TiO2薄膜制备与性能解读
TiO2薄膜的低温制备以及工艺优化和性能研究
ｏ ｔｌ ｗ ｅ ｅ ａｕ ｅ ａ ｄ ｄ ｐ ｉ ｇ ｐ ｆｅ ｔｏ ｉ ｅ ｅ ｔｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ｎ － ｄ ａ ｏ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｎ ｉ ｐ ｎ ｒ ｃ ｓ ｎ ｔ ｕ ｃ ｆ ｇａ ｓ ｓ ｆ ｅ ｅｆ ｃ ｆ ｄｆ ｒ ｎ ｒ ｃ ｓ ｏ ｄｉ ｆ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ａ ｏ — ｃｙ ｔ ｌ ｔ ｎ ｔ ｓ ｈａ ｅ Ｔｉ ｈ ｎ ｆｌ ｒ ｒ ｐ ｒ ｄ ｂｙ ｉ ｒ ｖ ｄ ｓ ｌ— ｇ ｌｍｅｈ— ｓ ｒ ｃ ： ｈｅ ｎ ｎ ｒ ｓａｌ ｅ ａ ａａ ｅ ｐ ｓ Ｏ２ｔ ｉ ｍｓｗｅｅ ｐ ｅ ａ ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｏ ｉ ｉ ｅ ｔ
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ＬｉＹｏ ｇ， ＡｉＦａ ｏ ｇ，Ｙａ ｎ ｎ ｎｒ ｎ ｈ Ｈｏ ｇ
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。
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。
纳米晶TiO_2半导体薄膜的制备和性能_王保国
收稿日期:2004-01-10基金项目:国家自然科学基金(29906006)和天津市自然科学基金(02306211)资助项目作者简介:王保国(1962-),男,河北阜城人,天津大学化工学院副教授,硕士生导师,主要从事绿色化学工艺过程研究。
联系人:李 ,E -mail:li wei@ 。
文章编号:1004-9533(2005)01-0001-03纳米晶TiO 2半导体薄膜的制备和性能王保国,王素梅,张金利,李,刘亚娟(天津大学化工学院,绿色合成与转化教育部重点实验室,天津300072)摘要:以钛酸丁酯为前驱液,聚乙二醇2000为模板剂,采用溶胶-凝胶模板法在温和的条件下合成了纳米晶TiO 2薄膜,并对其晶相、颗粒大小和表面形貌等进行了表征。
结果表明,所制备的TiO 2薄膜表面完整,无明显的裂纹,颗粒分布均匀,粒径和膜厚度保持在纳米级。
电学性能测试表明,纳米晶TiO 2薄膜在350e 具有p -型半导体特性,p -型TiO 2半导体纳晶薄膜在新型气体传感器开发领域有着潜在的应用前景。
关键词:纳米晶;氧化物半导体;PEG 模板中图分类号:O644 文献标识码:APreparation and Characterization ofNano -Crystalline TiO 2Sensing FilmWANG Bao -guo,W ANG Su -mei,Z HANG Jin -li,LI Wei *,LI U Ya -juan(Sc hool of Che mical Engi neering,Key Laboratory for Green Chemical Technology,Tianjin Universi ty,Tianjin 300072,China)Abstract :Nanometer titania inorganic film using polyethylene glycol(PEG)as matrix and tetrabutylorthotitanateas inorganic precursor was successfully prepared.SEM,XRD and XPS were used to characterize the microstructure and crystallite