4. 二氧化钛薄膜

纳米二氧化钛薄膜的制备、特性及应用影响纳米TiO 2薄膜特性的因素纳米TiO 2薄膜的制备与表征纳米TiO 2薄膜的特性纳米TiO 2薄膜的应用第2讲1纳米TiO 2薄膜的特性(一）光催化特性接触角的示意图：在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q 表示。

(二）超亲水性纳米TiO 2薄膜的特性固体表面与水的接触角越小，亲水性越好，当接触角接近0°时，称之为超亲水性。

1(二）超亲水性纳米TiO 2薄膜的特性二氧化钛的光致亲水性这一现象的发现实际上是1995年在TOTO 公司实验室中的一个偶然现象。

他们发现如果在二氧化钛膜的制备过程中加入一定量的SiO 2，在紫外光照下薄膜就获得了超亲水性。

年Wang 等在《Nature 》上撰文报道了经紫外光照射的二氧化钛薄膜具OTiOTiO O TiTiO 2纳米TiO 2薄膜的特性超亲水机理水角：72º（光照前）（光照后）纳米TiO 2薄膜的特性超亲水机理1关于TiO 2薄膜的光致超亲水性机理有一种观点认为光致亲水性是由于光催化降解了吸附在二氧化钛表面的有机物所致。

目前比较认同的观点是二氧化钛表面的超亲水性起因于其表面结构的变化：在紫外光的照射下，氧化钛价带的电子被激发到导带，电子和空穴向氧化钛表面迁移。

电子与纳米TiO 2薄膜的特性纳米TiO 2薄膜的特性(三）抗菌和除臭特性TiO 2薄膜的抗菌和杀毒作用是基于有光谱抗菌性，它可杀除大肠杆菌、绿脓菌、葡萄球菌、霉菌、化脓菌沙门氏菌和曲菌等200多种病毒细菌，其杀毒率高达由于细菌属于单体有机物大分子，光催化杀菌效应是细菌和多种1影响TiO 2薄膜特性的因素(一）影响TiO 2薄膜光催化的因素TiO 2薄膜自身特性TiO 2晶相结构(A > R > (B) > Am 粒径搅拌状况（超声）(二）影响TiO 2膜超亲水特性的因素1.晶相结构的影响影响TiO 2薄膜特性的因素影响TiO 2薄膜特性的因素2.晶面的影响TiO 2单晶表面超亲水性研究表明：TiO 2(110)面和（100）面比（001）更容易受光激发具有超亲水性，这是由于各个晶面具有不同的钛配位结构。

在（110）晶面上，一半的钛为五配位结构；在（全部的钛为五配位的桥氧结构；而在（2影响TiO 2薄膜特性的因素3.环境气氛的影响将TiO 2薄膜分别置于空气和氧气气氛中，在紫外光线的照射下，空气中薄膜与水的接触角很快降低，表现出很高的亲水性；而氧气中薄膜与水的接触角下降缓慢。

这是由于氧的存在不利于氧空位的生成，也就不会在表面形成较多的化学吸附水。

5.薄膜厚度的影响开始，随TiO当增加到一定的厚度时，接触角基本不变。

这是因为薄膜较薄时，部分紫外线可以通过薄膜，光利用率低。

随膜的增厚，华3纳米TiO2薄膜的应用建筑物窗玻璃、汽车挡风玻璃及后视镜、浴室镜子、眼镜镜片等物品，（一）亲水性应用—防雾汽车侧视镜华东理工大学3纳米TiO2薄膜的应用浴室玻璃直升飞机上防雾滴薄膜华东理工大学3（二）自清洁特性纳米TiO2薄膜的应用曹安公路（上海）利用氧化钛薄膜的强氧化能力和超亲水特性，可制成自清洁材料。

当镀有氧化钛薄膜的表面与油污进行接触时，由于其表面的超亲水性，油污不能与表面结合，而是浮在水膜上。

附着的油污在水淋冲力作用下，能自动从氧化钛表面脱落。

3纳米TiO2薄膜的应用日本四国徳島競馬場3纳米TiO2薄膜的应用传统的涂料光触媒透明涂料在停车场的测试–用了两年之后纳米TiO 2薄膜的应用旧式的白色涂料面板经过光催化作用后的面板应用于隧道表面太阳能器件上纳米TiO 2薄膜的应用纳米TiO 2薄膜的应用（三）光催化—室内、外空气净化室内空气污染物含有甲醛、苯、甲苯、氨等多种致癌致病挥发性有机物，已经成为人类健康的“隐形杀手”。

