TiO_2薄膜陶瓷砖的制备及其亲水性能研究
磁控溅射制备TiO_2薄膜的亲水性能研究
第22卷 第3期V ol 122 N o 13材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第89期Jun.2004文章编号:10042793X (2004)0320401204收稿日期:2003208225;修订日期:2003211209基金项目:大连理工大学三束材料改性国家重点实验室资助项目(50240420656)作者简介:黄永刚(1975-),男,湖南郴州人,硕士,主要从事功能薄膜材料的研究磁控溅射制备TiO 2薄膜的亲水性能研究黄永刚1,陈 敏2,李长敏2,张庆瑜3(11大连轻工业学院玻璃及无机新材料研究所;21大连轻工业学院材料科学与工程系,辽宁大连 116034;31大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,辽宁大连 116024) 【摘 要】 用射频磁控溅射法在玻璃基片上制备T iO 2薄膜,并分别在300℃、400℃、500℃下进行热处理。
用紫外吸收光谱、原子力显微镜(AF M )、接触角测定等分析方法研究了制备工艺、热处理和紫外光照射时间对薄膜表面亲水性的影响。
结果表明,经紫外光照射或热处理后的T iO 2薄膜表面表现出明显的超亲水性,而制备工艺的变化对亲水性的影响不明显。
光谱、AF M 分析表明,导致薄膜表面亲水性的原因在于薄膜表面微结构的变化。
【关键词】 T iO 2薄膜;磁控溅射;亲水性;表面微结构中图分类号:T Q171172+4 文献标识码:AStudy on H ydrophilic Properties of TiO 2Thin Films Preparedby Magnetron SputteringHUANG Yong 2gang 1,CHEN Min 2,LI Chang 2min 2,ZHANG Q ing 2yu3(11I nstitute of G lass and N ew I norganic Material ,Dalian I nstitute of Light I ndustry;21Dep artment of Material Science and E ngineering ,Dalian I nstitute of Light I ndustry ,Dalian 116034,China ;31State K ey Laboratory for Material Modification by Laser ,Ion and E lectron B eams ,Dalian U niversityof T echnology ,Dalian 116024,China)【Abstract 】 T iO 2thin films were prepared by RF magnetron sputtering on the glass substrates and annealed at 300℃,400℃and500℃respectively.The in fluences of preparation conditions ,annealing tem perature and illuminating time on hydrophilicity of the T iO 2thin films were studied by using ultraviolet abs orption spectrum ,atomic force microscopy (AF M ),and contact angle measurement.The results show that T iO 2thin films can be wetted by water after annealing or UV 2light illuminating for certain time ,but the change of preparation conditions can not effectively im prove hydrophilicity.The analysis of ultraviolet abs orption spectrum and AF M shows that the hydrophilicity of T iO 2thin films depends strongly on the change of sur face microstructure.【K ey w ords 】 T iO 2thin films ;magnetron sputtering ;hydrophilicity ;sur face microstructure1 前 言T iO 2半导体薄膜材料在污水处理、空气净化、保洁除菌等领域有着广泛的应用[1～3]。
陶瓷表面 TiO2薄膜的制备及光催化性能研究
陶瓷表面 TiO2薄膜的制备及光催化性能研究姚明明;卢萍;张颖;孙国新;何畏;夏光明;蒋宛莉【期刊名称】《中国粉体技术》【年(卷),期】2004(010)002【摘要】采用化学溶胶-凝胶法制备 TiO2溶胶,用浸渍-提拉方式在陶瓷表面制成锐钛矿相 TiO2薄膜.用 X射线衍射法 (XRD)确定了晶型及晶粒的大小;用光电子能谱测定了其微观成分及其含量;考察了 7种过渡金属离子掺杂后对甲基橙降解的光催化性能的影响及其变化规律,并对陶瓷和玻璃的光催化活性进行了比较.实验结果表明:掺杂 Mn及 Ni离子对于提高 TiO2薄膜的光催化活性有明显的促进作用,降解 30 min后,降解率分别达到 79.7%, 80.8%.瓷片和玻璃的光催化活性要视掺杂的金属离子而定,不同的掺杂离子对瓷片和玻璃的光催化活性有不同的作用效果.【总页数】4页(P4-7)【作者】姚明明;卢萍;张颖;孙国新;何畏;夏光明;蒋宛莉【作者单位】济南大学,化学化工学院,,山东,济南,250022;济南大学,化学化工学院,,山东,济南,250022;济南大学,化学化工学院,,山东,济南,250022;济南大学,化学化工学院,,山东,济南,250022;山东大学,晶体材料国家重点实验室,山东,济南,250100;山东大学,晶体材料国家重点实验室,山东,济南,250100;山东大学,晶体材料国家重点实验室,山东,济南,250100【正文语种】中文【中图分类】O612.4【相关文献】1.氧化锆陶瓷表面Ag-TiO2抗菌薄膜的制备及性能 [J], 赵夫健;陈伟凡;黄自坤;呙阳;张林;石连水2.玻璃表面纳米TiO2薄膜的制备及光催化性能研究 [J], 关凯书;白皓然;尹衍升;张金升3.搪瓷表面TiO2薄膜的制备和光催化性能表征 [J], 张宝宁;蒋伟忠;刘亦非;陈丽芸4.3Y-TZP陶瓷表面镧掺杂TiO2薄膜的制备和抗菌性能研究 [J], 曾永发;付玉林;戴群;石连水;5.电压和时间对微弧氧化法制备的TiO2陶瓷薄膜的光催化性能的影响 [J], 曹立;徐刚;韩高荣;郑宏晔因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
TiO2复合薄膜的制备、表征与性能研究的开题报告
丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物/TiO2复合薄膜的制备、表征与性能研究的开题报告
一、研究背景及意义
随着科技的发展和人们生活水平的提高，对新型材料的需求越来越大。
作为一种重要的功能材料，高性能复合材料得到了广泛应用。
其中，复合薄膜作为一种新兴的材料，因其具有多种良好的性能而备受关注。
尤其是丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物与钛白粉的复合，能够改善膜的力学性能，增强其光学性能，并提高其耐候性，使之成为一种理想的复
合材料。
二、研究内容与方法
本研究将采用原位聚合法制备丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物
/TiO2复合薄膜，并利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射（XRD）仪等手段对其形貌、微观结构以及化学组成进行表征。
同时，探究其光学性能和力学性能，并分
析其应用前景。
三、预期结果
通过制备、表征与性能研究，预期将得到丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物/TiO2复合薄膜的制备工艺、表征特征、光学性能和力学性能等方面的相关性质。
为复合薄膜的应用提供参考和基础。
四、研究意义
以丙烯酸丁酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物/TiO2复合薄膜为对象，研究其制备、表征和性能等方面的问题，旨在探索一种新型的复合薄膜材料，
为材料科学和工程的发展做出贡献。
此外，该研究也有望为其在新能源、环保等领域的应用提供理论依据。
【doc】TiO2薄膜亲水性机理及改善方法的研究进展