morphology.The nanocrystalline TiO 2films were integral and crac k -free with small pores,whose crystallitic sizes were nanometer and even.The films spinned on sapphire tended to sho w semiconducting properties at 350e .The p -type TiO 2thin films have potential for development of a novel gas sensor.Key words :nano -crystalline;metal oxide semiconductor;PEG Template 随着科技的发展半导体材料的尺寸可减小到纳米量级范围内,由于纳米相的量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特点,使得它们呈现出了常规材料所不具备的特殊光学、电学和力学特性,以及催化和生物活性等。
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
TiO2薄膜的结构及性能研究
钛氧膜的结构及性能研究1 前言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。
例如,作为氧传感器用于湿敏、压敏元件及汽车尾气传感器；作为光催化剂,可实现有机物的光催化降解,具有杀菌、消毒和处理污水等作用；利用其亲水亲油的“双亲”特性,可使镀有钛氧膜的物体具有自清洁作用,从而达到防污、防雾、易洗、易干等目的；而金红石相钛氧膜是很好的人工心脏瓣膜材料。
对于TiO2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。
在TiO2性能方面的研究,尤以对其生物相容性和光催化性能的研究最为丰富。
Ti-O膜作为生物活性材料在生物体内可以长期稳定存在且不与生物组织发生物化反应，即具有良好的生物相容性，但其缺点在于植入生物体内后，不能有效地在材料表面形成有正常的细胞并维持长期的活性。
国内外很多的研究者采用各种表面改性工艺方法，对材料表面进行生物活化或有机/无机复合等使材料表面挂带—COOH、—OH、—NH2等反应性基团，然后通过形成共价键使生物分子如蛋白质、多肽、酶和细胞生长因子等固定在材料表面，充当邻近细胞、基质的配基或受体，在材料表面形成一个能与生物体相适应的过渡层，以达到活化钛氧膜表面的效果。
目前，对钛氧膜的表面改性方法主要包括离子表面注入法，碱处理以及酸活化处理等方法。
作为半导体光催化剂,纳米TiO2薄膜可以利用部分太阳光能,使反应在常温常压下进行,并且反应速度快,对污染物治理彻底,没有二次污染,十分符合环境治理中高效率低消耗的要求。
加之TiO2具有高活性、安全无毒、化学性质稳定(耐化学及光腐蚀)、难溶、成本低等优点,因此被公认为是环境治理领域中最具开发前途的环保型光催化材料。
TiO2作为光催化剂最初采用的是悬浮相,但这种悬浮相的光催化剂存在难搅拌、易失活、易团聚和回收困难等缺点，严重地限制了它的应用和发展。
制备负载型光催化剂是解决这一问题的有效办法,TiO2的薄膜型光催化剂已引起人们的极大兴趣。
纳米TiO2薄膜的制备及其光催化性能研究
粉体 呈锐钛 矿相 ， ８ ０ 经 ０ ℃退 火得到 了锐钛矿 相 与金 红石相 的 混合 晶相 ， ９ ０ 经 ０ ℃退 火 完全 转化 为金 红石 相 。薄
膜表 面粒子 分布 均 ＞， 面平均粗糙 度 为 １５ ｎ 该薄膜 具有 较 高的光 催化 活性 ， 直接 用 于光催 化 降解 有机 －表 － ｊ ．４ｍ， 可
