質(zhì)，通過電流沉積二氧化鈦薄膜，此方法有以下缺點：(1)二氧化鈦膜層受電解液的pH值影響很大，工藝要求較高；(2)制得的薄膜受電流大小的影響，達(dá)到一定電流時二氧化鈦膜易破裂，降低了其成品率和生產(chǎn)效率；此外其美觀度、對外形復(fù)雜基材的適用度也受到較大限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝簡單、成本低，有利于大規(guī)模生產(chǎn)的高比表面二氧化鈦薄膜的制備方法。

一種高比表面二氧化鈦薄膜的制備方法的步驟如下：

1)超聲波條件下依次用有機溶劑和去離子水清洗基材，干燥；

2)基材用篩網(wǎng)遮擋，放入濺射反應(yīng)室中，抽真空，加熱，先以金屬鋅為靶材，通入工作氣，壓強控制在0.5～2.0Pa，在基材上濺射生長單質(zhì)鋅薄膜；然后將篩網(wǎng)去除，以金屬鈦為靶材，通入反應(yīng)氣體，壓強控制在0.5～2.0Pa，在單質(zhì)鋅薄膜上濺射生長氧化鈦薄膜，以此交替重復(fù)多次，得到單質(zhì)鋅和氧化鈦的疊層復(fù)合膜；

3)將單質(zhì)鋅和氧化鈦的疊層復(fù)合膜在1×10^-6～1×10^-1mol/L酸液中浸泡，干燥，得到高比表面的二氧化鈦薄膜。

所述的以此交替重復(fù)多次，得到單質(zhì)鋅和鈦氧化物的疊層復(fù)合膜中，每鍍一定層數(shù)的疊層復(fù)合膜，用酸液除去鋅單質(zhì)。

另一種高比表面二氧化鈦薄膜的制備方法的步驟如下：

1)超聲波條件下依次用有機溶劑和去離子水清洗基材，干燥；

2)基材用篩網(wǎng)遮擋，放入濺射反應(yīng)室中，抽真空，加熱，以金屬鋅為靶材，通入反應(yīng)氣體和工作氣體，壓強控制在0.5～2.0Pa，在基材上濺射生長氧化鋅薄膜，然后將篩網(wǎng)去除，以金屬鈦為靶材，在氧化鋅薄膜上濺射生長氧化鈦薄膜，以此交替重復(fù)多次，得到氧化鋅和氧化鈦疊層復(fù)合膜；

3)將氧化鋅和氧化鈦疊層復(fù)合膜在1×10^-6～1×10^-1mol/L的酸液中浸泡，干燥，得到高比表面的二氧化鈦薄膜。

所述的以此交替重復(fù)多次，得到氧化鋅和氧化鈦疊層復(fù)合膜中，每鍍一定層數(shù)的疊層復(fù)合膜，用酸液除去氧化鋅。

還有一種高比表面二氧化鈦薄膜的制備方法的步驟如下：

1)超聲波條件下依次用有機溶劑和去離子水清洗基材，干燥；