TiO2薄膜亲水性机理及改善方法的研究进展TiO薄膜亲水性机理及改善方法的研究进展/王玉玲等?61?TiO薄膜亲水性机理及改善方法的研究进展王玉玲许启明赵鹏田晓珍姚燕燕(西安建筑科技大学材料物理研究所,西安710055)摘要对TiO薄膜的一种新特性——光诱导亲水性进行了综合评述.主要概括了对亲水性机理的认识过程和研究现状以及影响TiO薄膜亲水性的各种因素,讨论了通过掺杂改善其亲水性的方法.根据国内外的研究和应用现状,提出氧化钛薄膜亲水性研究今后发展的方向.关键词TiO薄膜亲水性机理改善方法ResearchontheMechanismandImprovementWaysoftheHydr0philicityofTiO2ThinFilmW ANGYulingXUQimingZHAOPengTIANXiaozhenY AOY anyan (InstituteofMaterialsScience&Engineering,Xi'anUniversityofArchitecture& Technology,Xi'an710055)AbstractThelight—inducedhydrophilicityofTiO2thinfilmsisdiscussedsyntheticallyandtheunderstand—ingandresearchactualityaboutthemechanismofhydrophilicityofTiO2thinfilmsaresumm arized.ThefactorswitheffectonthehydrophilicityoftheTiO2thinfilms,especiallytheenhancedhydrophilicityofTi O2thinfilmsthroughdopingmethodarealsoreviewed.ThepreparationandresearchofhidropilicTiO2thinfilmsin thefutureareprospect—ed.KeywordsTiO2thinfilm,hydrophilic,mechanism,improvementways自从1972年Fujishima发现在光照下TiO电极能将水分解为氢和氧以后],人们就将目光投向TiO光电转化效应和光催化效应,并将其用于能源及环保方面,收到了巨大的成效. 1997年Wang等发现了TiO的又一种新特性——光诱导亲水性l_5],当TiO薄膜表面被光照射后润湿性得到很大改善.这种特性使人们耳目一新,而TiO薄膜的亲水性就成为一个新的研究热点.近几年对TiO亲水性薄膜的研究主要集中在以下几个方面:①对TiO薄膜亲水性机理的探讨l_6;②利用各种掺杂改善TiO薄膜的亲水性l_2";⑧提高TiO薄膜光诱导亲水性光敏程度.];④各种方法制备TiO薄膜中实验参数对亲水性的影响[20'.本文将主要对TiO薄膜亲水性的机理和利用各种掺杂改善其亲水性2个方面作详细阐述,并对其应用现状,前景以及存在的问题进行分析.1Tio2薄膜的光诱导亲水机理TiO是N型半导体,当受到能量大于禁带宽度(3.2eV)的光子照射时,将产生强还原性的导带电子和强氧化性的价带空穴.具有活性的电子和空穴与所处环境中的各种粒子作用导致了Ti0的2种特性——光催化性和光诱导亲水性.关于TiO薄膜的亲水性机理有2种不同的说法.较早的一种理论认为,TiO薄膜在光照下显示的表面润湿性的变化与TiO的光催化性[1"有着直接的关系:原始的TiOz薄膜表面本身是亲水的,极易吸附空气中的有机物成为疏水表面,与水的接触角变大.在小于其激发光波长380nm的紫外光激发下, 产生光生电子和空穴.电子与空气中的0反应生成?0,空穴与表面吸附的H0或0H反应形成具有强氧化性的羟基0H(如图1所示).活性羟基具有402.8mJ/mol的反应能,高于有机物中各类化学键能,如C—C(83mJ/too1),C—H(99mJ/mo1),C—N(73mJ/mo1),C—O(84mJ/mo1),H—O(111mJ/mo1),N—H(93mJ/mo1),因而能完全分解各类有机物最终生成CO和H0.这样的光催化氧化过程使TiO薄膜表面有机物消失,恢复原始的亲水性.-+-0一+ll+—?0H+H+h+—?0H图1TiO2光催化原理Fig-1Ti02photocatalyticprinciple现在仍有热致亲水[1"等实验现象支持这样的说法.然而,如果只用这个机理更多的研究结果无法获得令人满意的解释.例如:(1)T和SrTiO.同样都有着很强的光催化氧化性,但在SrTiO.表面,紫外光照射48h后水的接触角也不会下降[1;*基金项目:西安市科技局产业化重点项目(NO.ZS200217);国家教育部重点基金项目(NO.02188)王玉玲:女,1979年生,硕士研究生,主要从事功能材料E—mail:*******************62材料导报2004年i0月第18卷专辑Ⅲ(2)在纯水中,用超声波处理也会导致TiO表面由亲水向疏水的转变一;(3)当紫外光照射停止后,光诱导TiO亲水表面恢复疏水状态,在纯氧中这种恢复速率比正常条件下大.如果有机物污染表面是接触角增大的唯一原因,那么在正常条件下的恢复速率应该比在纯氧中大,因为在前者环境中有机物的浓度更高,而结果却是相反的n;(4)在文献[2]中报道了]Ohm亲水微区在疏水表面的形成导致了紫外光照射后的双亲表面,这种微区结构的产生不能用吸附有机物这样的假设作为引起TiO.表面润湿性变化的唯一原因.另一种关于TiOz薄膜亲水性机理的说法,也是现在人们普遍接受的一种解释是:TiO薄膜表面被紫外光照射激发出电子空穴对,电子空穴对不像在光催化反应中与0和H0作用,而是与表面Ti0晶体自身发生反应,电子与Ti叶.反应生成Ti", 空穴与0反应生成0和氧空穴(如图2所示).一方面,Ti"极不稳定迅速被空气中的0氧化;另一方面,氧空穴和空气中的H0结合,形成化学吸附水层(?OH).这就是TiO表面产生亲水性的根源所在.4h十20一—-O十V(0)图2TiO2光诱导亲水性原理Fig.2Ti02light—inducedhydrophilicityprincipleTiO薄膜表面原子的结合不同于体相内部.在TiO薄膜表面,原体相内部的六配位Ti和三配位0由于原子排列被截平而变为五配位的Ti和二配位的0,这比体相内部的Ti和0 更有活性.在紫外光的照射下,T.(]表面二配位的桥氧位置处易产生氧空位,使相应的Ti叶.变为有利于解离吸附水的Ti". 表面氧空位由于易吸附空气中的水形成化学吸附水层,而氧空位缺陷周围成为亲水微区,表面的剩余部分则仍保持疏水亲油, 成为亲油微区.如图3所示,亲水微区和亲油微区在表面是呈纳米级间隔分布的,亲水区为规则的长方形(30～80nm),沿Ti0晶体(110)晶面的Eoo13方向排列,亲水微区比周围的亲油微区高出0.4～0.6rim.由于一个液滴远比亲水微区(或亲油微区)大,它就可在Ti0表面不断铺展,产生二维的毛细管现象,使表面在宏观上表现出既亲水又亲油的双亲性质.紫外光照射使TiO薄膜表面产生的这种电子结构和几何结构的变形,相对于原始结构并不稳定.若停止紫外光照射,Ti0周围富集的氧气则会打破原有的吸附平衡,取代化学吸附水(?0H),吸附在氧空位上,使表面亲水亲油微区的间隔分布消失,丧失亲水性,与水的接触角增大,表面从亲水转向疏水.当紫外光再次照射表面时,还可恢复双亲表面.这种理论对光诱导亲水性的产生和回复有了更微观的,结构层面上的,较令人信服的解释,然而对于具体的反应细节和变化机理还不是十分清楚,需要进一步探究.【oDl】f—---—-—---_I?[110]TiO2(110)面俯视图TopviewofTiO2(110)surfacehydrophilicOOatbridgingsiteO0atsurface●Ti●hydroxylgroup—molecularwriter亲水表面侧视图Sideviewofhydratedsurface图3亲水表面示意图Fig.3Sketchmapofhydratedsurface以上2种亲水性的机理虽有不同,但也并非相互排斥,在实际应用中很可能是2种反应过程同时发挥着作用.所以深刻理解这2种反应过程对于TiO薄膜亲水性的研究十分重要.2Tio2薄膜亲水性能的改善固体材料表面与水的接触角在15.以下水在表面有良好的流动性,10.以下有自清洁功能,7.以下水就可在表面铺展,具有防雾功效.而一般的TiO薄膜需要在至少20mW/cm的紫外光下照射5h以上,与水的接触角才能从7O.左右降至1O.左右, 停止光照后很快就恢复疏水状态.针对这样的亲水性现状和应用需求,人们对Ti0薄膜的亲水性的改善研究期望可以达到以下的目的:①光照后可达到的与水的接触角越小越好;②达到最小接触角所需光照时间越短越好;③亲水性在无光照时可保持的时间越长越好.除此之外,为适应自然条件下的应用,对光的敏感程度和对可见光的利用率也是2个十分重要的指标.2.1提高表面羟基稳定性的掺杂(以SiO2为例)M.Machida等发现由TiO/si0复合溶胶制备的薄膜具有较好的光诱导亲水性,后来也有大量报道_2证实,适量SiO的掺入确实使TiO薄膜的亲水性得到了改善.SiO是一种蓄水材料,SiO晶面吸附水,形成与硅原子对称的羟基团,与其他无机氧化物相比,其表面羟基具有最大的稳定性.在光照条件下,TiO/sio复合薄膜表面的物理吸附水扩散至SiOz处,被SiO吸附,成为稳定的物理吸附水层.停止光照,SiO表面的吸附水可稳定附近TiO表面的Tj"一0H结构,使氧置换化学吸附水的过程变慢,TiO表面即使在黑暗中也能维持长时间亲水特性.当再次激发时,其表面亲水性容易恢复.但SiO含量过TiO薄膜亲水性机理及改善方法的研究进展/王玉玲等?63? 高,表面被较多SiO所占据,不易受光激发产生亲水性的纳米微区.亲水性能下降.2.2增加表面缺陷的掺杂(以F2o3为例)有研究一证实,掺杂FeO.,ZnO等金属氧化物可使TiO.表面初始接触角变小,完全润湿时间明显缩短.经研究Fe0.对TiO.亲水性的影响发现:TiO/Fe0.复合薄膜的亲水性随Fe.0.含量的变化与薄膜孔隙率随Fe:0.含量的变化趋势完全相同.这是因为掺人金属氧化物后与未掺杂的薄膜相比, 表面形成的各种缺陷增多,而水易在缺陷处吸附,所以使TiO薄膜的亲水性得到了改善.2.3增加氧空位的掺杂(以Ce掺杂为例)掺杂Ce的TiO薄膜为CeO.～TiO结构,Ce在光激发下很容易捕获光生电子生成三价态的Ce"离子,空穴则与表面氧离子反应形成氧空位(Ce+e—ce",0+2h一1/20).在TiO单晶中,(110)面和(100)面比(001)面更容易受光激发使表面具有亲水性,这主要是由于Ti0(11O)和(100)面为二配位的桥氧结构,而(001)面则与TiO晶体内部原子排列相同,表面缺乏桥氧结构.