ｔ ｒ ｕ ｎ ｎ ｏ ａ ｎ ｔ ｓ ｈ ｓ ｅ ｎ ｅ ｌ ｇ ｆ ｏ ３ ０ ｔ ０ ℃ ．ｔｔ ｒ ｓ ｉ ｔ ｘ ｄ ｐ ａ ｅ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅｏ ｎ ｔ ｓ ｕ ｅ ｔ ｒ ｓ ｉ ｔ ｎ ａ ａ ａ ｅ ｐ ａ ｅ ｗｈ ｎ ａ ｎ ａ ｉ ｒ ｍ ０ ℃ ｏ ７ ０ ｎ ｉ ｕ ｎ ｎ ｏ ａ ｍｉ ｅ ｈ ｓ ｔｕ ｔ ｒ ｆａ ａ ａ ｅ ａ ｄ ｒ ｔｌ ｗｈ ｎ ａ ｎ ａｉ ｇ ａ ０ ￣ ， ｎ ｔｔ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉｇ ｅ ｒ ｔ ｅ ｐ ａ ｅ ｗｈ ｎ ａ ｎ ａｉ ｇ ａ Ｏ ￣ Ｔｈ ａ ｔｃｅ ｉ— ｎ ｕ ｉ ｅ ｎ ｅ ｌ ｔ８ ０ Ｃ ａ ｄ ｉ ｕ ｎ ｎ ｏ ａ ｓｎ ｌ ｕ ｉ ｈ ｓ ｅ ｎ ｅ ｌ ｔ９ ＯＣ． ｅ ｐ ｒｉｌ ｓ ｄ ｓ ｅ ｎ ｌ ｎ ｔ ｉｕ ｅ ｏ ｈ ｉ ｓ ｒ ａ ｅ ａ ｅ ｈ ｍｏ ｅ ｅ ｕ ｎ ｈ ｖ ｒ ｇ ｕ ｆｃ ｏ ｇ ｎ ｓ ｓ １ ５ ｎ ￣ Ｔｈ ０２ ｔ ｉ ｉ ｈ ｓ ａ ｒｂ ｔ ｎ ｔ ｅ ｆ ｍ ｕ ｆ ｃ ｒ ｏ ｇ ｎ ｏ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｅ ａ ｅ ｓ ｒａ ｅ ｒ ｕ ｈ ｅ ｓ ｉ ． ４ ｎ ｌ ｅ Ｔｉ ｈ ｎ ｆ ｍ ａ ｌ ｖ ｒ ｏ ｄ ｐ ｏ ｏ ａ ａ ｙ ｉ Ｉ ａ ｅ ａ ｐ ｉｄ ｉ ｎ ｉｌ ｓ ｓ ｃ ｓ ｐ ｏ ｏ ａ ａ ｙ ｉ ｅ ｒ ｄ ｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｉ ｏ ｏ ｎ ｓ ａ ｄ ｅ ｙ ｇ ｏ ｈ ｔ ｃ ｔ ｌ ｓｓ ｔｃ ｎ ｂ ｐ ｌ ｍａ ｙ ｆ ｄ ， ｕ ｈ ａ ｈ ｔ ｃ ｔ ｌ ｔｃｄ ｇ ａ ａ ｉ ｆ ｇ ｎｃ ｃ ｍｐ ｕ ｄ ， ｎ ． ｅ ｎ ｅ ｏ ｏ
TiO2薄膜的结构及性能研究
钛氧膜的结构及性能研究摘要：主要介绍关于钛氧膜的能带结构，晶体结构以及钛氧膜的生物相容性能和表面活性等问题，还有钛氧膜的化学处理方法。
关键字：钛氧膜结构生物相容性表面活性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。
例如,作为氧传感器用于湿敏、压敏元件及汽车尾气传感器；作为光催化剂,可实现有机物的光催化降解,具有杀菌、消毒和处理污水等作用；利用其亲水亲油的“双亲”特性,可使镀有钛氧膜的物体具有自清洁作用,从而达到防污、防雾、易洗、易干等目的；而金红石相钛氧膜是很好的人工心脏瓣膜材料。
对于TiO2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。
在TiO2性能方面的研究,尤以对其生物相容性和光催化性能的研究最为丰富。
Ti-O膜作为生物活性材料在生物体内可以长期稳定存在且不与生物组织发生物化反应，即具有良好的生物相容性，但其缺点在于植入生物体内后，不能有效地在材料表面形成有正常的细胞并维持长期的活性。
国内外很多的研究者采用各种表面改性工艺方法，对材料表面进行生物活化或有机/无机复合等使材料表面挂带—COOH、—OH、—NH2等反应性基团，然后通过形成共价键使生物分子如蛋白质、多肽、酶和细胞生长因子等固定在材料表面，充当邻近细胞、基质的配基或受体，在材料表面形成一个能与生物体相适应的过渡层，以达到活化钛氧膜表面的效果。
目前，对钛氧膜的表面改性方法主要包括离子表面注入法，碱处理以及酸活化处理等方法。
1 氧化钛的能带结构与晶体结构1.1氧化钛的能带结构氧化钛的能带结构如图1-1所示［1］。
以金红石相为例，锐钛矿相的结构基本与其一致。
氧化钛能带结构是沿布里渊区的高对称结构，3d轨道分裂为e g与t2g 两个亚层，但它们全是空的轨道，电子占据s和p能级；费米能级处于s、p能带和t2g能带之间；最低的两个价带相应于O2s能级。