纳米二氧化钛薄膜可以将甲醛、苯等绝大多无有机污染物降解为CO 2和H 2O ，是公认极具发展潜力的室内空气污染治理新材料。

华东理工大学3纳米TiO 2薄膜的应用（四）杀菌除臭包括：•流行性感冒A（流感), •杆状菌(炭癔热),•链球菌，生脓源, •大肠杆菌,•Legionella pneumophila, •分支杆菌，肺结核, •支原体，肺炎•腺病毒•Neisseria meningitidis, •艾柯病毒, •呼吸道病毒, •葡萄状球菌，奥里斯•甲醛•非典.华东理工大学纳米TiO 2薄膜的应用抗菌食品包装袋华东理工大学3纳米TiO 2薄膜的应用杀菌消毒–应用于医院华东理工大学关于我们当前无法显示此图像。

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4纳米TiO 2薄膜的制备纳米TiO 2薄膜华东理工大学4（一）溶胶-凝胶及其改进方法传统的Sol-gel法：首先制备TiO 2溶胶，然后采用浸涂、旋涂、喷涂、提拉等方法将TiO 2溶胶涂敷于载体上，再通过干燥、焙烧处理，完成TiO 2的成膜和晶化。

纳米TiO 2薄膜的制备ρ—溶胶的密度；η—溶胶的粘度；ν—提拉速度；γ—表面张力；g—重力加速度。

浸渍-提拉制备薄膜的厚度计算：华东理工大学优点：Sol-gel 方法可制备M-TiO 2(M 过渡金属或贵金属) 、非金属掺杂、TiO 2/其他氧化物或半导体的复合薄膜材料。

缺点：不能在木材、高分子等不耐高温的载体材料表面制膜。

水煮法: 用水蒸气或热水来处理溶胶-凝胶法制备的TiO 2薄膜。

(a) TiO 2薄膜水煮前; (b) 水煮后的TiO 2薄膜; (c) 水煮后的Si/Ti=1:5复合薄膜; (d) 水煮后的Si/Ti=5:1复合薄膜罗丹明B纳米TiO 2薄膜的制备纳米TiO 2薄膜的制备溶剂热法: 在溶剂存在下对TiO 2溶胶进行低温热处理，是之转化为含有TiO 2晶粒的胶体溶液。

低温水热法: 用水代替有机溶剂，同时加入硝酸等强酸控制钛源的水解速度，通过低温水热处理，制备含有钛酸四丁酯和乙醇的混合液Fe 3+掺杂的TiO 2溶胶华东理工大学纳米TiO 2薄膜的制备可见光下降解若丹明B(a)0Fe-TiO2-80-6；(b) 1.2Fe-TiO2-80-6；(b)(c) 1.2Fe-TiO2-90-6；(d) 1.2Fe-TiO2-100-6纳米TiO 2薄膜的制备过氧钛酸法:在100℃下陈化不同时间得到的粉体样品的XRD 图4纳米TiO 2薄膜的制备不同陈化时间下得到的溶胶所制备对应薄膜对罗丹明-B 的降解活性纳米TiO 2薄膜的制备不同陈化时间溶胶制备TiO 2膜的光致亲水性对比纳米TiO 2薄膜的制备4纳米TiO 2薄膜的制备4纳米TiO 2薄膜的制备♣基底的处理(1) 玻璃基底酸处理、超声水洗、丙酮洗涤。

(2) PET 等聚合物基底纳米TiO 2薄膜的制备（1）与硅相连的3个Si-X 基水解成Si-OH ；（2）Si-OH 之间脱水缩合成含Si-OH 的低聚硅氧烷；（3）低聚物中的Si-OH 与基材表面上的OH 形成氢键；（）加热固化过程中伴随脱水反应而与基材形成共价键连接。