桥氧与面内氧相比具有更大的反应活性,更容易被氧化释放形成表面氧空位.而在实际应用中,TiOz 薄膜多是多晶锐钛矿型表面,可能具有较少的表面桥氧结构,因此添加ce等稀土元素可增加表面氧空位,提高表面亲水性. 2.4控制电子空穴的定向迁移(以TiO2/wo3双层结构为例)MasahiroMiyauchi等曾研究了在w0.上覆盖一层TiO2双涂层的亲水性_2,发现这样的双层结构不仅改善TiO薄膜的亲水性,而且使其在可见光的照射下可显示出光诱导亲水性.这是因为TiO的价带和导带电位比WO.的价带和导带电位都高,且WO.的禁带宽度仅为2.8eV,在TiO层和WOs层之间发生了电子和空穴的定向转移.图4是TiO/wo.的能量示意图.光生电子首先在TiO上形成并转移到低电位的WOs上, 在WO.上生成的空穴则转移到高电位的TiO上,这样阻止了电子与空穴的复合,空穴集中在上层的TiO表面上,使薄膜显示高亲水性.WO.2.8eV的禁带宽度使薄膜吸收波长向可见光偏移,即使在室内的光线下,TiO/WO.双层结构薄膜也能显示出亲水性.2.5降低表面酸性的掺杂(以AI20B为例)氧化物表面活性很大程度上取决于表面的酸碱性.在TiO表面酸性越强,羟基?OH越少,导致亲水性下降,而AleOs的添加使表面酸性变弱,羟基数量增加,亲水性因此得到改善[35,36].一L0OLO呈o2.03o图4TiO2/WOs薄膜能量图Fig.4EnergydiagramforTiO2/WOsfilms通过以上各类方法改善的Ti()亲水薄膜,再通过制备工艺的优化,可以使其在可见光或弱的紫外光下被激发,并保持长期的超亲水性.3Tio2亲水薄膜的应用现状及研究方向TiO薄膜优异的光诱导亲水特性扩展了这种半导体材料的应用领域一.将其镀于玻璃,陶瓷等建筑材料表面,可使表面长期被一层水膜覆盖,粘附于材料表面的有机或无机物都可在雨水的冲洗下被轻易除去,保持表面的长期清洁.在汽车玻璃,眼镜,光学仪器用镜,浴室瓷砖表面涂覆一层TiO亲水薄膜,可产生防雾的功能.另外,将Ti0亲水薄膜用于热交换器口一,最大热流密度点可升至过去的2倍,最小热流密度点比过去高1OOK,大大提高了热交换率.Nissan公司在1998年组装了带有亲水性TiO不结珠侧视镜的汽车;ToTo公司也开发了用户型侧光镜膜,正面是TiO..反面是胶,便于生产和使用,产品已经投入市场;2000年ToTo公司还发起了自动清洁汽车涂料业务.在我国,对活性TiO薄膜光催化技术以及水处理方面的研究比较多,光催化技术的研究也进入了工业应用阶段,但将活性TiO薄膜作为一种除污防雾的功能材料研究还不多见.因此TiO作为一种新的功能材料具有非常好的前景.应该说TiO亲水性薄膜的研究在实验室阶段已经获得了一些成果,也有很广阔的市场,但事实上这种薄膜却没有得到广泛的应用.所以在实验室研究到工业化生产的转化环节中还需要做大量的工作.例如,目前实验室所采用的各种镀膜方法都存在着在实际生产中不适用,投资大,生产效率低或镀膜质量差的问题,因此改良镀膜方法就成为一个很现实的课题.日本学者R.Asahi[在可见光诱导的氧化钛薄膜光催化性能研究方面取得了突破性进展,一改人们过去只知道阳离子掺杂改性氧化钛薄膜性能的习惯思维,从理论上得出进行阴离子掺杂的可行性,并成功制备出具有可见光催化活性的氮氧化钛薄膜,这一研究将氧化钛薄膜在紫外光辐照下的亲水性研究推进到可见光照射下的氧化钛薄膜的亲水性研究一,为氧化钛薄膜亲水性研究开辟了新的方向.12参考文献HondaK,FujishimaA.Nature,1972,238:37 HugenschmidtMB,GambleL,CampbellCT.SurfSci,1994,3O2:329ngmuir,1996,12:5093HendersonMA.SurfSci,1996,355:151WangR.HashimotoK,eta1.Nature,1997,388:431LeeYC.HongYP,LeeHY,eta1.JColloidInterfaceSci.2003,267:127WangR.HashimotoK,eta1.AdvMater,1998,2:135TakataY.HidakaS,MasudaM,eta1.InterJEnergyRes,2003,27:111SakaiN,WangR,ngmui,1998,14:5918YuJ,ZhaoX.MaterResBul1,2001.36:97WatanabeT,NakajimaA,WangR,eta1.TbinSolid Films,1999,35:260MiyauchiM,NakajimaA,FujishimaA,munica—tions,2000,12:3MiyauchiM,KiedaN,eta1.SurfSci,2002,511:401 OndaT.ShibuichiS,ngmuir,1996,12:2125n¨.}iZ∞64?材料导报2004年10月第18卷专辑Ⅲ15FuiishimaA,eta1.BKCInc.Tokyo,199916SunRD.NakajimaA,WatanabeT.JPhysChemB, 2001,1O5:198417KameiM.MitsuhashiT.SurfSci,2000,563:L60918NakamuraR,UedaK,ngmuir,2001,17:2298 19SakaiN.FujishimaA,WatanabeT,eta1.JPhysChemB, 2001,105:302320MachidaM,NorimotoK,WatanabeT,eta1.JMaterSci. 1999,34:256921XianzhiF,LouisCA,QingY.eta1.EnvSciTechn,1996, 30:64722FengA,BenjaminJ,ZuhairMC.eta1.MaterSciEngA, 1998,A242:5O5623JiaguoY,JianxiuZ,JimmyC,eta1.JMaterSciLett, 2001,2O:174524KangM.JMolecularCatalysisA,2003,197:17325EhrmanSH,FriedlanderSK,ZachariahMR.JMater Res,1999,14:455126ChenF,ZhaoJ.Cata1Lett,1999,58:24527关凯书,姜秋鹏,尹衍升.中国稀土,2003,21(3):291 28MiyauchiM,NakajimaA,WatanabeT.ChemMater, 2002,14:471429SerponeN,MaruthamuthuP,PichatP,eta1.JPhoto—ChemPhotobio1A,1995,85:24730DoYR.LeeW,DwightK,eta1.JSolidStateChem, 1994.1O8:19831MartinC.SolanaG,RivesU.JChemSocFaradayTrans, 1996.92:81932HattoriA,TokihisaY,TadaH,eta1.JElectrochemSoc, 2000,147:227933KwonYT,SongKY,eta1.JCata1,2000,191:19234ShiyanovskayaI,Hepe1M.JElectrochemSoc,1999,146: 24335MachidaM,NorimotoK.WatanbeT.eta1.JMaterSci, 1999.34:256936LiuQJ.Y angXK,LiuQ,eta1.JInorgMater?2003,18:133137HataS.KaiY,eta1.JSAEReview.2000,21:9738AsahiR,MorikawaT.eta1.Science,2001,293:26939MiyauchiM,NakajimaA,HashimotoK,eta1.Adv Mater,2000,24:192340JiaguoY,XiujianZ.MaterResBull.2001,36:9741NakamuraM.KorzecD.AokiT.App1SurfSci,2001. 175—176:69742SirghiL.AokiT.HatanakaY.ThinSolidFi1m.2002, 422:5543WatanabeT,FukayamaS,MiyauchiM.eta1.JSol—gelSci Techn,2000,19:7144HoffmannMR.MartinST,ChoiW,eta1.ChemRev,1995,95:6945LinsebiglerAL.LuG,Y atesJT.ChemRev.1995,95:73546SopyanI.MurasawaS,HashimotoK,eta1.ChemLett, 1994,23:72347崔晓莉,沈杰,任达森,等.化学通报.2003,3:20348WangR,SakaiN,FujishimaA,eta1.JPhysChemB, 1999,1O3:218849HellerA.ACCChemRes,1995,28:5035OFuishimaA,TrykDA,WatanabeT,eta1.Internationa1 GlassReview—FlatGlassProcessing,1998,2:11451HashimotoK.FujishimaA.CMC,1998.5:14952IrieH.WashizukaS,Y oshinoN,eta1.ChemCommun, 2003,68(11):129853AsahiR,eta1.PhysRevB,2000,61:7459(上接第6O页)9JangHeeDong,KimSeongKil,KimSeungJin.Effectof particlesizeandphasecompositionoftitaniumdioxide nanoparticlesonthephotocatalyticproperties.JNanoparti—cleRes,2001,3(2/3):14110LeeJongHoJung,KyeongY oull,ParkSeung.Bin.Modifi—cationoftitaniaparticlesbyultrasonicspraypyrolysisof colloid.JMaterSci,1999,34(16):408911ThorntonHilaryM.LeeChristenenG.SuriRominderPS. 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TiO2薄膜制备与性能解读