接下来6个价带相应于O2s 能级，最低的导带是由O3p产生生的，更高的导带能级是由O3p产生的。
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。
染料敏化太阳能电池TiO2薄膜的制备方法
然后加入聚乙二醇作为表面活性剂即可得到稳定的 或者ＮａｚＳ０４即可得到纯锐钛矿型Ｔｉ０２溶胶。
纯锐钛矿纳米溶胶。
Ｐｅｎｇ ａｎｄ Ｃｈｅｎ等［２２］在高温下将干净的金属钛片浸
另外还可采用四氯化钛水解后进行水热处理， 泡在丙酮溶液中，以丙酮为氧化源可以制得致密和
通过控制前驱体的合成条件可以得到不同显微结构 和均质稳定的纳米氧化钛胶体。同钛醇盐相比， ＴｉＣＬ是种相对较便宜的原料。因此一直有人利用
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６．６７％的电池。 （３）激光烧蚀溅射沉积法 激光烧蚀技术是近年来新发展的一种薄膜制备
万方数据
笮獭：盈狴雠二堑鲤幽
壹垄生篁！鲞塾丝垡查堕丝皇垄！！垒蔓壁竺型鱼查鲞
（１）足够大的比表面积，以尽可能多地吸收染 料分子。例如１０弘ｍ厚的Ｔｉ０２薄膜（Ｔｉ０２平均粒 径为１５～２０ ｎｍ）在吸附了染料后能使比表面积增 加１ ０００倍，从而使ＴｉＯｚ电极在最大吸收波长附近 捕获光的效率达到近１００％。
可以得到粒径为１４不ｎ同ｍ的 晶相和尺寸的Ｔｉ０２凝胶。如Ｂａｒｂｅ 为７０ ｍｓ，而 采ｍ用ｏ粒ｌ径／为Ｌ３２
得的薄膜其复合 时间仅为１８ ｍｓ。电子复合时间的
延长意味着光生 电子在薄膜内传输效率的提高，因
此存在一个最佳的Ｔｉ０２粒径以获得最大的光电转
以锐钛矿为主，还存在少量金红石以及板钛矿的 ｎＨｍＮ０３ 的Ｔ酸ｉＯ性ｚ条颗件粒下制能备得所到 等［１２］发现，在ｏ．１Ｔｉ０２颗粒制备的薄膜其复合时间
（３）通常应是锐钛矿相。Ｐａｒｋ Ｎ－Ｇ等［司的研 究表明，同样厚度的锐钛矿型Ｔｉ０２薄膜的比表面 积比金红石型Ｔｉ０２薄膜大２５％；对染料的吸收量 多３５％；具有相似的Ｆｙ特性；短路电流高３０％。
（４）薄膜表面应当无宏观裂纹和其他明显缺 陷，以保证光生电子在薄膜内部快速并有效地传递。 １．２ Ｔｉ０２薄膜结构对电池性能的影响
TiO2光催化薄膜的制备及应用
去离子水, 搅拌15min 乙醇，盐酸, 室温老化24h
涂覆溶液
涂布到玻璃基板,空气 中干燥并在马弗炉中在700 ℃ 下退火30 分钟。重复 该过程两次
PT基底
水热前体溶液（ TiCl3 水溶液）
160 °C 3h Materials Research Bulletin, 44(6), 1232-1237.
1 .
研究背景
TiO2光催化薄膜的应用
有机物降解 环境净化 卫生保健
光催化的氧化性对大多数微生 物都有强杀伤力,因此可以考虑 作为杀菌消毒的手段,尤其是用 于生活用水的净化。光催化不 仅仅能杀死普通的细菌和病毒, 它还能使某些癌细胞失活
2 .
制备方法
1 2 3 4 5 6
化学气相沉积法 电化学法 化学氧化法 溅射法
TNAs
2 .
制备方法 水热法
水热法
FE-SEM images of TNAs grown on PT-substrate at an annealing temperature of 700 °C and at a hydrothermal growth temperature of 160 °C and growth time of 3 h. (a) PT-substrate; (b) top view of TNAs; (c) side view of TNAs.
J. Phys. Chem. C 2007, 111, 18334-18340
Figure 3. SEM images for films prepared in (a) Ar (b) Ar/N2 and (c) Ar/O2. All films annealed in air for 4 h at 400 °C. The scale shown is 0.5 um.