4纳米TiO 2薄膜的制备（二）液相沉积法液相沉积法（Liquid Phase Deposition 道。

此方法只需将基片浸入反应也中，在基片上就会沉积出氧化物或1. 液相沉积法简介纳米TiO 2薄膜的制备(NH 22. 液相沉积法制备TiO 2薄膜(1) 制备工艺过程薄膜形成过程水解反应形成的[Ti(OH)6]2–与基片表面存在的–OH 或Ti(OH)生脱水缩合反应，在基片上形成TiO 2薄膜，并且与基片以共价键结合。

Ti(OH)6]2–上未脱水的–OH 会与其他的Ti(OH)6]2–进一步脱水，从而使薄膜的厚度增加。

纳米TiO 2薄膜的制备纳米TiO 2薄膜的制备(3) 形成透明TiO 2薄膜的条件(A) 形成透明TiO 2薄膜的浓度条件沉积液中反应物的浓度对薄膜的沉积有着重要影响。

反应物浓度太低，溶过少，沉积薄膜所用的时间会过长，不易制得透明性良好的薄膜。

反之，当反应物浓度太高时，将生成较多的[Ti(OH)6]2-络离子，这些络离子大量地相互脱水聚合，产生沉淀，也不利于均匀透明薄膜的形成。

HBO 3的浓度也对薄膜的形成有重要的影响。

实验表明：当（NH 4)2TiF 6的浓度为5×10-的摩尔比为（2~6）：1时，能够得到透是比较适中的成膜浓度，工艺易于控制。

华东理工大学(B) 形成透明TiO 2薄膜的温度条件当前无法显示此图像。

纳米TiO 2薄膜的制备在室温下，由于反应比较缓慢，[Ti(OH)6]2–与基片表面羟基有充分的时间接触和碰撞，并进行脱水聚合反应，导致在表面析出TiO 2薄膜。

随温度的升高，分子的热运动加剧，[Ti(OH)6]2–与-OH 的脱水聚合速率加快，但[Ti(OH)6]2–之间的脱水聚合速率增加更快。

因此，薄膜对基体的附着力减弱，易出现薄膜脱落现象。

当温度低于10℃时，基片上无法沉积出薄膜，这与[Ti(OH)6]2–和–OH 进行脱水聚合反应所需的活化能要高于[Ti(OH)6]2–之间进行脱水聚合所需要的活化能。

因此，[Ti(OH)6]2–和–OH 进行脱水聚合反应的速率远小于[Ti(OH)6]2–之间进行脱水聚合反应的速率，所以低温下也无法沉积出薄膜。

(C) 形成透明TiO 2薄膜的时间条件根据不同的沉积液浓度，所需要的薄膜沉积时间是不同的。

一般来说，浓度越小，温度越低，沉积薄膜所需的时间越长；浓度越大，温度越高，时间越短。

沉积的时间应根据反应液浓度、反应温度以及所需膜的厚度来确定。

纳米TiO 2薄膜的制备3. 液相沉积法制备Fe-TiO 2薄膜利用液相沉积法不仅可以制备TiO 2薄膜，还可以制备金属离子掺杂薄膜以及Fe 2O 3/TiO 2、Ti x Sn 1-x 薄膜的制备。

掺杂机理将所得氢氧化铁粉体加入氢氟酸溶液中，充分搅拌、溶解，得到含氟铁酸根([FeF 6]3-)的透明溶液:纳米TiO 2薄膜的制备[FeF 6]3-在水解过程中，由于Fe 3+与Ti 4+半径很接近，在沉积和热处理过程中会进入TiO 2晶格中。

薄膜的制备过程纳米TiO 2薄膜的制备(3) Fe-TiO 2的XRD 表征纳米TiO 2薄膜的制备(4) TiO 2与Fe-TiO 2超亲水性的对比纳米TiO 2薄膜的制备0%0.2%0.5%3.5%光照前光照后东理工大学纳米TiO 2薄膜的制备4（三）化学气相沉积法（CVD)化学气相沉积是气态反应物( 包括易蒸发的凝聚态物质蒸发后变成的气态反应物) 在衬底表面发生化学反应而沉积成膜的工艺。

根据化学反应的形式，CVD 可分为：①热分解反应沉积:利用化合物加热分解，在基体表面得到固态膜层。