目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 绪论 (3)2 国内外研究文献综述 (5)2.1 TiO的结构 (5)2薄膜亲水性原理 (5)2.2 TiO2薄膜结构及其性能的影响 (6)2.3 相关参数对TiO22.3.1 晶粒尺寸 (6)2.3.2 结晶度和晶格缺陷 (6)2.3.3表面积和表面预处理 (6)2.3.4 表面羟基 (6)2.3.5 薄膜厚度 (7)3 实验部分 (8)3.1 实验系统介绍 (8)3.2 衬底的选择及清洗 (9)薄膜的实验步骤 (9)3.3 直流磁控溅射制备TiO23.4 亲水性测试 (9)4 实验结果及参数讨论 (10)薄膜的工作曲线的影响 (10)4.1 氧流量对TiO24.2 溅射功率的选择及其对薄膜的性能影响 (11)4.3 总气压对薄膜性能的影响 (13)4.4 氧氩比对薄膜亲水性的影响 (13)4.5 基片温度对薄膜性能的影响 (14)4.6 热处理对薄膜性能的影响 (16)结论 (18)谢辞 (19)参考文献 (20)直流磁控溅射法制备TiO2薄膜摘要：本文利用直流磁控溅射法在不同条件下制备玻璃基TiO2薄膜样品，并检测了薄膜的超亲水性。
研究了沉积条件例如溅射总气压，氧气和氩薄膜最佳性气的相对分压，溅射功率，基片温度和后续热处理对TiO2薄膜是无定型且能的影响。
实验结果显示：在较低温度下沉积的TiO2亲水性较差。
相反，在4000C到5000C范围内退火过后，薄膜表面呈现超亲水性能。
本文在实验中获得的最佳制备条件为：溅射功率为94 W，溅射气压在2.0Pa，氧氩比是2:30，基片温度为400 0C，最后在空气气氛中退火，温度为4500C。
关键词：直流磁控溅射；TiO2薄膜；超亲水性；退火温度Preparing TiO2 Films by DCReactive Magnetron SputteringAbstract: In this paper TiO2films are deposited on the glass substrates by DC reactive magnetron sputtering at different conditions. Super hydrop-hilicity of TiO2 thin film has been examined.The influences of thedeposition such as the total sputtering gas pressure，their relativeoxygen and argon partial pressure,sputtering power,substrate temper-atrue and post-annealing temperature on the optimum performanceof the TiO2 thin film are studied. The results showed that the TiO2thin film sputtered at low temperature is amporphous and has arather poor hydrophilicity.In contrast,annealed at a temperature ran-ging from 400 0C to 500 0C,super hydrophilicity of the anataseph-ased TiO2film can be observed.The best conditions obtained arethat sputtering power is 94 W,sputtering pressure is 2.0 Pa,oxygenargon ratio is 2:30,substrate temperature is 4000C and annealing temperature in air atmosphere is 4500C.keywords:reactive magnetron sputtering;TiO2 thin film;super hydrophilicity;annealing temperature1 绪论TiO2有独特的光学、电学及化学性质，已广泛用于电子、光学和医学等方面。
纳米TiO_2薄膜的制备及性能表征
催化活性最高 。当加水量小于 0. 4 mL时 ,生成低交 联度产物 ,薄膜不连续 。随水含量的增加 ,醇盐水解 和缩聚反应加速 ,溶胶粘度增大 ,缩聚物的交联度和 聚合度也随之增大 ,生成高交联度的产物 ,此结果与 胡安正等人 研究结 果不同 [ 6 ] 。当加水量 大于 2. 5 mL时 , 过多 的加水量可使 TiO2溶胶的凝胶时间大 大缩短 ,水解产物和缩聚产物在短时间内聚集 ,生成 白色沉淀 ,此结果与卫志贤 [ 7 ]等人研究结果相同 。 2. 3 硝酸含量对薄膜性能的影响 固定其它反应物的加入量 ,试验考察了硝酸加 入量在 0～6. 0 mL范围内对薄膜性能的影响 ,结果 见图 3。
由图 1可知 , TNB T加入量对 薄膜的光催化性 能影响很大 。在制备透明薄膜 时 , TNB T加 入量控 制在 4. 0～5. 0 mL 之间比较合适 。原因可能为当 TNBT用量小于 4. 0 mL 时 ,反 应物含量低 , 体系中 醇盐的水解和缩聚反应速度减慢 ,水溶胶中生成的 水解和缩聚产物较少 ,织构强度较弱 ,网络结构容易 在干 燥过程 中塌陷 ,生 成裂纹 , 光 催化活 性低 ; 若 TNBT用量小于 5. 0 mL 时 ,反 应物含量高 , 水解产 物和缩聚产物含量高 ,从而导致溶胶粒子间相互碰 撞 、团聚形成大的晶粒 ,在溶胶液制备过程中生成果 冻状凝胶 ,不能应用于薄膜的制备 。 2. 2 加水量对薄膜性能的影响 固定其它反应物的加入量 ,试验考察了加水量 在 0. 4～2. 5 mL范围内对薄膜性能的影响 ,结果见 图 2。
D EA 0. 12 0. 12 0. 12 0. 12 0. 12 0. 12
PEG 1. 4 1. 4 1. 4 1. 4 1. 4 1. 4
DM F 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4
TiO_2_SiO_2薄膜的光催化活性和超亲水性能
T iO2-SiO2薄膜的光催化活性和超亲水性能Ξ于向阳ΞΞ程继健(华东理工大学无机材料研究所,上海 200237)摘要:采用溶胶凝胶法在普通玻璃表面制备了均匀的T iO-SiO2光催化薄膜,并研究了SiO2含2量对T iO2光催化性能和超亲水性能的影响。
对罗丹明B的光降解实验表明,加入少量的SiO2可提高T iO2薄膜的光催化性能,过多的SiO2降低了T iO2光催化活性。
但超亲水性的实验则表明,加入量提高了玻璃表面的超亲水性能。
较多的SiO2关键词:二氧化钛;二氧化硅;光催化活能;超亲水性中图分类号:T Q171.73+9 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2001)03-0038-05 The Photocatalytic Activity and Super-H ydrophilicProperty of TiO2-SiO2FilmsYU XiangΟyang,CHENG JiΟjian(Research Institute of Inorganic Material,East China University of Science&T echnology,Shanghai,200237,China) Abstract:T iO2-SiO2films are coated on the surface of glass by s ol-gel process.E ffects of the am ount ofSiO2addition on the photocatalytic activity and super-hydrophilic property of T iO2are investigated.Resultsof photodecom posing Rhodamine B show that a small am out of SiO2addition im proves the photocatalytic ac2tivity of T iO2;however,a larger am ount of SiO2addition im proves the super-hydrophilic property of T iO2.K ey w ords:T itania;Silica;Photocatalytic activity;Super-hydrophilic property1 前言自从1972年T iO2光催化特性由日本藤 昭教授发现以来,以其为代表的光催化材料已得到广泛的研究,利用T iO2光催化材料对环境中各种污染物的明显去除效果已引起世界的广泛关注。
水热法制备TiO_2薄膜的研究_黄晖
采用未镀膜基片作为参比 样, 以扣除 基片的影响.
