[發明專利]一種不銹鋼表面二氧化鈦納米管薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201310190524.7
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103290417A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 李秀燕;曹鈴;龐永峰;王鶴峰;唐賓
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C23F17/00
• 分類號: C23F17/00;C23C14/16;C23C14/38;C25D11/26
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 盧茂春

技術領域

????本發明一種不銹鋼表面二氧化鈦納米管薄膜的制備方法，屬于光催化材料制備技術領域，特別涉及一種在不銹鋼基體上制備高膜基結合強度銳鈦礦型TiO₂納米管薄膜的方法。

背景技術

不銹鋼具有機械強度高、耐腐蝕性能良好、易加工成型等優勢，除了被用于重工業，還被廣泛應用于廚具、辦公設備、醫療器械等領域。TiO₂是一種重要的光催化材料，屬于寬禁帶半導體，在紫外光的照射下可以表現出良好的光催化活性。如果對不銹鋼進行表面改性，在其表面形成TiO₂改性層，則可使其具備許多新型性能，如光催化自清潔性能、光催化殺菌性能等，從而使不銹鋼具有更加優異的使用性能。

與一般結構的TiO₂相比，TiO₂納米管具有更大的比表面積和更強的吸附能力，可以表現出更高的光電轉換效率和更好的光催化性能。2001年Grimes等首次報道了采用陽極氧化法制備TiO₂納米管陣列薄膜的方法（Titanium?oxide?nanotube?arrays?prepared?by?anodic?oxidation,?Journal?of?Materials?Research,?2001,?16(12):?3331-3334）。相對于其它的TiO₂納米管制備方法，如模板合成法、水熱合成法等，陽極氧化法具有工藝簡單、膜厚均勻且容易控制、成本低廉等優點。

目前，利用陽極氧化法制備的TiO₂納米管薄膜基本都是以鈦片為基材，只有個別公開的技術涉及到以不銹鋼為基材進行TiO₂納米管薄膜的制備，例如南京航空航天大學陶杰等發明的“二氧化鈦納米管復合電極的室溫制備方法”(中國專利CN200810123914.1)及發表的相關文章“Fast?fabrication?of?long?TiO₂?nanotube?array?with?high?photoelectrochemical?property?on?flexible?stainless?steel”（?Journal?of?Nanoscience?and?Nanotechnology，2012，12（3）：1852-1858）。該技術采用磁控濺射方法，在未加熱的基片上鍍Ti薄膜，然后陽極氧化Ti膜得到TiO₂納米管薄膜，基片可以是不銹鋼、鋁片、玻璃等。

本申請的發明人曾以不銹鋼為基體材料，先利用雙層輝光離子滲金屬技術在基體表面形成Ti的滲鍍層，再將之在氧氣中加熱，通過控制加熱溫度在適當范圍，則可在基體表面生成具有光催化性能的銳鈦礦型TiO₂薄膜。該技術公開在2007年太原理工大學碩士學位論文“不銹鋼表面TiO₂薄膜的制備及其性能研究”?和文章“不銹鋼基底上TiO₂薄膜的制備和結構分析”（太原理工大學學報，2008，39（1）：17-19）中。利用雙層輝光離子滲金屬技術形成的Ti滲鍍層由不銹鋼基體內的Ti擴散層和表面的Ti薄膜構成，擴散層中Ti的濃度由基體內至表面逐漸增大呈梯度分布，因此表面Ti薄膜與基體間有良好的結合強度，進而使得最終生成的TiO₂薄膜與不銹鋼基體間具有良好的結合強度。研究表明，上述方法制備的TiO₂薄膜存在結構致密、比表面積較小的問題。由于利用雙層輝光離子滲金屬技術滲Ti時，為保證滲速，不銹鋼基體溫度一般在800～1000?℃高溫范圍，形成的Ti薄膜具有高致密度，致使經過加熱氧化Ti薄膜形成的TiO₂薄膜具有致密度高、比表面積較小的不足。

發明內容

本發明一種不銹鋼表面TiO₂納米管薄膜的制備方法的目的在于：針對上述現有在不銹鋼基體表面制備光催化TiO₂薄膜技術存在的問題，提供一種在不銹鋼基體表面制備高膜基結合強度的銳鈦礦型TiO₂納米管薄膜的方法的技術方案。