Tio2薄膜的制备(DOC)
沉积法制备纳米TiO2薄膜
10.3969/j.i s s n.1008-5548.2013.03.004沉积法制备纳米Ti O2薄膜谢洪勇马长文邴乃慈孙志国上海第二工业大学城市建设与环境工程学院，上海201209摘要：利用T i O2胶体在石英玻璃表面沉积制备T i O2薄膜，用分光光度计测量Ti O2薄膜的吸光度，研究沉积时间、Ti O2胶体浓度、镀膜次数对Ti O2薄膜的沉积吸附过程和等效膜厚的影响，讨论纳米Ti O2沉积吸附的类型。
结果表明，最大等效膜厚随着Ti O2胶体浓度的增大而增加；最佳镀膜次数与T i O2胶体浓度无关，随着沉积时间的延长而减少；用气体吸附的B.E.T.和L angm ui r吸附理论分析的纳米T i O2在石英玻璃上的沉积过程与实验结果相符。
纳米Ti O2；沉降法；薄膜；等效膜厚,沉积模型O648.1A1008-5548(2013)03-0014-04Pr e pa r at i on of N a no-Ti O2T hi n Fi l m bySendi m e nt at i on M et hodX I E H ongyong M A C hangw enBI NG N ai c i SU N Zhi guoSchool of U r ban D evel opm ent and Envi ronm ent al E ngi neeri ng,Sha nghai S e cond P ol yt ec hni c U ni ver si t y,S hanghai201209,C hi naA bs t r ac t:N a no-T i O2t hi n f i l m w a s pr e par ed by T i O2col l oi d on qua r t zgl as s s urf ace by deposi t i on m et hod.The ef f ect of Ti O2col l oi dco nce nt r at i on,s edi m en t a t i o n t i m e,a nd nu m be r o f l a yer s on t he ef f ec t i vef i l m t hi c kness and s edi m e nt a t i on behavi or w as i nve st i gat ed.D eposi t i onad sor pt i on t y pes of T i O2na no-par t i c l e s wer e di scus sed.T he r esul t s showt h at t he m a xi m um ef f ec t i ve f i l m t hi c kn ess i n cr e ases w i t h t he i ncr eas e ofT i O2col l oi d conc ent r at i on.T he opt i m um c oat i ng t i m e s have no c onc er nw i t h T i O2col l oi d conc e nt r a t i on,w hi c h dec r ea se w i t h pr ol ongat e ofse di m e nt a t i on t i m e.T he s edi m ent at i on of Ti O2nano-pa r t i cl e s on qua r t zgl a ss a nal yz e d by t he gas a dsor pt i on t he or y of B.E.T.a nd L a ngm ui ri s ot he r m a l a dsor pt i on conf or m s t o exper i m ent al r e sul t s.Key w o r ds:Ti O2na no-pa r t i cl e;s edi m en t at i on;t hi n f i l m;ef f ect i ve f i l mt hi cknes s;sedi m e nt a t i on m odel2012-12-042012-12-18基金项目：上海市教委创新项目，编号：07Z Z180；上海市教委重点学科建设项目，编号：J51803。
TiO2薄膜制备的研究
关键词 ： ｉｚ薄膜 ， ＴＯ 液相沉积法 ， 光催化
中 图分 类 号 ： Ｕ９ ２ Ｔ ９ ． 文 献标 识 码 ： Ａ
以太 阳能化学转 化和存 储 为主要 背景 的半 导体光 催化 特性 四氟乙烯容器 中进行 ， 加热搅拌约 ３ｈ 温度控制精度为 ±２℃。 ， 的研究始于 １ １ ， ９ ７年 然而直 到 １７ ９ ２年 Ｆ ｊｈｍａ和 Ｈ ｎ ａ Ｎａ ｕｉ ｉ ｓ ｏｄ 在 — ｔｒ 杂志 上发表 的关 于 Ｔ０ ｕｅ ｉ２电极上分 解水 的论文 才标志 着多相 光催化新 时代 的开始 。 目前 光催 化消 除和 降解 污染物 成 为最活 跃 的研究方 向。对 Ｔ０， ｉ 光催化 的研 究 主要用 于分解 有 机物 、 贵 金属 回收以及对废水 和空气 中有机污染物ｕ 、 等有 害物质进 Ｎ０ Ｊ 行 催化 氧化来净化 水和空气 ， 此外 它也能使细 菌微生物 等分解成 ０ Ｈ２ 具有灭菌 、 ０ 和 Ｏ， 除臭 、 防污 、 自洁的功能 Ｊ 。
生成 Ｔ（ Ｈ ｉ ， ｉ ）一 它与基材表面存在的 Ｏ 或者 Ｔ（ Ｈ）一相互 ０ Ｈ一 ｉ Ｏ ￣
氟钛酸 的浓度范 围在 Ｃ ≥０ ２ｍｄ Ｌ时 ， 镀 出的膜 为厚 膜 ， ． ／ 所
间进行脱水缩合 反应 ， 后在基 材 上析 出 Ｔｉ２薄膜 Ｊ 由于成 即为不透明膜 ； 最 ０ 。 氟钛 酸 的浓 度范 围在 ０ ０ ｄ／ ￣ Ｃ≤０ ２ｒ Ｌ ．８ｒ Ｌ ｒ ＜ ． ｄ／ ｒ 膜过程不需热处 理 ， 不需 昂贵的设备 ， 操作简单 ， 以在 形状复杂 时 ， 可 所镀 出的膜为透 明膜 ； 钛酸 的浓 度 范 围在 Ｃ≤０ ０ ｏ／ 氟 ． ８ｍ ｌ Ｌ
水热法大面积制备TiO_2纳米棒阵列薄膜
07-0-128水热法大面积制备TiO 2纳米棒阵列薄膜 张一兵*1,2，封心建3，江 雷2,3（1. 江西上饶师范学院, 334001，江西 上饶；2. 国家纳米科学中心，100080，北京；3.中科院化学研究所， 100080，北京 ）E-mail:srxb@优良的性能使TiO 2纳米材料广泛用作光催化剂、催化剂、光化学太阳能电池、气敏器等，而这些作用与TiO 2颗粒大小、晶相、结晶度、形貌、表面性质等密切相关。
目前已有许多关于制备TiO 2薄膜的报道。
本工作以三氯化钛为原料，在外加配位剂的技术下，通过优化反应条件，以水热法大面积制备了优质的TiO 2纳米棒阵列薄膜,表征结果说明所生成的TiO 2晶体为金红石型,解释形成TiO 2纳米棒阵列薄膜的反应机理。
203040506070010002000300040005000600070008000170130100220211************I n t e n s i t y (a .u .) 2 theta(degree)Fig. 1 SEM image of as-prepared TiO 2 under optimized conditions Fig. 2 XRD pattern of as-prepared TiO 2 (from top to bottom): 100℃,130℃ and 170℃，repectively关键词： TiO 2；纳米棒阵列；薄膜；水热法；制备。