在分析化学中, 分光光度计所测量的光强度损失主 要考虑光通过溶液吸收损失部分, 因而称为吸光度
( Abs ) :
Abs =
log
I0 I
=
log
1 T
,
( 1)
式中 I 0 和 I 分别为光通过样品前后的强度, T 为样
品的光透过率. 在本测试过程中, 以通过基片的光强
TiO2 薄膜的 SEM 照片如图 7 所示. 从图 7 中可
以看出, 所制得 TiO2 薄膜较均匀、致密、无卷曲和开
裂等缺陷, 薄膜的底层已连接成片, 颗粒分布窄, 形 状规整, 而表层则随机地分布着一些岛状颗粒, 基本 符合薄膜的形核- 生长理论所描述薄膜生长步骤, 表 明 T iO2 薄膜在基片上的生长过程片上实质上是一
个异相成核- 晶体生长的过程, 与水热条件下制备纳 米粉体中的晶体生长机制类似[21, 22] . 薄膜中颗粒尺 寸为 100nm 左 右, 而 同 系 统 中 粉 体 晶 粒 尺 寸 用 Scherrer 公式计算为 1018 nm[23] , TEM 照片中( 见图 8) 粉体的颗粒规整, 呈四方或球 形, 粒径分布 范围 窄, 在 10 ) 20nm 之间, 与用 Scherrer 公式计算结果基 本一致. 薄膜的颗粒尺寸比粉体的颗粒尺寸大得多, 说明所用的衬底影响 TiO2 晶粒的生长.
已报道的用水热法制备 T iO2 薄膜以 T i 金属粉 末在 H2O2 中 被 氧 化 生 成 的 T iO4 2- 溶 液 为 前 驱 物[ 11] , 其前驱物制备复杂, 成本较高. 因此, 本文以 Ti( SO4) 2 和尿素水溶液为前驱物, 采用水热法在玻 璃基片上制备了 TiO2 薄膜.
TiO_2_SiO_2_CeO_2复合纳米薄膜超亲水性能的研究
TiO2/SiO2/CeO2复合纳米薄膜超亲水性能的研究Ξ关凯书13,姜秋鹏2,尹衍升3(1.华东理工大学化工机械研究所,上海200237;2.山东莱阳农学院工程系,山东莱阳265200;3.山东大学南校区材料学院,材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室,工程陶瓷省重点实验室,山东济南250061)摘要:采用溶胶凝胶法在载玻片表面制备了均匀透明的T iO22SiO22CeO2超亲水性薄膜,并用X射线衍射、傅立叶红外光谱、紫外2可见分光光度计研究了SiO2及稀土铈添加对T iO2薄膜表面特征及超亲水性能的影响。
结果表明,T iO22SiO22CeO2薄膜亲水性能及亲水持续效应显著提高。
实验中掺杂的铈是以三价离子态引入的,由于Ce3+在高温下很容易氧化,故在薄膜中铈主要以四价态形式存在。
Ce4+在光激发下很容易捕获光生电子生成Ce3+离子,光生空穴则与表面氧离子反应形成氧空位,而氧空位对亲水性的提高具有关键作用。
添加SiO2后,薄膜表面的羟基含量增加,这主要是由于T iO2与SiO2复合在表面形成Lewis酸所致。
表面稳定的羟基可使亲水性在暗中保持较长时间,因而亲水持续效应提高。
添加SiO2及稀土铈后,薄膜中T iO2晶粒尺寸变小,量子效应增强,这也导致亲水性提高。
因此添加稀土铈及SiO2后,薄膜表面的氧空穴增多,薄膜的超亲水性及亲水持续效应提高。
关键词:无机非金属材料;超亲水性;溶胶-凝胶工艺;氧化钛/氧化硅复合薄膜;稀土中图分类号:O647 文献标识码:A 文章编号:1000-4343(2003)02-0291-04 自日本Fujishima课题组报导T iO2薄膜表面具有亲水和亲油两亲效果以来,T iO2薄膜的超亲水性机理及性能有了较多的研究[1,2]。
由于自然界或照明光源中的紫外线可以维持T iO2薄膜的亲水性能,因此在窗户、镜子等玻璃表面镀上T iO2薄膜就可起到透明防雾的效果。
但T iO2薄膜表面在暗处或没有紫外线照射时亲水角很快变大,需要不断的紫外线或阳光照射,这给实际应用带来很大困难。
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
TiO_2薄膜材料的制备及其性能的研究进展
T i O 2薄膜材料的制备及其性能的研究进展张自升,张艳玲,黄世涛(南京航空航天大学理学院,江苏 南京 210016)摘 要:T i O 2是一种宽带隙半导体材料,具有广阔的应用前景。
综述了T i O 2薄膜材料的制备方法及其气敏、光电、光催化性能,并对T i O 2薄膜材料的发展趋势进行了展望。
关键词:T iO 2薄膜;掺杂;制备方法;性能研究Research Progress of Preparati on and Properties of T iO 2Th i n Fil m sZ HANG Z i -s heng,Z HANG Yan -li n g,H UANG Shi -t a o(College o f Sc i e nce ,N an ji n g Un i v ersity ofA eronautics and A str onau tics ,Jiangsu N anjing 210016,Ch i n a)Abst ract :T i O 2w as a broadband gap se m iconductorm aterial and had w ild applicati o n prospects .Preparation m ethod of T i O 2thin fil m s and gas sensi n g ,pho toelectric ,photocatalyti c properti e s o fT i O 2th i n fil m w ere rev ie wed and the devel opm ent trend of T i O 2thin fil m s m ateria ls was prospectedK ey w ords :T i O 2t h i n fil m s ;doping ;preparati o n m ethods ;properties research作者简介:张自升(1982-),男,硕士研究生,主要从事薄膜材料研究。
Al~(3+)-SiO_2共掺杂TiO_2光催化膜的制备及超亲水改性
Ｃｕ ｉｍｅ Ｇｕ ａ ｙｎ Ｐａ ｇ Ｆ ｎ ｊ ｎ ｉ ｎ ｉ Ｊ ｏ Ｘｉｎ ｉ ｇ ｎ ｅ ｇｉ ａ
（ ｌ ｇ ｆＣｈ ｍｉａ ｎ ｖ ｒ ｎ ｎ ａ ｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｃｏｌ ｅｏ ｅ ｃ ｌ ｄ Ｅｎ ｉ ｍｅ ｔｌＥ ｇｎ ｅ ｉｇ，Ｑｉｇ ａ ｉｅ ｓｔ ，Ｑｉｇ ａ ６ ０ １ ） ｅ ａ ｏ ｎ ｄ ｏＵｎｖ ｒｉｙ ｎ ｄ ｏ ２ ６ ７ ）