材料科学与工程学科中静电纺丝技术制备TiO2纳米纤维薄膜的研究
材料科学与工程学科中静电纺丝技术制备TiO2纳米纤维薄膜的研究静电纺丝技术在材料科学与工程学科中具有广泛应用，其中之一是用于制备TiO2纳米纤维薄膜。
TiO2纳米纤维薄膜具有很高的比表面积和优异的光催化性能，在环境净化、光电催化制氢、染料敏化太阳能电池等领域具有重要的应用前景。
在本文中，我们将介绍静电纺丝技术制备TiO2纳米纤维薄膜的研究进展，并分析其在各个领域中的应用。
首先，静电纺丝技术是一种将高分子溶液通过高电压静电场作用下形成纤维的方法。
通过调整高分子聚合物的浓度、电场强度和纺丝距离等参数，可以获得不同直径和形态的纳米纤维。
在制备TiO2纳米纤维薄膜中，通常使用聚合物作为模板材料，将TiO2颗粒或前驱体分散在聚合物溶液中，然后通过静电纺丝技术制备纳米纤维薄膜。
制备的纳米纤维薄膜可以通过热处理或光照等后续步骤进行晶化，得到TiO2具有优异性能的薄膜。
在环境净化领域，TiO2纳米纤维薄膜具有良好的光催化性能。
光催化过程中，纳米纤维薄膜可以通过对有害气体的吸附和光解作用，将其分解为无害物质。
由于TiO2纳米纤维薄膜具有很高的比表面积和较好的可见光响应性能，可以有效提高光催化反应的效率。
此外，纳米纤维薄膜还具有良好的机械稳定性和低压降特性，可以实现高效的气体处理。
因此，TiO2纳米纤维薄膜在室内空气净化、有机废气处理等方面具有广阔的应用前景。
在光电催化制氢领域，TiO2纳米纤维薄膜可以作为光电极材料，用于水光电解制氢。
纳米纤维薄膜具有大量的活性表面，可以有效提高光生电子-空穴对的分离效率。
通过对纳米纤维薄膜的表面进行修饰，如导入负载剂、调整晶相结构等，可以进一步提高其催化活性和稳定性。
研究表明，静电纺丝制备的TiO2纳米纤维薄膜在光电催化制氢中具有良好的性能，在利用太阳能进行无污染氢能生产方面具有巨大潜力。
此外，TiO2纳米纤维薄膜还可以应用于染料敏化太阳能电池。
染料敏化太阳能电池是一种新兴的太阳能转化技术，其基本原理是通过将染料吸附在光电极上，利用光生电子-空穴对的分离产生电流。
稀土元素掺杂TiO2薄膜的制备及其光学性能研究
毒 等特点 ， 在光 催化 领 域 引起 了广 泛 的研 究 兴 趣 ｌ 。 】 ］ 同 Ｔ Ｏ 粉体 相 比 ， Ｏ 薄 膜 是 负 载 在 玻璃 、 瓷 和 金 ｉ Ｔｉ 。 陶
属等 不 同的基材 上 ， 因此催 化 剂更 易于 回收 ］ 。 然而 ， ｉ 催 化 剂 因其 带 隙较 宽 ， 部 分 太 阳 ＴＯ 光 大 光 不能 得到 利用 ， 催化 活性 不够 高 。而 稀 土元 素 （ ） ＲＥ 存 在多 化合 价 ， Ｔ Ｏ 中掺 人少 量稀 土 元 素有 利 于光 在 ｉ 生 电子 和空 穴 的分 离 ， 提高 其离 子效 率 ［ 。此外 ， ６ ］ 掺杂 稀 土元 素后 ， ｉ Ｔ ０ 吸光 范 围 有 望 向可 见 光 区 拓 宽 ， 从 而 提高 Ｔｉ Ｏ 的光 催 化 活 性 ， 因此 稀 土 掺 杂 Ｔ Ｏ 膜 ｉ 薄 材 料具有 研 究 价值 。本 工 作 采 用 溶 胶一 胶 方 法 和 提 凝 拉 的方式 制 备 了 稀 土 Ｙ 和 Ｈｏ 掺 杂 和 无 掺 杂 的 抖 蚪
ｔ ｎ ａ ａｙ ｉ ｈ ｗ ｅ ｈ ｔ ｔ ｅ ｆ ｍ ｓ ｃ ｙ ｔ ｌ ｚ ｄ ｗｅ ｌｗｉｈ ａ ａ ａ ｅ ｃ ｙ ｔ ｌ ｎ ． ＡＦＭ ｎ ｌ ｓ ｓ ｓ ｏ ｄ ｉ ｎ ｌ ｓｓ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｉ ｒ ｓ ａ ｌ ｅ ｌ ｏ ｌ ｉ ｔ ｎ ｔ ｓ ｒ ｓａｌ ｅ ｉ ａ ａ ｙ ｉ ｈ ｗｅ
近年 来 ， Ｏ 以其 优 良的 光 催 化 活 性 、 Ｔｉ 。 良好 的化 学稳 定性 和热稳 定 性 、 二 次 污 染 、 刺 激 性 、 全 无 无 无 安
TiO2薄膜的制备及厚度对其光学性质的影响中期报告
TiO2薄膜的制备及厚度对其光学性质的影响中期报告一、研究背景与意义氧化钛（TiO2）是一种具有重要应用价值的半导体材料，广泛应用于光电领域、医疗领域和环境污染治理等领域。