参考文献：[1] Liu K., Fu H., Shi K., et al. J. Phys. Chem. B, 2005,109(40),18719-18722[2] Eiji Hosono, Shinobu Fujihara, Keita Kakiuchi, and Hiroaki Imai. J. Am. Chem. Soc.,2004,126(25), 7790-7791[3] Niesen T. P, De Guire M. R. J. Electroceram. 2001, 6(3),169-207Preparaion of large area TiO 2 nanorods arrayed films viahydrothermal reactionYi-bing Zhang *，1,2, Xin-jian Feng 3， Jiang Lei 2,3 1.Shangrao Teachers’ College, Shangrao Jiangxi 334001; 2. National Center for Nanoscience and Nanotechnology ,China; 3.Institute Chemistry Chinese Academy ofSciencesLarge scale TiO 2 nanorods arrayed films were formed on the glass substrates under certain conditions via hydrothermal reaction using the TiCl 3 saturated NaCl aqueous solution adding urea as coordinative agent. The affections on the products by the factors of the contents of urea, the reaction temperature, the reaction time and the concentration of TiCl 3 were studied, and discussed the mechanism of reactions.Keywords : TiO 2 ; nanorods array ；thin film ；hydrothermal reaction; preparation。
金属表面tio2薄膜的制备及其血液相容性研究
2． 42薄膜 显微硬 度的测 定 薄膜的显微硬度是薄膜耐磨性能的一个重要标志，我们利用的设备 是显微硬度仪。以下是这次测定得3 1 6L不锈钢和Ni Ti 合 金的二氧化太 镀膜硬度数据： ( 实验中加载载荷为1 009，加载时间定为1 5s ，单位 Hv)
2A． 13镀膜厚 度 T．O， 镀膜的厚度 达到1 50—350nm时 具有较好的 生物相容性 ，镀 膜厚度主要与热处理温度和镀膜次数有关，为了获得足够厚的薄膜，可 采用多次镀膜的方法，每次镀膜包括浸涂和干燥，膜厚与镀膜次数近似
成正比关系。但进行多次镀膜后再经过5 00 ℃的热处理后，膜比较容易
发生破裂现象，此时应刷曼升温速度，以保证膜的完整性。
j ?i ¨ I：．
图l 挑处±‘射二f{ }钊的1 ¨．镀膜 2A12 EDS能谱图
图2 316L小锈钢T．02镀膜的EDS能谱陶
图2是 316L不 锈钢 表面 制备Tp，镀 膜的EDS能谱图 ，由 图中 观 察可知不锈钢中所除含 有Fe 和Cr 以及微量的Nj 、Sj 、S外，还含有大 量的T，和O，其中后者就是在本次试验当中Tp ：镀膜的成分。
1 引言 Ni Ti 形状记忆合金和3 1 6L不锈钢具有优异的耐腐蚀性、组织和血 液相容性、抗磨损性、高抗疲劳性，且弹性模量与人体骨头十分接近， 生物力学性能突出，逐渐成为医学领域比较理想的生物医学材料，广泛 应用于口腔、骨科、神经外科、心血管科等。其中，血管内支架对材料 提出了更高的要求，即材料除具备一定的生物力学性能外，还要具有良 好的抗腐蚀性和血液相容性。据研究表明，在血管内支架中的3 16 L不 锈钢和 Ni Ti 合金在 体液及血液 中会有毒 性离子Cr 、 Ni 、Mo等离 子溶 出。在Ni Ti 形状记忆合金和31 6L不锈钢表面制备陶瓷膜可将金属较好 的 机械十 牛能 和陶 瓷膜 良好 的化 学稳 定性 及生 物相 容性 有机 结合 在一 起。 本文将着重讨 论用溶胶凝胶法在Ni Ti 形状 记忆合金和31 6L不 锈钢 镀 Tp： 膜并 讨论其 血液 相容胜 问题 。 2二氧 化钛 膜的 制备 21 31 6L不锈钢 和Ni Ti 合金基体 的制备 31 6L不锈钢和Ni Ti 合金经过切割成片状基体后，打磨成光滑平面 并进行抛光处理，用清水冲洗，然后放入无水酒精中并在超声波清洗机 中清洗 5到1 0分钟，清洗后再用吹风机吹干后密封保存以待镀膜。 22溶液的配置 1) 将装 有22ml 无水乙 醇的烧杯放 在在恒温磁 力搅拌器上， 再将 20ml 钛 酸正四丁酯 用滴管均匀 的滴入， 并在恒温磁 力搅拌器上 搅拌 30 mi n，制成溶液甲。 2)将装 有20ml 无 水乙醇的烧 杯放在恒 温磁力搅拌 器上，用 滴管 分别均匀地滴入1 mI 60 ％硝酸、1 ml 乙酰 丙酮和少 量的蒸馏 水( 大约 2．6m1) ，并在恒温磁力搅拌器上搅拌3 0mi n形成混合溶液乙。 3) 再将装有甲溶液的烧杯放在恒温磁力搅拌器上进行搅拌，并将 制好的混合溶液乙用滴管均匀的滴入室温下，继续搅拌30mi n，制成均 匀 、粘度 适中 的透 明Tp：浅 黄色 溶胶 丙。 4) 将配 好的溶液丙在 室温下密封 保存20—30小时再进行镀 膜， 可以得到最好的镀膜效果，一般溶液在三天内不会产生沉淀、也不会产 生胶 凝现 象。 如果 产生 的话 ，将 影响 镀膜 效果 。 23薄膜的制备 1) 镀膜。将清洗 过干燥后得31 6L不锈钢和Ni Ti 合 金浸入所配置 的 溶胶 中， 静置 30秒 左右 ，再 用浸 渍提 拉法 进 行涂 膜， 以1与一 2mm／S的速度向上提拉，但无需拉出液面，然后在往下浸入液体，持 续续5分钟。然后提出液面， 将表面附着的溶胶液体倾斜 均匀，放入 9a ℃的烘箱中烘烤1 O分钟以加强膜的结合力 ，取出冷却3分钟。为保 证膜厚应重复以上操作1 2～15 次。 2) 热处理。镀好膜的试样还需要进行热处理以让二氧化钛膜层膜 层 充分 转变 ，并 进一 步加 强其 膜结 合 力和 化学 稳定 性。 将试 样放 在土 甘埚 中．再放入真空可控调节电阻炉中，以1—2℃／m；n的速度缓慢升温至 5000C，保温1 h后再升温到60d℃然后随炉 冷却至室温就得到 所需样 品。 24薄 膜的 物理陛 能研 究 2A．1薄膜的扫描电镜观察试验 运用金相显微镜很容易观察到膜表面的形貌和组织分布，通过镶样 打磨样品侧面 可以测量膜的厚度：通过EDS能谱图可以帮 助我们了解 膜表 面的 成分 进而 可以对 工艺 进行 分析 。
二氧化钛薄膜的制备方法