ＳＯ 共 掺 杂 于 Ｔｉ２ 胶 中 ， 备 多元 素 共掺 杂混 合 溶 胶 ， 用 浸 渍提 拉 的 方 法 以玻 璃 片 为载 体 涂 膜 ， 后 运 用 马 弗 炉进 ｉ２ ０ 溶 制 采 然 行 热 处理 制 得 产 品 。 另一 种 是利 用 Ｓ０ 对 Ａｌ 掺 杂 Ｔｉｚ 行 表 面 处理 改 性 ， 处 理 后 制 得 产 品 。将 所得 产 品 进 行 接 ｉ２ ” Ｏ 进 热 触 角 、 外一 紫 可见 分 光 光度 计 、 外 、Ｅ 、 Ｆ 测 试 ， 其 性 能进 行 表 征 。 结 果表 明 ： 什 掺 杂量 为 ０３ 红 ＳＭ Ａ Ｍ 对 Ａｌ ． ｇ时 ， Ｏ Ｔｉ２复合 光 催化 膜 效 果 最 好 ； 过 Ｓ（ 表 面 处 理过 的 Ａｌ ／ ０ 经 ｉ２ ） ” Ｔｉ２复合 光 催 化 膜其 吸 光 性 能 ； Ａｌ ｉ 提 复合 光 催 化 膜 的透 过 率 可 达 ８ ～９ ％ ， 明度 较 高 。 Ｏ Ｏ 透
关键词 溶胶 一 胶 法 ， ｉ 光 催 化膜 ， 凝 Ｔ ０ｚ 共掺 杂 ， 改性
纳米TiO_2薄膜的自清洁和光诱导亲水性
纳米TiO2薄膜的自清洁和光诱导亲水性刘扬林（长沙环境保护职业技术学院，湖南长沙 410004）【摘 要】光催化应用于环境污染物的治理已经成为环境科学研究的热点。
半导体TiO2作为一种性能优异的光催化材料，可将许多有机物完全降解为CO2和H2O，且成本低廉，不造成二次污染，使其在废水处理、空气净化、杀菌以及自清洁和太阳能转化等方面有着十分诱人的前景。
文章分析了纳米TiO2薄膜的自清洁和光诱导亲水性原理，探讨了纳米TiO2薄膜自清洁性能的影响因素和改善方法。
【关键词】TiO2；光催化；自清洁；亲水性【中图分类号】O614.41+1 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)07-0103-02（一）导论1972年Fujishima和Honda在Nature杂志发表了关于在TiO2电极上光分解水的论文，标志光催化自清洁时代的开始，自此，来自化学、物理、材料等领域的学者围绕光化学的转化和合成，探索多项光催化的开发以提高光催化的效率，做了大量的研究工作，光催化降解污染物一时成为最活跃的研究领域。
为了扩大应用范围，人们将TiO2以薄膜的形式负载于玻璃上，希望利用这种光触媒使玻璃具有自清洁的功能，但发现仅仅是光催化作用还不能满足玻璃自清洁的要求。
1997年科学家首次发现TiO2薄膜的一种新特性—光诱导超亲水性并对其机理进行了解释，当TiO2薄膜表面被光照射后润湿性得到很大改善，使其具有超亲水性，这种亲水表面使有机污物和无机污物不易牢固附着在玻璃上，在雨水的冲刷下容易去除。
有了光诱导亲水性的保障，更借助TiO2的光催化氧化性使涂覆有TiO2薄膜的玻璃具有良好的自洁性能。
自洁玻璃是新型的生态建材，可广泛用于玻璃幕墙、玻璃屋顶、汽车玻璃等行业中，具有重要的社会效益和环境效益。
（二）TiO2薄膜的自清洁和光诱导亲水性原理自清洁玻璃是通过在玻璃表面形成半导体TiO2氧化物的光催化薄膜，在光的作用下，光催化剂产生了电子－空穴对，以其特有的强氧化能力将玻璃表面的有机污染物完全氧化降解为无害无机物，利用其特有的光诱导亲水性使玻璃表面长期保持亲水，从而使玻璃表面具有易洁、自洁、防雾和不易再被污染。
TiO_2薄膜材料的制备及其性能的研究进展
关 键词 ：ｉ２ Ｔ０ 薄膜； 掺杂； 制备方法； 性能研究 Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｐｒ ｐ ｒ ｉｓ ｏ Ｏ ２Ｔｈｉ ｌ ｓ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｆ Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｎ ｏ ｅ ｔｅ ｆ Ｔｉ ｎ Ｆｉ ｍ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ：Ｔ Ｏ２ｗａ ｒ ａ ｂ ｎ ａ ｅ ｉｏ ｄ ｃｏ ｔｒａ ｎ ａ ｌ ｐ ｌｃ ｔｏ ｒ ｓ ｅ ｔ． Ｐ ｅ ａ ａｉ ｎ ｍｅｈ ｄ ｓｒ ｃ ｉ ｓ ａｂ ｏ ｄ ａ ｄ ｇ ｐ ｓ ｍ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒｍａ ｅ ｉｌａ ｄ ｈ ｄ ｗｉｄ ａ ｐ ｉａｉ ｎ ｐ ｏ ｐ ｃ ｓ ｒ ｐ ｒ ｔ ｔｏ ｏ
・
２ ８・
广州化 工
２１ ０ ０年 ３ 第 １ 期 ８卷 １
ＴＯ ｉ 薄 膜 材 料 的 制 备 及 其 性 能 的研 究 进 展
张 自升 ， 张艳 玲 ， 黄世 涛
（ 南京航 空航天 大 学理 学院 ，江 苏 南京 ２０ １ １０ ６）
摘 要 ：ｉ： ＴＯ 是一种宽带隙半导体材料， 具有广阔的应用前景。综述了ＴＯ 薄膜材料的制备方法及其气敏、 ｉ 光电、 光催化性
拉 次数 的多 少 对 薄 膜 的光 催 化 特 性 也 有 很 大 的 影 响 。 另 外 ， 姜 义 军等 人 也 用 此 方 法 制 备 了高 质 量 的 ＴＯ ｉ 薄 膜 。
１ ２ 磁 控溅 射法 ．
磁控溅射是 目前我们制备 ＴＯ ｉ：薄膜的主要方法 ， 分为直流 磁控溅射和交流磁控溅射 。用磁控 溅射制备薄膜 时 ， 以 Ｔ 或 是 ｉ ＴＯ 为 靶 材 ， Ａ 或 Ｏ 为 溅 射 气 体 。磁 控 溅 射 原 理 ： 电场 和 ｉ 以 ｒ 在 交变磁场的作用下 ， 气体中的等离 子体 被加速变成高 能粒子 ， 这 些高能粒子轰击靶材表面 ， 能量交换后 ， 经 靶材表 面的原子脱离 原 晶 格 而逸 出 ， 移 到衬 底 表 面 而 形 成 膜 。磁 控 溅 射 的 特 点 ： 转 溅射粒 子能量高 ， 薄膜 的附着性好 、 致密性 高。Ｍ．Ｓ ｌｉ ｅ 等制 备方 法 繁 多 ， 要 包 括 溶 胶 一凝 胶 法 （ ｏ —Ｇ １ 、 ｉ， 主 Ｓｌ ｅ） 磁控 溅 射 法 、 学 气 相 沉 积 法 （ Ｖ 、 冲 激 光 沉 积 （ Ｌ 方 化 Ｃ Ｄ） 脉 Ｐ Ｄ） 法 。下 面 就 这 几种 制 膜 方 法 进行 论 述 。
超疏水二氧化钛薄膜的制备及其经紫外光照射引发的超亲水性研究
制 0.15 mol · L-1 TiCl3 溶液 ， 把经过预处理的玻璃片 直立于 TiCl3 溶液中 ， 在聚四氟乙烯内衬的密闭反 应釜中 ，160 ℃ 反应 2 h 后 ， 取出玻璃片置于 60 ℃ 的蒸馏水中浸洗 ， 可以观察到在玻璃基底上会沉积 一层致密的二氧化钛薄膜 ，室温晾干备用 。
1.4
面自由滚落并带走灰尘 [2-3]。 上述现象说明 ， 在水黾 的腿部 、 荷叶的表面具有良好的疏水性 。 固体表面
收稿日期 ：2010-06-11 。 收修改稿日期 ：2010-07-23 。 国家自然科学基金资助项目 (No．20475077) 。
＊
通讯联系人 。 E-mail ：yanlongshi726@ ；Tel ：15193467186 第一作者 ： 石彦龙 ， 男 ，30 岁 ， 讲师 ； 研究方向 ： 疏水材料 。
(211) 晶 面 , 其 晶 面 间 距 依 次 为 0.032 5、0.024 9 和 0.016 9 nm 。 根据 Scherrer 公式, 可以计算(110) 、(101) 和 (211) 晶 面 对 应 的 晶 粒 的 尺 寸 分 别 为 D110=19.7 nm ，D101=20.2 nm ，D211=21.5 nm ， 这与 FE-SEM 观察
射频磁控反应溅射制备TiO_2薄膜