其中，TiO2薄膜的制备及其光学性质的研究备受关注。
TiO2薄膜具有优异的光学、电学和磁学性能，一般可通过物理蒸发、喷雾法、溅射法、化学气相沉积法、水热合成法等方法制备。
而TiO2薄膜的厚度对其光学性质具有重要影响，因此研究TiO2薄膜厚度对其光学性质的影响，不仅可以为更好地应用TiO2薄膜提供基础研究，而且可以为材料设计和实际应用提供指导。
二、研究现状与存在问题目前，国内外已有许多关于TiO2薄膜制备及其光学性质的研究，其中一些研究表明TiO2薄膜的厚度对其光学性质具有重要影响。
例如，近年来有研究表明TiO2薄膜的厚度对其折射率、光损耗和吸收率等光学性质均有影响，TiO2薄膜的厚度越薄，其折射率、光损耗和吸收率越小。
而随着TiO2薄膜厚度的增加，其光学性质逐渐变化，例如折射率会逐渐增加，吸收率会逐渐降低。
这些研究为TiO2薄膜的应用提供了理论基础。
然而，目前普遍存在的问题是，对于不同制备方法和制备条件下的TiO2薄膜，其厚度与光学性质之间的关系还没有被系统地研究和解释。
此外，一些现有研究结果尚未达到一致性，需要进一步研究和验证。
三、研究方法本研究的主要内容是探究不同厚度的TiO2薄膜对其光学性质的影响。
具体来说，本研究将采用物理蒸发法制备一系列不同厚度的TiO2薄膜，利用紫外可见分光光度计、扫描电子显微镜等测试手段，研究不同厚度的TiO2薄膜在紫外可见光区域的透射率、反射率、折射率、吸收率等光学性质，并探究其与薄膜厚度之间的关系。
四、研究预期结果通过对不同厚度的TiO2薄膜的光学性质的研究，本研究预期得出以下结论：1、TiO2薄膜的厚度对其光学性质具有重要影响，薄膜厚度越薄，其透射率、折射率和吸收率均相应降低。
2、随着TiO2薄膜厚度的增加，其光学性质逐渐变化，例如折射率逐渐增加，吸收率逐渐降低。
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 。
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。
二氧化钛薄膜的制备以及对薄膜器件制备过程的了解
材料工程基础实验之一二氧化钛薄膜的制备以及对薄膜器件的了解实验指导书一、实验目的1、掌握溶胶凝胶法制备二氧化钛薄膜的工艺过程；2、学习使用数显匀胶机；3、了解薄膜材料的微结构分析方法；4、了解薄膜器件的制备。
二、实验原理TiO2由于具有颜料特性及高的催化活性和光稳定性，可用于制作电介质材料、光催化薄膜、减反射涂层、氧传感器、湿度传感器等，实现有机物降解，自清洁以及太阳能转换等功能。
由于超细TiO2粉末在应用时存在易团聚、难分离等问题，而将二氧化钛粉体负载于一些固体材料的表面则可以得到分散性好的二氧化钛薄膜；也就是将TiO2或其前驱体，运用各种镀膜工艺，涂覆在各种基材上。
溶胶- 凝胶法是目前制备无机材料薄膜使用较广的一种方法，由于其生产成本低，镀膜时所需的温度也较低，因此受到重视。
其原理是以适宜的无机盐或有机盐为原料制的溶胶，涂覆在基体表面，经水解和缩聚反应等在基材表面胶凝成膜，再经干燥，煅烧与烧结获得表面膜。
溶胶凝胶法制备二氧化钛原理：水解：nTi(C4H9O)4+4nH2O→nTi(OH)4+4nROH 缩合：nTi(OH)4→nTiO2+2nH2O简单的讲，溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
凝胶在适当温度下放置，失去网状结构内部的水分，即得干凝胶。
干凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
利用X射线衍射仪、透射电镜和原子力显微镜对所制备的薄膜进行了测试和初步分析。
三、实验原料与仪器原料：钛酸四丁酯（化学纯）、无水乙醇（分析纯）、盐酸（分析纯）、乙酸（分析纯）、去离子水、PH试纸。
