[發明專利]一種制備二氧化鈦微孔薄膜的方法

有效

• 申請號: 201510067121.2
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104591271A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 龐廣生;劉旭;焦世惠;李璐
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發明屬于無機材料制備工藝的技術領域，提供一種制備二氧化鈦微孔薄膜的方法。

背景技術

二氧化鈦薄膜具有其它材料無法比擬的光電轉換和電荷傳輸特性。它的介電常數ε較高，絕緣性能好；化學性能穩定，在紫外線的照射下能夠發生光催化反應；具有良好的生物相容性；親水親油的雙親特性。因此，二氧化鈦薄膜在電子領域、光學領域、生物醫學領域、環境保護領域以及殺菌消毒領域等均具有廣泛的應用前景。如Craig?A.Grimes等人在導電玻璃上生長的二氧化鈦薄膜應用于染料敏化太陽能電池上，該薄膜透明，其厚度僅為360nm，但光電轉換效率可達2.9％(Nano?Lett.,2006,6,215-218)。江雷等人報道的二氧化鈦薄膜，在紫外光的照射下可以實現超親水和超疏水之間的轉換(Angew.Chem.Int.Ed.,2005,44,5115-5118)。

對于二氧化鈦薄膜的制備方法，公開報道的專利中有使用濺射法先得到鈦膜，之后采用電化學氧化或加熱氧化得到二氧化鈦薄膜的方法，如中國專利CN1467305A和CN1587152A；或者對金屬鈦直接氧化制得二氧化鈦薄膜，如中國專利CN1473649A、CN1544684A和CN101187021A等。也有采用浸漬提拉或旋轉涂布的方法在基底上鍍膜得到二氧化鈦薄膜，但是在前驅體溶膠的制備過程中多使用模板劑、造孔劑等增加了生產成本，如中國專利CN101792178A、CN101367035、CN101783245A和CN101385967A等。中國專利CN103949233A公開報道了使用二氧化鈦粉體分散于水中超聲得到納米二氧化鈦膠體溶液，將需要鍍膜的陶瓷電極材料放入其中，最后制得二氧化鈦薄膜的方法。但是在該專利中使用的陶瓷電極材料制作復雜，且該方法不能有效地控制二氧化鈦薄膜的厚度。中國專利CN103833074A公開了以鈦酸四丁酯和濃鹽酸作為反應物，在混合溶劑中回流條件下得到了粒徑小于5nm的銳鈦礦相二氧化鈦納米粒子。

本發明以上述二氧化鈦納米粒子為前驅物，制備納米二氧化鈦分散液，不使用任何模板劑、造孔劑等添加劑，由二氧化鈦納米粒子自組裝形成二氧化鈦微孔薄膜，該薄膜厚度可控，且具有微孔結構，有廣闊的生產、應用前景。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種制備二氧化鈦微孔薄膜的方法，使用高濃度的納米二氧化鈦分散液，將其在基片上制膜，最終得到透明、穩定、完整無裂痕且厚度可控的二氧化鈦微孔薄膜。

具體的技術方案如下：

一種制備二氧化鈦微孔薄膜的方法，將銳鈦礦相二氧化鈦納米粒子分散于分散溶劑中，得到濃度為1～100g/L的納米二氧化鈦分散液；將納米二氧化鈦分散液置于基片上制膜，干燥后升溫燒結成膜，或將將納米二氧化鈦分散液置于基片上自然揮發成膜；所述的分散溶劑是水、甲醇、乙醇、丙酮或環己烷。

所述的納米二氧化鈦分散液的濃度，優選為50～100g/L。在此優選的范圍之外時，納米二氧化鈦分散液的濃度再高得到的二氧化鈦微孔薄膜會產生裂紋影響膜的質量；濃度太低得到的二氧化鈦微孔薄膜太薄，干燥或揮發時間太長，甚至得不到大尺寸完整的二氧化鈦微孔獨立薄膜，只得到碎裂的二氧化鈦晶粒。

所述的干燥，可以在100℃下干燥5min；所述的升溫燒結，最好以1℃/min的速度升溫，升溫至350～450℃燒結1～2小時，自然冷卻至室溫。

自然揮發成膜之后，也可以在200～300℃下燒2小時。

所述的基片，可以是普通玻璃、石英玻璃、ITO導電玻璃、FTO導電玻璃、硅片或陶瓷中的一種，且在使用前要用去離子水、乙醇、丙酮各超聲清洗30分鐘，室溫干燥后備用。

所述的納米二氧化鈦分散液置于基片上制膜，包括采用旋轉涂布法、浸漬提拉法、噴霧法或揮發法中的一種。

所述的納米二氧化鈦分散液置于基片上制膜，采用旋轉涂布法；并且可以分3次將納米二氧化鈦分散液置于基片上，每次以300轉/分旋涂9秒，再1500轉/分旋涂20秒。

所述的納米二氧化鈦分散液可以將現有技術的銳鈦礦相納米二氧化鈦分散于分散溶劑中，制得濃度為1～100g/L的納米二氧化鈦分散液。優選的二氧化鈦分散液，是銳鈦礦相二氧化鈦納米粒子分散于水中得到的二氧化鈦分散液。可以采用下述的制備方法制得銳鈦礦相二氧化鈦水分散液。