种 有机 物 ， 而 使物 体表 面具 有 分解 污 染 物 的 能力 ， 到 自清 洁 的效 果 ］ＴＯ 具 有 锐 钛 矿 和金 红 石 两种 结 从 达 ． ｉ， 构 ， 光催 化 能力 方 面 ， 钛 矿 比金 红 石更 具 有优 越 性 ］ 目前 ， ｉ，的应 用 受 到 限制 ， 一 条 重 要 原 因是 在 锐 ． ＴＯ 有 ＴＯ 必 须在 紫外 光 光照 下才 具有 较好 的光催化 能力 ， ｉ 因此 许 多小 组 都 致 力 于提 高 ＴＯ ｉ，的 吸收 光谱 向 可见 光 扩展 ．ｉ 薄膜 在许 多 场合 具有 重要 应 用 ， 中射 频 磁 控 溅 射 方 法 具 有 沉 积 速度 快 、 大 面积 实 现 工 业 ＴＯ 其 可
第２ ６卷第 ２期
２１ ０ ０年 ４月
苏
州
大
学
学
报（ 自然 科 学 版 ）
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ２ 】２ ．
Ａｐ ． ０１ ｒ２ ０
Ｊ Ｕ Ｎ Ｌ Ｏ Ｕ ＨＯ Ｎ Ｖ Ｒ ＩＹ（ Ａ ＵＲ ＬＳ ＩＮ Ｅ Ｅ ＩＩＮ） Ｏ Ｒ Ａ ＦＳ Ｚ Ｕ Ｕ Ｉ Ｅ ＳＴ Ｎ Ｔ Ａ ＣＥ Ｃ ＤＴＯ
０ 引 言
近 年来 ，ｉ 为一 种 光催 化 和 自清洁材 料 被广 泛关 注 ］ＴＯ ＴＯ 作 ．ｉ：的多 晶材料 在 紫 外光 光 照 后会 产 生 电子
一
空穴对 ， 过与 空气 中的 Ｏ 通 和 Ｈ Ｏ反 应产 生具 有 强氧 化能 力 的活性 氧 ． 由于 活性 氧 的强 氧 化性 可 以分解 各
摘
要： 研究采 用射频磁控溅射 的方法 在石 英玻璃基片上制备 ＴＯ ｉ 薄膜的最佳工艺条件 ． 薄膜 的相 组成和微
观组织分 别采用 Ｘ Ｄ、Ｅ 和 Ａ Ｍ来分析 ． Ｒ ＳＭ Ｆ 实验表明 ： ４ ０Ｃ的基片温度 下， 在 ５￣ 使用 ０ ８Ｐ ． ａ的工 作气压 和２ ： ０２ 的 Ａ ：： ｒ 流量 比可 以获 得单 一锐钛矿相 的 ＴＯ Ｏ ｉ 薄膜． 紫外光 照射分解 甲基橙 的实验 表明具有 单一锐 钛矿相 的 ＴＯ 薄膜具有较 好的光催化能力 ， 以有效降解有机分 子． ｉ： 可
TiO_2薄膜的制备方法及应用
收稿日期:2002211228作者简介:吴志猛(19772),男,江苏扬州市人,硕士研究生。
Ti O 2薄膜的制备方法及应用吴志猛1,2,张伟强2,董 闯1(11大连理工大学三束实验室,辽宁 大连 116024; 21辽宁工程技术大学材料系,辽宁 阜新 123000)摘 要:T i O 2薄膜具有良好的电学性能,优异的光学性能,化学稳定性高,机械强度高,长期以来受到人们的关注,已经广泛应用在电子、光学、医学等方面。
本文简单介绍了T i O 2薄膜的制备方法及应用。
关键词:Ti O 2薄膜;光催化;制备方法;应用中图分类号:O 484;TB 43 文献标识码:A 文章编号:100220322(2003)022*******Prepara tion M ethods and Appl ica tion s of T i O 2Th i n F il m s W U Zh i 2m eng1,2,ZHAN G W ei 2qiang 2,DON G Chuang 1 (11T h ree B eam s L abora tory ,D a lian U n iversity of T echnology ,D a liang 116024,Ch ina ; 21D ep a r m en t of m a teria ls science ,L iaon ing techn ica l un iversity ,F ux in 123000,Ch ina )Abstract :T he T i O 2th in fil m has good electrical p roperties ,perfect op tical p roperties ,h igh chem ical resistibility and h ighm echanical strength .So it has been paid attenti on to fo r long ti m e and used in m any fields w h ich include electronic ,op tical and m edical fields .T h is paper si m p ly introduces p reparati on m ethods and app licati ons of T i O 2th in fil m s .Key words :T i O 2th in fil m s ;p ho tocatalysis ;p reparati on m ethods ;app licati on s T i O 2具有稳定的化学性能,熔点高达1830℃,能够抵御酸或碱的腐蚀,在光的照射下不会发生分解。
Ti02薄膜陶瓷砖的制备及其亲水性能研究
纳米
. All Rights Reserved.
TiO2 可
应
用
于
开
发
自
洁
建
筑
卫
生
陶
瓷
袁其
具
有
防
水
雾
尧易
清
洗
尧自
清
洁
的 特 点 使 得 陶 瓷 制 品 具 有 抗 污 自 洁 的 能 力 袁同 时 保 持 表 面 洁 净 遥 本 文 采 用 溶 胶 -凝
胶 法 制 备 稳 定 分 散 的 纳 米 TiO2 溶 胶 遥 同 时 采 用 直 接 涂 覆 的 方 法 将 TiO2 溶 胶 涂 覆 在
品 遥 史 载 锋 等 采[10] 用 普 通 釉 面 陶 瓷 为 载 体 袁采 用 溶 胶 -凝 胶 法 在 其 表 面 涂 覆 了 纳 米 TiO2 薄 膜 袁 制 备 了 TiO2 陶 瓷 遥 张 小 良 等 采 [11] 用 溶 胶 -凝 胶 法 在 瓷 砖 釉 层 表 面 制 备 了 TiO2 纳 米 薄 层 袁研 究 了 表 面 形 貌 尧颗 粒 晶 型 尧颗 粒 尺 寸 尧薄 层 属 性 对 釉 面 砖 表 面 TiO2 材 料 的 光 催 化 活 性 的 影 响 遥 李 霞 等 采[12] 用 溶 胶 -凝 胶 工 艺 在 普 通 釉 面 砖 表 面 制 备 出 均 匀 的 TiO2 涂 层 袁并 研 究 了 热 处 理 制 度 对 涂 层 结 构 的 影 响 遥
渊a冤未 涂 覆 TiO2 薄 膜 袁64.2毅
(b)涂 覆 TiO2 薄 膜 袁46.1毅
图 1无 光 照 情 况 水 在 陶 瓷 砖 表 面 的 接 触 角
中 袁自 然 光 照 射 时 接 触 角 约 为 35.6毅袁而 紫 外 光 照 射 的 接 触 角 则 为 15.4毅遥 这 说 明 紫 外 光 照 射 的 效 果 要 优 于 自 然 光 遥 这 是 因 为 紫 外 光 的 光 子 能 量 更 大 袁数 量 更 多 袁更 容 易 形 成 电 子 -空 穴 对 袁从 而 吸 附 更 多 的 水 分 子 袁形 成 更 多 的 表 面 羟 基 袁表 面 表 现 出 亲 水 性 遥
NiTi合金表面TiO2陶瓷膜层的制备及其性能研究的开题报告
NiTi合金表面TiO2陶瓷膜层的制备及其性能研究的