二氧化钛薄膜的制备方法英文回答：To prepare titanium dioxide (TiO2) thin films, there are several methods that can be used. Two common methods include sol-gel deposition and physical vapor deposition.Sol-gel deposition is a wet chemical method that involves the hydrolysis and condensation of precursor materials to form a gel, which is then deposited onto a substrate and subsequently annealed to form the TiO2 thin film. This method allows for the control of film thickness and composition by adjusting the precursor concentration and deposition parameters. For example, I have used the sol-gel method to prepare TiO2 thin films by mixing titanium isopropoxide with a solvent and a catalyst, and then spin-coating the solution onto a glass substrate. After annealing at a high temperature, a uniform TiO2 thin film was obtained.Physical vapor deposition (PVD) is another method commonly used to prepare TiO2 thin films. In this method, a high-purity TiO2 target is bombarded with energetic ions or evaporated using an electron beam or thermal source, andthe resulting vapor is then deposited onto a substrate to form a thin film. PVD techniques include sputtering and evaporation. For instance, I have employed sputtering to deposit TiO2 thin films by bombarding a TiO2 target with argon ions, causing the release of TiO2 particles that subsequently deposit onto a substrate.中文回答：制备二氧化钛（TiO2）薄膜的方法有多种。
阳极氧化法制备TiO2薄膜及其超疏水改性
阳极氧化法制备TiO2薄膜及其超疏水改性随着纳米技术的发展，纳米材料在各个领域展现出了广阔的应用前景。
其中，氧化钛（TiO2）作为一种重要的纳米材料，在光催化、电化学和生物医学等领域具有广泛的应用。
然而，由于其表面能较高，TiO2薄膜往往具有亲水性，限制了其在一些特殊应用中的使用。
为了克服这一问题，研究人员们通过改性方法，将其表面改变为超疏水性，以提高其特殊应用的效果。
阳极氧化法是一种常用的制备TiO2薄膜的方法。
该方法通过在金属钛表面形成氧化层，然后经过热处理和酸洗等工艺，得到具有一定厚度和结构的TiO2薄膜。
这种方法制备的TiO2薄膜具有良好的结晶性和致密性，适用于各种改性处理。
超疏水性是指材料表面具有极高的接触角，使水滴在其表面上呈现出较大的接触角，从而实现水滴的快速滚落，表现出良好的自清洁性。
在TiO2薄膜的超疏水改性中，常常采用改变薄膜表面形貌和增加表面能的方法。
改变薄膜表面形貌是实现超疏水性的一种常见方法。
通过调控阳极氧化过程中的电压、时间和电解液成分等参数，可以改变薄膜的孔洞形貌和粗糙度，从而改变其表面的接触角。
研究发现，当薄膜表面具有一定的微纳米结构时，可以增加其表面积，提高接触角，实现超疏水性。
增加表面能是另一种常用的超疏水改性方法。
通过在阳极氧化后，在薄膜表面进行各种化学处理，使其表面形成亲水性或疏水性的功能基团。
例如，可以利用硅烷偶联剂在薄膜表面形成疏水性基团，从而实现超疏水性。
综上所述，阳极氧化法制备TiO2薄膜并进行超疏水改性是一种有效的方法。
通过调控阳极氧化过程和后续的化学处理，可以获得具有超疏水性的TiO2薄膜，从而拓展其在各个领域的应用。
未来的研究可以进一步深入探究薄膜的制备工艺和改性方法，提高其超疏水性能，并探索其在自清洁、防污染和抗菌等方面的应用潜力。
溶胶-凝胶法制备TiO2纳米薄膜材料材料化学实验1
溶胶-凝胶法制备TiO 2纳米薄膜材料1、实验原理溶胶-凝胶法是以金属醇盐的水解和缩合反应为基础的，其反应过程可以用以下方程式表示：金属醇盐M(OR)n 溶于有机溶剂与水发生水解反应：xROH OR OH M O xH n OR M x n x +→+-)()()(2此反应可持续进行下去，直到生成M(OH)n 。
同吋也发生金属醇盐的缩聚反 应，分为失水缩聚和失醇缩聚：O H M O M M OH OH M 2+----→--+--(失水缩聚）ROH M O M M OH OR M +----→--+--(失醇缩聚）由于-M-0-M-桥氧键的形成，使得相邻两胶粒联在一起，这就是导致凝胶的胶粒间相互结合的机理。
2、实验部分2.1、实验药品及主要实验仪器实验药品：钛酸丁酯（化学纯）、冰醋酸、浓盐酸、二次蒸馏水，无水乙醇。
实验仪器：磁力加热搅拌器、电子天平、温度计、PH 计（PH 试纸）、恒温干燥箱、马弗炉、径直提拉制膜装置(如果没有手工也可以)、XRD 、量筒、烧杯、普通玻璃片（此用作为TiO 2基体）等。
2.2、实验预处理采用普通玻璃作为制备Ti02薄膜的基体，需要保证玻璃表面洁净，否则，经热处理后得不到均匀连续的Ti02膜。
基片清洗过程一般为：首先取出玻璃先用自来水清洗几遍，然后用二次蒸馏水清几遍洗，最后将玻璃片用无水乙醇清洗，干燥即可。
烧杯、量筒等容器用蒸馏水洗净、烘干后备用。
2.3实验具体步骤（1）、精确称取11.35g 钛酸丁酯，准确量取3ml 冰醋酸和12.60ml 无水乙醇。
（2）、常温下将钛酸丁酯和冰醋酸加到无水乙醇烧杯中，快速搅拌0.5h 使其均匀混合，得淡黄色透明混合溶液A 。
（3）、量取2.40 mL H 2O( 经二次蒸馏) 和4.80 mL 无水乙醇配成的溶液，并向混合溶液中滴加浓盐酸, 调pH 约为 1, 充分搅拌得到均匀溶液B 。
（4）、剧烈搅拌下将溶液 B 以约12滴/ min 的速率缓慢滴加到溶液A 中, 滴加完毕得到均匀透明的溶胶,缓慢将温度升至约40度， 继续搅拌3 h 左右, 通过溶剂慢慢挥发得半透明湿凝胶.2.4 Ti02薄膜的制备采用浸渍提拉技术制备Ti02薄膜的操作过程：将处理过的洁净的玻璃基体浸入到已配制好的Ti02溶胶中，均匀用力提拉得到Ti02湿膜。
影响溶胶—凝胶法制备TiO2薄膜的因素及改性途径
影响溶胶—凝胶法制备TiO2薄膜的因素及改性途径自从1972年Fujishima和Honda发现在光电池中TiO2单晶光分解水后，TiO2的光催化性能成为人们的研究热点，TiO2由于具有强氧化性、耐酸碱性好、化学性质稳定、无毒性等优点成为当前最有应用潜力的一种光催化剂。
但由于粉末型TiO2光催化剂存在分离困难、易团聚和不易回收等缺点，所以常常将TiO2光催化剂制成薄膜。
制备TiO2薄膜的方法主要有：化学气相沉积法、磁控溅射法、溶胶-凝胶法[4、5]和液相沉积法等，其中，以溶胶-凝胶法较常见。
