[發明專利]層層自組裝法制備納米二氧化鈦薄膜的方法

在審

• 申請號: 201610022917.0
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105669187A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 施鷹;曾智勇;謝建軍;雷芳;章蕾
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C04B35/46
• 分類號: C04B35/46;C04B35/624;C04B35/622;C03C17/25
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種納米二氧化鈦薄膜的制備方法，特別是一種層層自組裝法制備納米二氧化鈦薄膜的方法。

背景技術

表面潤濕性是固體表面重要的物化性質,通過液體的靜態或動態接觸角來衡量的。當固體的表面的接觸角小于5?時,則稱之為超親水材料。具有超親水性能的薄膜可以應用于汽車的窗玻璃、照相機鏡頭、浴室鏡子等方面,這是應用了超親水性的薄膜的防霧性能,有雨水滴在薄膜表面能很快的平鋪開了,而不形成液滴,介質表面很快被水層潤濕,從而防止水滴在表面形成光散射。

常見的兩種獲得超親水二氧化鈦薄膜表面方法：1.光致親水，需要紫外光照射下體現超親水性；2.調控薄膜表面微結構，無需紫外光照射下即可體現超親水性。

隨著科學技術的不斷進步與發展，人們對于電子器件和電子消費品的期望也越來越高，希望其保持優越性能的同時，更能兼具不易損壞、重量輕等優點，因此，越來越多的電子器件開始朝柔性化、超薄化方向發展。導電氧化物薄膜基底作為電子器件中重要的組成部分也正由原來的剛性基底朝著柔性基底開始轉變。

傳統層層自組裝薄膜的制備過程主要包括：將基材表面處理成帶正（負）電荷的浸泡在帶負（正）電荷的聚電解質中，清洗干燥之后再浸泡在帶有與聚電解質離子相反電荷的膠體中，通過靜電作用，膠體中的膠粒會沉積在電解質分子或者離子的外面，這樣一層一層組裝就能獲得不同厚度的功能薄膜，最后再經高溫煅燒除去電解質并使氧化物結晶，但還是會有少量聚電解質殘留。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種直接采用帶有相反電荷的晶態二氧化鈦溶膠代替聚電解質，通過層層自組裝法進行全納米顆粒的自組裝制備納米二氧化鈦薄膜的方法，不使用聚電解質。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種層層自組裝法制備納米二氧化鈦薄膜的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：配制表面帶正電的納米二氧化鈦溶膠和表面帶負電的納米二氧化鈦溶膠，通過層層自組裝法在剛性襯底和柔性襯底上制備納米二氧化鈦薄膜。

上述的配制表面帶正電的納米二氧化鈦溶膠的過程如下：

a.在可溶性鈦鹽溶液中加入氨水溶液得到白色二氧化鈦水合沉淀物，冷卻至室溫，用去離子水洗滌，直至沉淀的pH值達到中性；

b.將步驟a所得二氧化鈦水合沉淀物中加入三氟乙酸進行解膠，所述的沉淀物與三氟乙酸的固液比為（8~4）g：3ml，在常溫下靜置8~24h，獲得二氧化鈦溶膠；

c.將步驟b所得溶膠在150~180℃下保溫2h~12h；獲得白色凝膠狀沉淀，經離心分離后再將沉淀分散于去離子水中，得到透明的淺藍色二氧化鈦溶膠，濃度為10~12.12g/L，即得到表面帶正電的納米二氧化鈦溶膠。

上述的可溶性鈦鹽為硫酸鈦或氯化鈦

上述的配制表面帶負電的納米二氧化鈦溶膠的過程如下：將乳酸鈦和尿素按1:10~1:8的摩爾比混合，回流反應20~24h，得到凝膠狀物質,靜置，使其分層，離心分離，沉淀再用去離子水洗滌，將洗滌好的沉淀于在150~180℃溫度下水熱處理24~48h，離心分離，所得沉淀分散于去離子水中得到質量百分比濃度為0.1%~0.5%的二氧化鈦溶膠，即表面帶負電的納米二氧化鈦溶膠。

上述的層層自組裝法的過程為：

a.將基底浸沒在帶正電的二氧化鈦溶膠中浸泡10~15min，然后用去離子水洗去吸附多余的二氧化鈦，接著烘干；

b.將步驟a所得基底再放入帶負電的二氧化鈦溶膠中浸泡10~15min，然后用去離子水中洗去吸附多余的二氧化鈦，烘干，得到(TiO₂/TiO₂)n雙層膜二氧化鈦薄膜，n=1；

c.重復步驟a和步驟b，制備層數n=2～15的納米(TiO₂/TiO₂)n薄膜。

本發明在石英基底上制備的二氧化鈦薄膜因其超親水性、透明性等特性，可廣泛應用于太陽能電池、節能視窗等領域。而在柔性基底上制備的二氧化鈦薄膜因其優良的導電性，可應用于平面顯示器、太陽能電池、透明電磁屏蔽等領域。

附圖說明

圖1(a)為表面帶正電的TiO₂的XRD圖，圖中可觀察到此法制備的表面帶正電的TiO₂為結晶度好的銳鈦礦相TiO₂；