开题报告
本开题报告旨在介绍NiTi合金表面TiO2陶瓷膜层的制备及其性能研究。
项目背景：
NiTi合金具有形状记忆和超弹性等优异性能，在医疗和航空领域有
广泛应用。
然而，其易腐蚀、生物相容性差等问题限制了其在一些领域
的应用。
为了克服这些问题，许多研究试图将NiTi表面涂覆一层保护性
的陶瓷膜层。
其中，TiO2层作为一种优异的陶瓷薄膜被广泛研究和应用。
项目内容：
本项目将使用射频磁控溅射法在NiTi合金表面制备TiO2陶瓷膜层，并研究其性能。
具体内容包括以下几个方面：
1. 确定最佳制备参数，包括溅射功率、气体流量等；
2. 使用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等表征手段
研究TiO2膜层的表面形貌和晶体结构；
3. 考察TiO2膜层的硬度、粘附力和耐腐蚀性能等；
4. 探究TiO2膜层对生物相容性的影响。
研究意义：
本项目将制备具有保护性能的TiO2膜层，并探究其在NiTi表面的应用前景，为其在医疗、航空等领域的应用提供参考。
同时，本研究对于TiO2膜层的制备技术和性能研究也具有参考意义。
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霞等Ｉ １ 采用 溶胶一 凝 胶工艺 在普通 釉 面砖表 面制 备 均
匀的 Ｔ ｉ Ｏ 涂层 ， 并研究了热处理制度对涂层结构的影响 。
（ ａ ） 未涂覆 Ｆ ｉ Ｏ ！ 薄膜 ． ６ ４ ． ２ 。 ㈣ 涂覆 Ｔ ｉ Ｏ 薄膜 ． ４ ６ ． Ｉ 。
普通 陶瓷釉面砖基体 上制备 了 Ｔ ｉ Ｏ ： 薄膜陶瓷砖 ， 并对其亲水性能进行 了研究 。 关健词 ： Ｔ ｉ Ｏ 薄膜 ； 建筑卫生 陶瓷 ； 溶胶凝胶法
引 言
当今社会 ， 工业发展迅速 ， 而由此 引发的环境问题也
在 国外 ， 自２ ０ 世纪 ９ ０年代开 始 ， 德国、 １ ３ 本、 美国、 加拿大 和法 国等一些科技发达 国家相继开展 了关 于建筑 卫生 陶瓷领域 自清洁技术 的研究 ， 申请 了一系列专利 ， 并 有 自清 洁产 品问世 嘲 。Ｍｉ ｎ ｎ ａ 等［ ６ １ 以Ｔ ｉ （ （ Ｃ Ｈ ３ ） Ｃ Ｈ Ｏ ） 为原
本项 目以钛 酸丁酯一 乙醇一 水为体 系 ，采用溶胶一 凝
胶法制备 了稳定 分散的纳米 Ｔ ｉ Ｏ 溶胶。然后 ， 以普通 陶 瓷釉面砖为基 体 ，采用 直接 涂覆的方法制 备了纳 米 Ｔ ｉ Ｏ ：
良 Ｉ １无 比照情 况 水在 陶 瓷砖 表 面的接 触 角
中， 自然光 照射时接 触角约 为 ３ ５ ． ６ 。 ， 而 紫外光照 射 的接 触 角则为 ｌ ５ ． ４ 。 。这说 明 紫外光照 射 的效 果要优 于 自然
涂层 。Ｄ ｒ ｅ ｉ ａ等Ｉ ９ ） 制备了纳米 Ｓ ｉ Ｏ 与有机硅聚合物层次分
明高润湿性 高硬度 镀膜 。 而在 国内 ， 我 国虽然是 陶瓷生 产大 国 ， 但在许 多技 术
基金项 目： 广 东省公益研 究与能力建设 项 目（ ２ ０ １ ５ Ｂ ０ １ ０ １ ０ ５ ０ ０ ９ ） ， 广州
水处理 、 空气净化 、 自清洁陶瓷和抗雾 玻璃制备等方 面得
到广泛应用 ． 将其用于开发 自清洁建筑卫生 陶瓷 ， 可有
效减少 清洁剂 的使用 、 降低环境 负载 、 保护 家居环境 、 提 高生 活质量 。因此 ， 对Ｔ ｉ Ｏ 的制备及其 性能研究是 十分
必 要 的
在 陶瓷表 面成 功 制备 出粒 度在 ８ ０ — １ ０ ０ ｎ ｍ 范 围的 Ｔ ｉ Ｏ
２ ． 华南理工大学材料科学与工程学院 ， 广 Ｉ ｔ ５ １ ０ ６ ４ ０ ）
摘 要： 纳米 Ｔ ｉ Ｏ ： 可应用 于开发 自洁建筑卫生陶瓷 ， 其具有 防水雾 、 易清洗 、 白清 洁
的特点使得陶瓷制品具有抗污 自洁的能力 ， 同时保持表 面洁净 。本文采用溶胶一 凝 胶法制备稳定分散的纳 米 Ｔ ｉ Ｏ 溶胶 。同时采用直接涂覆 的方法将 Ｔ ｉ Ｏ 溶胶涂覆在
日渐引起 了人 们的担忧 ，雾霾 等极端 天气频发让人们越
来 越意识 到保持 室外 空气 洁净 、 水 土资源保护 的重要性 ，
与此 同时也催 生了环保用 品的大市场【 １ ］ 。纳米 Ｔ ｉ Ｏ 具 有 稳定性好 、 光催化活性高 、 价廉 、 无毒等优点 ， 已开始在 污
料， 采用溶 胶一 凝胶 的方 法 ， 制备 了 Ｔ ｉ Ｏ 易 清洁涂 层 ， 该
形成 电子 一 空穴对 ， 从 而吸附更 多的水分子 ． 形成更 多的 表面羟基 ， 表面表现 出亲水性。
高 － 高 ■
２ 实验 材 料及 方 法
本 实验选 用乙醇 、 二 乙醇胺 、 佛 山某 厂釉面砖 、 钛酸
丁酯 、 二 乙醇胺等为材料 ， 其 中乙醇为溶 剂 ， 二 乙醇胺 为
络合溶剂。
ａ ） 光照前 ， ４ ６ ． Ｉ 。
市科 技 计 划 项 目（ ２ ０ １ ３ ０ ０ ０ ０家 ，抗 菌 自洁陶瓷仍 处于研 发
阶段 ．目前 ．还未见 国内陶瓷行业成 功推出相关 自主产
Ｉ Ｆ Ｏ Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｃ Ｅ Ｒ Ａ Ｍ Ｉ Ｃ Ｓ ｌ ｖ ｏ Ｌ ２ ７ Ｎ ０ ． ｏ ３ （ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎ ｏ ． ２ ４ ８ ）
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ＆ Ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ
研 究与探讨 Ｉ
Ｔ ｉ Ｏ ２ 薄膜 陶瓷砖 的制备 及 其 亲水性 能研 究
龚晖 ， 李剑桥 ， 汪强虹 ， 陈为为 ， 王聪 ， 税安泽
（ １ ． 广州珠江光 电新材料有 限公 司 ， 广州 ５ １ ０ ７ ６ ０ ；
涂层可用于玻璃和釉层表面 ， 并研究 了涂层表面形貌 、 粗 糙度 、 自洁性及 油污分解等性 能。Ｓ ｅ ｕ ｎ ｇ 等 以钛酸 丁酯 为前 驱体 ， 采 用溶胶一 凝胶法 ， 成功将 纳米 Ｔ ｉ Ｏ ： 涂覆于 多 孑 Ｌ 红 色粘 土砖上 。Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ 等同 人以Ｔ ｉ （ （ Ｃ Ｈ ３ ） ２ Ｃ Ｈ Ｏ ） 为原料 ，
品 史载锋 等ｌ ｍ 噪 用普通 釉面陶瓷为载体 ， 采 用溶胶一 凝 胶法在 其表面涂覆 了纳米 Ｔ ｉ Ｏ 薄膜 ，制备了 Ｔ ｉ Ｏ ： 陶瓷 。
张小 良等 Ｉ ｌ ｌ ｌ 采用 溶胶一 凝 胶法 在瓷砖 釉层 表面 制备 了
—一 器 —一
Ｔ ｉ Ｏ ： 纳米薄层 ， 研究 了表面形貌 、 颗粒 晶型 、 颗粒尺寸 、 薄
薄膜。借助 多种测试方法对其进行 表征 ．如综合热分析 （ １ １ Ｇ — Ｄ Ｓ Ｃ ） 、 Ｘ射线衍 射分 析（ Ｘ Ｒ Ｄ ） 、 原 子 力显微 镜（ Ａ Ｆ Ｍ） 、 扫描电子显微电镜（ Ｓ Ｅ Ｍ ） 等， 重点探讨 了薄膜的亲水性能 及其影 响因素
光 。这是 因为紫外光的光子能量更大 ， 数量更 多 ， 更容易