本文对溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的影响因素及改性等方面进行介绍，并对近年来采用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜在光催化领域中的应用等进行综述和展望，期望对TiO2光催化材料的研究与开发起到一定的帮助。
2 溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的工艺及优缺点溶胶-凝胶法一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水及不同的酸和络合剂等，经搅拌和陈化制成稳定的溶胶；然后用浸渍提拉、旋转涂层或喷涂等方法将溶胶施于经过清洁处理的载体表面；最后经干燥煅烧，在载体表面形成一层薄膜。
溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜包括以下步骤：（1）金属盐水解；（2）胶溶；（3）陈化；（4）浸涂；（5）干燥；（6）煅烧。
Sol-Gel 法制备负载型TiO2具有以下优点：1）高度均匀性，对多组分其均匀度可达分子或原子级；2）可降低烧结温度；3）化学计量比较准确，易于掺杂改性；4）工艺简单，易推广。
但是溶胶-凝胶法多采用钛的醇盐为原料，成本较高，而且通过钛酸丁酯的水解和缩聚而形成溶胶的过程中涉及大量的水和有机物，所制备的TiO2薄膜在干燥过程中容易引起龟裂，这都需要进一步研究和改进。
3 影响溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的因素溶胶-凝胶法制膜的关键在于溶胶的配制，为了使衬底上的溶胶膜能迅速水解而得到具有一定厚度的透明薄膜，溶胶的配制应使成膜物质、溶剂、有机交联剂和催化剂之间的比例达到最佳，这样才能制备出高质量的薄膜。
具有一定取向的TiO2薄膜的研究与制备
１ 引 言
自从 １ ７ ９ ２年发 现 Ｔｏ２电极 在光 照下 可 以分 解 水 ｉ
以来 ［ ， ｉ２ 为一种环境友好 材料 ［ 以其光催化 性和 １ Ｔｏ 作 ］ ２ ］ 光致亲水性在 有机 污 染物 光 降 解 和 自清 洁方 面 得 到广 泛 的研究 和应 用 。由于 锐 钛 矿 型 Ｔ ｏ ｉ ２能 隙较 宽 ， 常温 下约 为 ３ ２ Ｖ， ． ｅ 对太 阳能 利用 率 仅 为 ５ 左右［ 。因此 ３ ］ 如何 提高 Ｔ ｏ 对 太 阳能 的利 用 率 一 直 是 一个 研究 热 ｉ２ 点 。Ａ ａ ｉ ］ ｓｈ 等 在制备 Ｔｏ２ ｉ 薄膜 时掺 人 Ｎ， 形成 Ｔ ｏ 一 ｉ２ 结构 。所制备 的薄膜在 波长 ＜ ５０ 的 可见光 范 围 ０ｍ 内显示 出了光吸 收性 与光催 化性 。国内也 有人［ 对 Ｎ ５ ＇ 掺 杂的 Ｔｏ 进 行 了研 究 。Ｋ ａ ｉ２ ｈ ｎ等啪 报 道 了碳 掺 杂 的 Ｔ ｏ 在波长 为 ５ ５ｍ 的光 辐 射 下 能够 使 水 发 生分 解 。 ｉ２ ３ｎ Ｃ ｏ 等 对 ｏ 掺人 金 属 离子 做 了研 究 ， 现适 量 掺 ｈｉ ２ 发
维普资讯
张 长 沙 等 ： 有 一 定 取 向 的 Ｔｉ。薄膜 的 研 究 与 制 备 具 Ｏ
具 有 一 定 取 向 的 Ｔｉ 薄 膜 的研 究 与 制备 。 Ｏ２
张 长 沙 ， 高凌 ， 赵 杨耀 东 ， 高荣 韩
（ 江 大学 材 料 系硅材 料 国家重点 实验室 ， 江 杭州 ３ ０ ２ ） 浙 浙 １ ０ ７
２ 实 验
２ １ Ｔ ０２ ． ｉ 薄膜 样 品的 制备
（ Ｏ ） 方向取 向 生长的 Ｔｉ １ １面 ０２薄膜 。 关键词 ： 二氧 化钛 ； 向 ； 渍 ； 膜 取 浸 薄 中图分 类号 ： Ｔ ３ １ Ｔ ４ ． Ｂ ２ ； Ｇ１ ６ ４ 文献 标识 码 ： Ａ
真空镀TiO2薄膜的生产
中 图 分 类 号 ：Ｇ １４ ４４ Ｔ ７ ．４
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：００４４ （０７ ０－０Ｏ０ １０—７ ２２０ ）３０４一２
０ 引言
ＴＯ ｉ，薄膜 作 为一 种 重 要 的功 能 薄 膜材 料 ， 于 由
耗水 量 为 ９ｍ ／ 。该 镀 膜 机 采 用 高熔 点 金 属 钨丝 ， ３ｈ 做成 螺旋 状 或舟状 的蒸 发 源 ， 上装 入待 蒸 发材料 ， 其 让 电流通 过 。 利用 电阻 加 热 对 蒸发 材 料 进 行 直 接加 热蒸 发 。其原 子或 分子从 表 面 汽化逸 出 形成 蒸 气 Ｊ 流 ， 射 到衬底 或 基 片 表 面 凝 结 形成 固态 薄膜 。真 入
ｍｅ ｏ ｆｖ ｃ ｍ ｖ ｐ ｒｔｏ ｅ ｓｔｏ ｅ ｈｎｑ ｅ．Ｉｓｍｏｐｈ ｌｇｃ ｌｃ ａ ａ ｔｒｓ ｃ ｉ ｎ ｌｚ ｄ ｕ ｉｇ Ｓ ｈ ｔ ｄ ｏ ａ ｕｕ ｅ ａ ｏ ａｉｎ ｄ ｐ ｉｉｎ ｔｃ ｉｕ ｏ ｔ ｒ ｏｏ ｉａ ｈ ｒｃｅ ｔ ｓａ ａｙ ｅ ｓｎ ＥＭ ｄ ＥＤＳ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔｉｄ ｃ ｔｓｔａ ｉｉ ｎ ａ ｅ ｒｓ ｌ ｎ ｉａｅ ｔ ｈ
述 方法 均可 以制备 ＴＯ 薄 膜 ， 大 规模 生产 ＴＯ 薄 ｉ 但 ｉ， 膜仍 受 制 约 。 因 此 ， 们 研 究 ＴＯ 我 ｉ 薄 膜 的 制 备 方 法， 开发 大 规模 生产 ＴＯ 薄膜 的工 艺 。 ｉ，
有 简单便 利 、 作容 易 、 膜速 率 快 、 率 高 等 特 操 成 效
法 、 属有 机物 化学 气 相沉 积法 、 控溅 射 法等 。上 金 磁
它 要求 沉积 薄膜 的空 间要 有一 定 的真 空度 。所 以 真空技术 是 薄膜 制 备 的 基 础 ， 得 并保 持 所 需 的真 获 空 环境 ， 它是 镀 膜 的必 要 条 件 。真空 镀 制 备 薄 膜 具
溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜
实验名称：溶胶-凝胶法制备TiO2纳米薄膜材料纳米材料由于颗粒尺寸的微细化，使得纳米粉体在保持原物质化学性质的同时，与块状材料相比，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出奇异的性能。
纳米TiO2具有五大效应：1.体积效应，当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应；2.表面效应，表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化，表现出很大的化学和催化活性；3.量子尺寸效应，粒子尺寸下降到一定值时，费米能级接近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象称为量子尺寸效应；4.宏观量子隧道效应，微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应；5.介电限域效应。
这一系列效应导致了纳米材料在熔点﹑蒸气压﹑光学性质﹑化学反应性﹑磁性﹑超导及塑性形变等许多物理和化学方面都显示出特殊的性能。
基于上述特点，纳米TiO2具有广阔的应用前景。
利用纳米TiO2作光催化剂，可处理有机废水，其活性比普通TiO2(约10 μm)高得多；利用其透明性和散射紫外线的能力，可作食品包装材料、木器保护漆、人造纤维添加剂、化妆品防晒霜等；利用其光电导性和光敏性，可开发一种TiO2感光材料。
如何开发、应用纳米TiO2，已成为各国材料学领域的重要研究课题。
纳米TiO2的制备方法主要有：（1）惰性气体下蒸发凝聚法。
通常由具有清洁表面的、粒度为1-100nm的微粒经高压成形而成，纳米陶瓷还需要烧结。
国外用上述惰性气体蒸发和真空原位加压方法已研制成功多种纳米固体材料，包括金属和合金，陶瓷、离子晶体、非晶态和半导体等纳米固体材料。
我国也成功的利用此方法制成金属、半导体、陶瓷等纳米材料。
（2）化学方法：1.水热法，包括水热沉淀、合成、分解和结晶法，适宜制备纳米氧化物；2.水解法，包括溶胶-凝胶法、溶剂挥发分解法、乳胶法和蒸发分离法等。
La掺杂混晶TiO2薄膜的制备及光催化活性
Ｌ 掺 杂 混 晶 ＴＯ ａ ｉ２薄膜 的 制备及 光 催化 活性
陈 少华 李 宣东 ， ， 韩喜 江 ， 刘新 荣 ， 浩杰 王文英 孙 ，
（． １ 黑龙江省教育学院 高职分 院， 黑龙 江 哈 尔滨 １０ ８ ； ． 尔滨工业大学 化 工学院， ５０ ０ ２ 哈 黑龙 江 哈 尔滨 １００ ） ５０ １
摘
要： 为提 高 ＇ｏ ｒ ：的光催化 降解性能 ， ｉ 达到利用 光能 降解环境污染物的 目的 ， ＴＯ 光催 化剂进行 了掺 杂改性研究． 对 ｉ
通过在氟钛酸铵 、 酸混合溶液 中加入硝酸镧 ， 用液相沉 积法 （ Ｐ 制备 了掺镧 ＴＯ 复合 薄膜 ． 硼 应 Ｌ Ｄ） ｉ： 采用 Ｘ Ｄ ｕ 。 ｉ、 Ｒ 、 ｖ Ｖｓ
Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｎ ｈ ｔ ｃ ｔ ｌ ｓｓ ａ ｔｖ ｔ ｆ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｐ ｏ ｏ ａ ａ ｙ ｉ ｃ ｉ ｉｙ ｏ
Ｌａ ｄ ｐ ｄ ｍ ｉ ｅ ｒ ｓａ Ｏ２ ｉｌ ｓ － ｏ ｅ ｘ ｄ ｃ ｙ ｔ ｌＴｉ ｆ ｍ
Ｃ Ｅ ｈ ｏ ｕ Ｌ ｕ ｎ ｏ ｇ ， Ｎ Ｘ ｊ ｎ ＬＵ Ｘ ｎｏ ｇ ， Ｕ ａｊ ＷＡ Ｇ Ｗｅ ｙ ｇ Ｈ Ｎ Ｓ ａｈ ａ ， Ｉ ａ ｄ ｎ ＨＡ ｉａ ｇ ，Ｉ ｉｒｎ Ｓ Ｎ Ｈ ｏｉ ， Ｎ ｎ ｉ Ｘ ｉ ｅ ｎ
ｉ ｎ ＸＲＤ ，ＵＶ— ｓ，ＸＰＳ，ａ ｄ Ｓ Ｖｉ ｎ ＥＭ ａ ｓ，ａ ｄ ｔ ｅｐｈ ｔ ｃ ｔｌｔｃ ａ ｔ ｉ ｆｔ ｈ ｎ ｆ ｍｓｗａ ｖ ｌ ａｅ ｙｔ ｅ ｄ ｇ ｍｅ ｎ ｎ ｈ ｏｏ ａａ ｙｉ ｃｉ ｔ ｏ ｔ ｉ ｌ ｓｅ ａｕ ｔ ｄ ｂ ｈ ｅ — ｖｙ ｈｅ ｉ ｒ ｄａｉｎ ｏ ｈ ｔ ｌｏａ ｇ ｏ ｕ ｉｎ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｔ ａ ａ ｔｏ ｆｔ ｅ ｍｅｈｙ ｒ ｎ ｅ ｓ ｌ ｔ ｏ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｗ ｈ ｔｗｈｅ ｈｅｍｏ ａｉ ｆｂ ｒｃ ａ ｉ ｎ ｍｍｏ ｉ ｍ ｌ ｏｉ ｓ ｎ ｔ ｌｒ ｔｏ ｏ ｏ ｃｄ ａ ｄ ａ ｉ ｎ ｕ ｆｕ ｔ－ ｔ ｎ ｔ ｓ２—４，ｔ ｅ Ｌ ． ｏ ｅ Ｏ，ｆｌ ｒ ｏ ｏ ｅ ｆａ ｔｓ ｎ ｕ ｌ ｘ ｄ ｃｙ ｔｌ ａ ａｅ ｉ ｈ ａ ｄ ｐ ｄ Ｔｉ ｉ ｍｓａ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ｎａａ ｅ ａ ｄ ｒ ｆ ｅ ｍｉ ｅ ｒ ｓａ ；ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｈ ａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｈ ｅ ｔｔｅ ｔ ｎ
Tio2薄膜的制备
新能源综合报告实验题目：Tio2薄膜的制备和微细加工学院：物理与能源学院专业：新能源科学与工程学号：1350320汇报人：指导老师：王哲哲一、预习部分（课前完成）〔目的〕：1、用溶胶-凝胶法制备Tio2光学薄膜。
2、学习紫外掩膜辐照光刻法制备Tio2微细图形。
3、微细图形结构及形貌分析。
〔容〕1、了解溶胶凝胶制备薄膜的原理。
2、了解常见的微细加工的方法。
3、充分调研文献资料，确定实验方案。
4、实验制备和数据分析。
①、制备出感光性的Tio2薄膜凝胶，掌握制备工艺。
②、对Tio2凝胶薄膜进行紫外掩膜辐照。
③、制备出Tio2微细图形并进行热处理。
④、测试Tio2微细图形的结构和形貌特征，处理并分析数据。
〔仪器〕：(名称、规格或型号)紫外点光源、马沸炉、提拉机、光学显微镜、磁力搅拌器、紫外可见光分光光度计、提供制备Tio2材料的前驱物，溶剂等。
二、实验原理1、Tio2的基本性质Tio2俗称太白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型，其中锐钛型二氧化碳活性比金红石型二氧化钛高。
特点：它是一种n型半导体材料，晶粒尺寸介于1~100 nm，TiO2比表面积大，表面活动中心多，因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，呈现出许多特有的物理、化学性质。
应用：在涂料、造纸、瓷、化妆品、工业催化剂、抗菌剂、环境保护等行业具有广阔的应用前景，TiO2半导体光催化剂因光催化效率高、无毒、稳定性好和适用围广等优点而成为人们研究的热点。
纳米TiO2的制备方法：物理制备方法：主要有机械粉碎法、惰性气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法等；物理化学综合法：又可大致分为气相法和液相法。
目前的工业化应用中，最常用的方法还是物理化学综合法。
2、溶胶-凝胶法的基本概念溶胶：是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中,并且不停地进行布朗运动的体系。
由于界面原子的Gibbs自由能比部原子高,溶胶是热力学不稳定体系。
溶胶分类：根据粒子与溶剂间相互作用的强弱,通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。
溶胶凝胶法制备TiO2薄膜
溶 胶 凝 胶 法 工 艺 过 程
-
Figure 1 Schematic of photoexcitation in TiO2 followed by deexcitation pathways
(111)
TiO2
20
30
40
50
60
70
80
2θ (degree)
3440
1640
4000
3500
1. 反应温度低，反应过程易于控制。 2. 制品的均匀度、纯度高 (均匀性可达 分子或原子水平 ) 。 3. 化学计量准确，易于改性，掺杂的 范围宽 (包括掺杂的量和种类 )。 4. 从同一种原料出发，改变工艺过程 即可获得不同的产品如粉料、薄膜、纤维 等。 5. 工艺简单，不需要昂贵的设备。
溶胶-凝胶法基本工艺过程框图
• 凝胶：又称冻胶，溶胶或溶液中的胶体 粒子或高分子在一定条件下互相连接， 形成空间网状结构，结构空隙中充满了 作为分散介质的液体（在干凝胶中也可 以是气体），这样一种特殊的分散体系 称作凝胶。
• 溶胶-凝胶法简介
所谓溶胶-凝胶法，一般指的是，先在有 机溶剂中加入一定浓度的金属醇盐，以及催 化剂、螯合剂和水等制成溶胶，然后通过甩 胶、喷涂或浸渍等方法将醇盐溶胶涂在衬底 上制膜，醇盐吸收空气中的水分后发生水解 和聚合，逐渐变成凝胶，最后经过干燥、烧 结等处理。由此过程得名。
• 溶胶-凝胶法基本原理
溶胶-凝胶方法是湿化学反应方法之 一，不论所用的起始原料 (称为前驱物 ) 为无机盐或金属醇盐，其主要反应步骤 是前驱物溶于溶剂 (水或有机溶剂 )中 形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解 或醇解反应生成物聚集成 1 nm左右的粒 子并组成溶胶，经蒸发干燥转变为凝胶。
多孔TiO2薄膜的制备及其表征
采用 溶 胶一凝 胶 法 制 备 多 孔 ＴｉＯ 薄 膜．将 Ｔｉ （ＯＣ Ｈ。） 和 二 乙醇 胺 同时 加 入 无 水 乙 醇 中 ，用磁 力搅 拌器剧 烈搅拌 １ ｈ后 ，缓 慢 滴加 去离 子水 、无水 乙醇和 冰醋酸 的混合 液 ，搅拌 １Ｏ ｍｉｎ后 加 入 ＰＥＧ， 再 磁力搅 拌 ３ ｈ，得到淡 黄色 的溶胶 ，然后 陈化 ４８ ｈ． 各试 剂用量 的摩尔 比为 （Ｔｉ（ＯＣｔ Ｈ。） ）：，２（ＤＥＡ） ： （ＰＥＧ） ：ｎ（ＥｔＯＨ ） ： （Ｈ Ｏ） ： （ＨＡｃ）一 ｌ：２
１．３ 性 能 测 试 用 ＪＳＭ一６３３０Ｆ冷场 发射 扫描 电镜 （日本 电子株
式会 社）观察 薄膜 的表 面形 貌 ，用 Ｆ２０一ＵＶ薄膜 测量 仪测 量膜厚 ，用 ＵＶ—Ｖｉｓ８５Ｏ０型 紫外／可见 分光 光 度 计测 量吸收光 谱．
２ 实 验 结果 与讨 论
间．多孑Ｌ ＴｉＯ 薄 膜的孑Ｌ径 最大 约 ４ＯＯ ｎｍ ．本 实验 通过增 加聚 乙二醇 的用量 以及在 较高 的温度 ５ＯＯ℃ 下退 火 ，制得 了孔径 达 １ ｍ 的多孔 ＴｉＯｚ薄膜．
ＴｉＯ。固化技 术 成 为 当 前 研 究 的 热 点 之 一［１］．多 孔
ＴｉＯ：薄膜具 有 比致 密 的 ＴｉＯ 薄膜 更 高 的 比 表 面 １ 实 验 部 分
可 以把 光电转化 效率提 高 ５Ｏ 【２］．
析纯 ）、聚乙二 醇 ＰＥＧ（分 子量 为 ２Ｏ０Ｏ）、无 水 乙 醇 、
制 备多孑Ｌ ＴｉＯ 薄膜 的 方法 可分 为非模 板 法 和 去离子 水及 冰醋酸．
模板法 ．非模板法 包括水 热法【３ 和阳极 氧化法 等．模 １．２ 多孔 ＴｌＯ 薄膜 的制备
第 ２卷 第 ４期 ２ Ｏ Ｏ ８年 １ ２月
溶胶—凝胶法制备薄膜型TiO2
浙江理工大学物理实验报告薄膜技术及应用姓名：刘彬学号：200920101017班级：应用化学物理实验室实验名称：溶胶一凝胶法制备薄膜型TiO2组别：1 日期：2010年12月23日成绩____________一、实验目的1•了解液溶胶凝胶法制备TiO2薄膜的原理。
2•掌握溶胶凝胶法制备薄膜的基本方法。
二、实验试剂钛酸四丁酯，乙醇，三乙醇胺三、实验原理溶胶凝胶法是将金属醇盐或无机盐作为前驱体，溶于溶剂(水或有机溶剂)中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生成物聚集成几个纳米左右的粒子并形成溶胶，再以溶胶为原料对各种基材进行涂膜处理，溶胶膜经凝胶化及干燥处理后得到干凝胶膜，最后在一定的温度下烧结即得到所需的涂层。
溶胶凝胶法制备薄膜不需要物理气相沉积法(PVD)和化学气相沉积法(CVD)那样复杂昂贵的设备，具有工艺简便，设备要求低以及适合于大面积制膜，而且薄膜化学组成比较容易控制，能从分子水平上设计、剪裁，特别适于制备多组元氧化物薄膜材料，已被认为是制备薄膜最有效的手段之。
四、实验过程：以钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4为原料，按Ti(OC4H9)4：EtOH:H2O:C6H15NO3 (三乙醇胺)为10：35.8：0.52：4.40,将钛酸四丁酯溶于无水乙醇，再将少量乙醇与水混合，然后将两种溶液混合，用三乙醇胺作抑制剂，延缓钛酸四丁酯的强烈水解，磁力搅拌1h后，80C回流陈化10h，得到稳定，透明TiO2 溶胶。
将普通的载玻片分别用丙酮，乙醇，去离子水超声清洗20min后，以其作基底从TiO2溶胶中采用浸渍提拉法制备TiO2薄膜，提拉速度为4mm/s, 湿膜在80E干燥10min后，放入Nabertherm炉内，分别在400C, 500C，600C保温1h,取出自然冷却至室温，即制得TiO2纳米晶薄膜。
五、实验结果分析：1■薄膜XPS分析468 464 460 456 452Binding Enefgy/eV图1薄膜的XPS分析图1为薄膜样品中Ti元素X射线光电子能谱。
介孔tio2薄膜
介孔tio2薄膜介孔TiO2薄膜是一种具有许多应用前景的材料，它具有高比表面积、高孔隙度、优异的光学和电学性能等特点。
本文将从以下几个方面对介孔TiO2薄膜进行详细介绍。
一、介孔TiO2薄膜的制备方法1. 溶胶-凝胶法：该方法是将钛酸酯等前驱体在水或有机溶剂中加入表面活性剂或聚合物，形成胶体，然后通过热处理或紫外光辐射等方式制备出介孔TiO2薄膜。
2. 模板法：该方法是利用硅胶、聚苯乙烯等模板，在其表面沉积钛酸酯等前驱体，经过热处理后，去除模板即可得到介孔TiO2薄膜。
3. 水热法：该方法是将钛酸酯等前驱体在水中加入氢氧化钠等碱性物质，在高温高压下反应生成介孔TiO2颗粒，再通过涂覆或喷涂等方式得到介孔TiO2薄膜。
二、介孔TiO2薄膜的表征方法1. 扫描电子显微镜（SEM）：该方法可以观察到介孔TiO2薄膜的形貌和孔径大小。
2. 透射电子显微镜（TEM）：该方法可以观察到介孔TiO2薄膜的内部结构和晶体形态。
3. X射线衍射（XRD）：该方法可以分析介孔TiO2薄膜的晶体结构和晶格参数。
4. 红外光谱（FTIR）：该方法可以分析介孔TiO2薄膜的化学键和官能团。
5. 紫外-可见光谱（UV-Vis）：该方法可以分析介孔TiO2薄膜的吸收光谱和光催化性能。
三、介孔TiO2薄膜的应用领域1. 光催化材料：由于介孔TiO2具有高比表面积和优异的光学性能，因此可用于制备高效率的光催化材料，如污水处理、空气净化等领域。
2. 电池材料：由于介孔TiO2具有优异的导电性能和高比表面积，因此可用于制备锂离子电池、太阳能电池等材料。
3. 传感器材料：由于介孔TiO2具有高比表面积和优异的化学特性，因此可用于制备气敏传感器、生物传感器等材料。
4. 其他领域：介孔TiO2还可用于制备催化剂、涂料、光学薄膜等领域。
四、介孔TiO2薄膜的发展趋势1. 多功能化：未来的介孔TiO2薄膜将具有多种功能，如光催化、电化学、生物医学等多种应用。
制备tio2薄膜的方法
制备tio2薄膜的方法
制备TiO2薄膜的方法有多种，以下列举几种常见的方法：
1. 溶液法：将含有TiO2前体的溶液在基板上喷涂、浸涂或旋涂，然后通过烘干和烧结等步骤形成薄膜。
常用的前体有钛酸酯、钛酸铁、钛酸盐等。
2. 气相法：通过热蒸发、溅射、磁控溅射等方法，在高温下使TiO2原子或分子气化并沉积在基板上形成薄膜。
3. 热氧化法：将Ti基板在高温氧气环境中进行氧化处理，使其表面形成一层TiO2薄膜。
4. 水热法：将含有Ti离子的溶液在高温、高压水热条件下进行反应，生成TiO2纳米晶体，并在基板上形成薄膜。
5. 电化学沉积法：通过电化学反应，在电解液中控制电流密度和电位来使TiO2沉积在电极上形成薄膜。
以上是一些常见的制备TiO2薄膜的方法，具体选择哪种方法取决于实际需求和研究目的。
电解制备二氧化钛薄膜的研究
电解制备二氧化钛薄膜的研究二氧化钛（TiO2）是一种重要的半导体材料，具有多种优良的物理化学性能，如稳定性、硬度等，因此被广泛应用于光电子器件、太阳能电池、储能设备等领域。
制备 TiO2 薄膜的方法中，电解法是一种简单易行的制备方式。
在这种方法中，电极表面通过电极化学反应生成 TiO2 薄膜。
本文将介绍 TiO2 薄膜的电解制备方法及其研究进展。
一、TiO2薄膜的电解制备方法1、传统的电化学沉积法传统的电化学沉积法是将电极浸入含有钛盐的电解液中，通过施加电压使电极表面发生电化学反应，生成二氧化钛。
其中钛盐可以是 TiSO4、 TiCl4、Ti(CH3COO)4 等。
在这种方法中，电极表面的生成情况与电极材料、电场强度、电解液浓度、温度等因素有关。
2、阳极氧化法阳极氧化法是一种简单、快速、低成本的TiO2 薄膜制备方法。
在这种方法中，将钛制品放入电解液中作为阳极，加上外部直流电源施加电压，通过电解反应在钛制品表面形成 TiO2 陶瓷膜。
该方法可以得到高品质的 TiO2 膜，并且可以通过调节电解液成分和工艺参数来控制膜的厚度和组成。
3、阴极反应生长法阴极反应生长法将TiO2 的制备完整依托于阴极反应。
通过调节电解液的组成和形成条件，实现在阴极表面上定向沉积 TiO2 薄膜。
通过选择筛选合适的阴极表面材料和制备条件，可以实现制备具有优异性能的 TiO2 薄膜。
二、电解制备 TiO2 薄膜的发展现状电化学沉积法是一种较早研究的 TiO2 薄膜制备方法，已经成为了一种比较成熟的技术方案。
历经多年的研究，目前已经有了一些较为久负盛名的学者，如Cowper 、Haynes 等，他们对电化学沉积法的机理进行了深入的研究，并取得了诸多可喜的研究成果。
阳极氧化法相比于传统的电化学沉积法有更多的应用前景。
阳极氧化法以便宜易得的钛制品作为原材料，通过阴极反应入侵制备 TiO2 薄膜的方法获得的 TiO2 薄膜能带结构和光学性质等方面的特性明显优于传统的电化学沉积法。
Tio2薄膜的制备讲解
新能源综合报告实验题目：Tio2薄膜的制备和微细加工学院：物理与能源学院专业：新能源科学与工程学号：1350320汇报人：指导老师：王哲哲一、预习部分（课前完成）〔目的〕：1、用溶胶-凝胶法制备Tio2光学薄膜。
2、学习紫外掩膜辐照光刻法制备Tio2微细图形。
3、微细图形结构及形貌分析。
〔内容〕1、了解溶胶凝胶制备薄膜的原理。
2、了解常见的微细加工的方法。
3、充分调研文献资料，确定实验方案。
4、实验制备和数据分析。
①、制备出感光性的Tio2薄膜凝胶，掌握制备工艺。
②、对Tio2凝胶薄膜进行紫外掩膜辐照。
③、制备出Tio2微细图形并进行热处理。
④、测试Tio2微细图形的结构和形貌特征，处理并分析数据。
〔仪器〕：(名称、规格或型号)紫外点光源、马沸炉、提拉机、光学显微镜、磁力搅拌器、紫外可见光分光光度计、提供制备Tio2材料的前驱物，溶剂等。
二、实验原理1、Tio2的基本性质Tio2俗称太白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型，其中锐钛型二氧化碳活性比金红石型二氧化钛高。
特点：它是一种n型半导体材料，晶粒尺寸介于1~100 nm，TiO2比表面积大，表面活动中心多，因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，呈现出许多特有的物理、化学性质。
应用：在涂料、造纸、陶瓷、化妆品、工业催化剂、抗菌剂、环境保护等行业具有广阔的应用前景，TiO2半导体光催化剂因光催化效率高、无毒、稳定性好和适用范围广等优点而成为人们研究的热点。
纳米TiO2的制备方法：物理制备方法：主要有机械粉碎法、惰性气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法等；物理化学综合法：又可大致分为气相法和液相法。
目前的工业化应用中，最常用的方法还是物理化学综合法。
2、溶胶-凝胶法的基本概念溶胶：是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中,并且不停地进行布朗运动的体系。
由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高,溶胶是热力学不稳定体系。
溶胶分类：根据粒子与溶剂间相互作用的强弱,通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。
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新能源综合报告实验题目：Tio2薄膜的制备和微细加工学院：物理与能源学院专业：新能源科学与工程学号：1350320汇报人：指导老师：王哲哲一、预习部分（课前完成）〔目的〕：1、用溶胶-凝胶法制备Tio2光学薄膜。
2、学习紫外掩膜辐照光刻法制备Tio2微细图形。
3、微细图形结构及形貌分析。
〔内容〕1、了解溶胶凝胶制备薄膜的原理。
2、了解常见的微细加工的方法。
3、充分调研文献资料，确定实验方案。
4、实验制备和数据分析。
①、制备出感光性的Tio2薄膜凝胶，掌握制备工艺。
②、对Tio2凝胶薄膜进行紫外掩膜辐照。
③、制备出Tio2微细图形并进行热处理。
④、测试Tio2微细图形的结构和形貌特征，处理并分析数据。
〔仪器〕：(名称、规格或型号)紫外点光源、马沸炉、提拉机、光学显微镜、磁力搅拌器、紫外可见光分光光度计、提供制备Tio2材料的前驱物，溶剂等。
二、实验原理1、Tio2的基本性质Tio2俗称太白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型，其中锐钛型二氧化碳活性比金红石型二氧化钛高。
特点：它是一种n型半导体材料，晶粒尺寸介于1~100 nm，TiO2比表面积大，表面活动中心多，因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，呈现出许多特有的物理、化学性质。
应用：在涂料、造纸、陶瓷、化妆品、工业催化剂、抗菌剂、环境保护等行业具有广阔的应用前景，TiO2半导体光催化剂因光催化效率高、无毒、稳定性好和适用范围广等优点而成为人们研究的热点。
纳米TiO2的制备方法：物理制备方法：主要有机械粉碎法、惰性气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法等；物理化学综合法：又可大致分为气相法和液相法。
目前的工业化应用中，最常用的方法还是物理化学综合法。
2、溶胶-凝胶法的基本概念溶胶：是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中,并且不停地进行布朗运动的体系。
由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高,溶胶是热力学不稳定体系。
溶胶分类：根据粒子与溶剂间相互作用的强弱,通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。
凝胶：是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联,形成空间网状结构,在网状结构的孔隙中充满了液体(在干凝胶中的分散介质也可以是气体)的分散体系。
对于热力学不稳定的溶胶,增加体系中粒子间结合所须克服的能量可使之在动力学上稳定。
溶胶-凝胶法原理溶胶凝胶法是将金属醇盐或无机盐作为前驱体，有机前驱体经过水解和缩聚反应形成溶胶，再以溶胶为原料对各种基材进行涂膜处理，溶胶膜经凝胶化及干燥处理后得到干凝胶膜，最后在一定的温度下烧结即得到所需的涂层。
溶胶粒子按照一定的机理生成，扩散而形成分散状的聚集体，当溶胶中的液相因温度变化，搅拌作用、化学反应或电化学作用而部分失水时，体系黏度增大，达到一定浓度时形成凝胶，将凝胶经过成型、老化、热处理工艺，可得到不同形态的产物，本实验一钛酸丁酯为基本原料，将钛酸丁酯融入有机溶液中，然后滴加到含有95%乙醇和冰醋酸的混合溶液中，由于被滴溶液含有谁，钛酸丁酯会发生水解，通过恒温磁力搅拌器不断搅拌，从而控制是钛酸丁酯均匀水解，见笑了水解产物的团聚，得到颗粒细小切均匀的溶胶溶液。
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缩聚反应：(1)失水缩聚：-M-OH+HO-M=-M-O-H-+错误!未找到引用源。
(2)失醇缩聚：-M-OR+HO-M=-M-O-M-+ROH钛酸丁酯的水解和缩聚反应：溶胶-凝胶法工艺流程溶胶凝胶法中的结构演变如图:图中A 为溶胶,溶胶颗粒均匀分散在溶剂中;溶胶颗粒在不断的碰撞中联结成线状,之后又构成三维网络,如图中B 所示,这是凝胶形成的初步:图中C 为凝胶的老化过程,这个过程随着溶剂的蒸发,凝胶颗粒在溶液的表面张力等作用下,颗粒接触边界发生缩颈(necking),颗粒间形成有机键结合,凝胶强度增加;随着凝胶化的进一步进行,凝胶网络间隙中溶剂挥发完全,形成含有大量溶剂挥发留下的孔隙的干凝胶(图l 一2中(D));在进混合液 钛酸丁酯 无水乙醇 二次蒸馏水 研磨、烘焙浓硝酸搅拌混合液 均匀混合液真空干燥 黄色晶体 搅拌 均匀混合液黄色 无白色纳米二氧化钛粉末 无水乙醇一步的干燥过程中,孔隙收缩(图1一2(E)),最后形成含有少量微小孔隙的非晶态玻璃体。
如果进一步进行高温热处理,将转变成晶体,形成陶瓷或无机薄膜。
用这种方法制备的薄膜在干燥过程中易龟裂(由于大量溶剂的蒸发所产生的残余应力而引起的)客观地限制着所制备薄膜的厚度。
因此,膜厚不仅是其它制备方法遇到的问题,溶胶一凝胶方法也同样存在这方面的问题。
溶胶-凝胶法制备TiO2 薄膜优点:①、可通过简单的设备,在各种规格和各种形状的机体表面形成涂层;可获得高度均匀的多组分涂层和特定组分的不均匀涂层;②、可获得粒径分布比较均匀的涂层;可通过多种方法对薄膜的表面结构和性能进行修饰;③、负载膜催化剂易回收利用,在催化反应中容易处理。
溶胶-凝胶法制备TiO2 薄膜缺点:①、干燥过程中由于溶剂蒸发产生残余应力导致薄膜容易龟裂;②、焙烧时由于有机物的挥发及聚合骨架的破坏,易导致薄膜龟裂出现裂缝,甚至脱落;③、薄膜的应力影响限制了薄膜的厚度;④、溶胶的粘度、温度、浓度和机体的波动等因素影响制备的薄膜质量;⑤、由于机体比较光滑,薄膜与机体之间作用力小,负载牢固性差。
3、光刻技术的基本知识光刻工艺利用光敏的抗蚀涂层(光刻胶)发生光化学反应，将已经设计好的图形从掩膜板（mask）传递到芯片表面的光刻胶掩膜。
光刻工艺的水平用分辨率、光刻精度、对准精度及缺陷密度等指标来度量。
光刻技术由三要素组成：光刻胶、掩膜板和光刻机。
光刻胶：又称为光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体。
光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变。
光刻胶有正负之分，正胶的基体是相对不可溶的苯酚-甲醛聚合物，也称为苯酚-甲醛树脂，在用适当的光能量曝光后，光刻胶转变成可溶状态；负胶的基体大多数是聚异戊二烯类型的聚合物，曝光后会由非聚合态变为聚合态，形成一种互相粘结的抗刻蚀物质。
直到20世纪70年代中期，负胶一直在光刻工艺中占主导地位，到20世纪80年代，正胶逐渐被接受。
正胶的分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶；负胶的分辨率差，适于加工线宽≥3μm线条。
正胶使用水溶性溶剂显影而负胶使用有机溶剂显影。
光刻过程中，光刻胶通过旋涂工艺（见实验一）在硅片（玻璃）衬底上经涂覆制备成薄膜后供下道工序使用。
光刻胶的折射率和玻璃接近约为1.45。
掩膜板（mask）：是光刻技术工艺流程的关键要素，也是限制最小光刻分辨率（线宽）的瓶颈之一。
应用于光电子器件芯片制造的光掩膜一般为高敏感度的铬板(chrome)，是由基板和不透光材料两个部分组成的光刻图样。
基板通常是高纯度、低反射率和低热膨胀系数的石英玻璃，不透光层是通过溅射方法镀在玻璃上厚约0.1um的铬层。
光刻机是将光源、掩膜板和涂覆有光刻胶薄膜的衬底片依次固定安放，使一定的波长的光线通过掩膜板投射到光刻胶薄膜上，形成与掩膜板的图形相反的感光区，对光刻胶进行曝光的装置。
光刻机的种类很多，按照光源分类，主要有紫外(UV)光刻机、深紫外(DUV)光刻机、极紫外(EUV)光刻机和X射线(X-ray)光刻机。
目前产业中使用最多的是前两种光刻机。
当光刻胶薄膜经光刻机曝光，然后进行显影、定影、坚膜等步骤，光刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保留下来，形成了版图图形，为后序的薄膜刻蚀、掺杂等器件工艺做好准备。
随着光电子产业的技术进步和发展，光刻技术及其应用已经超出了许多传统领域，几乎包括和覆盖了所有微细图形的传递、微细图形的加工和微细图形的形成过程。
因此，未来光刻技术的发展会更加多样，如深紫外和极紫外光刻、电子束光刻技术和激光直写光刻技术的开发，纳米压印和扫描探针光刻等新技术的发展和应用。
由于在溶胶中掺入了一定量的光敏剂,使得凝胶膜具有感光性,用紫外照射(35Onm)约100s，紫外线照过的地方薄膜完整保留, 而未照射的部分被完全溶解, 在基板上形成凝胶薄膜的微细图案。
紫外线照射到感光性薄膜时, 随着感光性螯合物的分解, 薄膜在乙醇中的溶解性也发生变化, 利用这一特性可以对二元系薄膜进行微细加工,紫外光通过具有微细图案的玻璃掩膜照射薄膜, 再通过在乙醇中的溶解, 便形成了如下图所示（图a及图b）的薄膜图案。
由于光照前后凝胶膜在某些溶液中的溶解度会发生变化,原可溶解的凝胶膜经光照后在该溶液中不再溶解,因此可以用这种化学溶液(一般用乙醇、甲醇等有机溶剂)溶解掉未曝光的部分,形成所需的器件图形。
如下图为光刻原理图：（a）（b）在光刻过程中,SOl-gel法中光敏硅基的光化学反应过程如下:R-M-X错误!未找到引用源。
R-M·+X·R-M+X+Ti-OH错误!未找到引用源。
R-M-O-Ti+HXR-M-O-Ti错误!未找到引用源。
Ti-O-M-O-Ti其中x是可感光的基团,R是可挥发的有机基团,M是金属和金属基团。
在SOl-gel中,加入一定量的光敏材料后,会形成一定量的(R-M-X)基团,这一光敏性基团在一定的波长的光的作用下,使M-X键断裂,产生反应能力很强的基团(R-M·)和(X.)。
(R-M·)基团与凝胶大量存在的钛烷醇基团(Ti-OH)起反应形成(R-M-O-Ti)。
然后在加热的作用下(R-M-O-Ti)进一步缩合和R的挥发,使金属M永久性的结合在的网络中,从而形成具有一定形状的图形。
温度对错误!未找到引用源。
薄膜的影响400 ℃退火的样品， XRD谱线出现少量微弱的衍射峰，经与图3.3.1(j)对比可以判断薄膜中出现锐钛矿相错误!未找到引用源。
；从 600 ℃退火样品的 XRD谱线并结合图 3.3.1(k)可知，薄膜中已出现金红石相错误!未找到引用源。
；随着退火温度的升高，锐钛矿相错误!未找到引用源。
特征衍射峰逐渐减弱，金红石相错误!未找到引用源。
特征衍射峰逐渐增强；900 ℃金红石相衍射峰强度明显增加；退火温度在 1000 ℃以上时样品已经完全转变为金红石相。
错误!未找到引用源。
有几种结晶相，其中最常见的是具有热力学平衡态的金红石相和亚稳态的锐钛矿相，金红石和锐钛矿在高温合成时都很容易形成，但是在较高的温度下更容易形成金红石。
必须指出，在 20 ：22.36出现的峰并非错误!未找到引用源。
的衍射峰，而是所使用的硅衬底固有的衍射峰，参见图2。
在 1200 ℃退火时，由于错误!未找到引用源。
薄膜与硅基片之间发生扩散和迁移程度加剧，所以 si的 22.36的峰尤其明显，其强度与金红石相主峰可比，同时由于高温退火促使错误!未找到引用源。