仪器：数显匀胶机、电炉、控温仪、电子天平、烧杯、玻璃棒、移液管、磁力搅拌器、一次性注射器及过滤器四、实验步骤（一）、配置0.2mol/L的二氧化钛前躯体约15ml溶液（1）由分子计量比计算出钛酸四丁酯的用量；Ti(C4H9O)4=0.2mol/L*15ml*340.36*1g/cm3=1.0211ml（2）将钛酸四丁酯加入到7.5ml无水乙醇中，充分搅拌后滴入适量盐酸调节其PH值为1-2，完成1#溶液；将0.25ml乙酸溶于去离子水，用盐酸调节PH值为1-2，完成2#溶液；（3）将2#溶液逐滴加入到1#溶液中，充分搅拌；（4）用注射器和过滤器滤出沉淀，即得二氧化钛前躯体溶液，最终配置的前驱体溶液为纯净透明液体。
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。
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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。
例如，作为氧传感器用于湿敏、压敏元件及汽车尾气传感器；作为光催化剂,可实现有机物的光催化降解,具有杀菌、消毒和处理污水等作用；利用其亲水亲油的“双亲”特性,可使镀有TiO2薄膜的物体具有自清洁作用，从而达到防污、防雾、易洗、易干等目的；而金红石相TiO2薄膜是很好的人工心脏瓣膜材料。
对于TiO2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。
在TiO2性能方面的研究，尤以对其光催化性能的研究最为丰富。
由于TiO2具有高活性、安全无毒、化学性质稳定(耐化学及光腐蚀)、难溶、成本低等优点，因此被公认为是环境治理领域中最具开发前途的环保型光催化材料。
TiO2作为光催化剂最初采用的是悬浮相，但这种悬浮相的光催化剂存在难搅拌、易失活、易团聚和回收困难等缺点，严重地限制了它的应用和发展。
制备负载型光催化剂是解决这一问题的有效办法,TiO2的薄膜型光催化剂已引起人们的极大兴趣。
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[1]。
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Ti02薄膜的一种新特性一光诱导超亲水性并对其机理进行了解释，当Ti02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Ti02薄膜的玻璃具有良好的自洁性能。
自沽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。
由此科学工作者开发研制了许多制备TiO2薄膜的方法, 例如溶胶—凝胶法、喷涂法、化学气相沉积法和磁控溅射法等。
但是溶胶—凝胶法和喷涂法所得到的TiO2薄膜的膜厚均匀度难于控制；化学气相沉积法所得到的薄膜与基体的附着力又较差，容易脱落；而磁控溅射法克服前面方法的缺点, 能够获得附着力好、膜厚均一的TiO2薄膜。
本文目的主要是应用DC(直流)磁控溅射设备在玻璃基底上制备TiO2超亲水性薄膜。
应用DC(直流) 磁控溅射设备制备TiO2薄膜有以下优点:(1) 能够控制薄膜的化学计量比；(2) 容易获得高纯度的金属钛靶材；(3) 由于金属钛靶材是导体可以直接应用到DC (直流) 磁控溅射设备上, 避免了应用复杂、昂贵的RF (射频) 磁控溅射设备；(4) 金属钛靶材易于加工成型和与磁控靶连接；(5) 金属钛靶材是热的良导体, 易于冷却避免了工作过程的不稳定；(6) 能够在低温条件下沉积TiO2薄膜。
溅射时的条件决定了能否出现金红石、锐钛矿或是非晶结构。
同时,TiO2膜的晶粒大小也可通过控制溅射过程的参数如沉积速率、溅射气体、氧分压、基体、退火温度以及采用一些特殊的溅射工艺来加以调节。
这样，可以使TiO2薄膜的性能满足不同应用领域的需要。
2 国内外研究文献综述2.1 TiO2的结构TiO2的晶体结构有3种:金红石、锐钛矿和板钛矿。
这些结构的共同点是,其组成结构的基本单位均是TiO6八面体,而区别是这些TiO6八面体是通过共用顶点还是通过共边组成骨架。
锐钛矿结构是TiO6八面体共边组成，而金红石和板铁矿结构则是由TiO6八面体共顶点且共边组成。
因晶体结构不同，3种晶型的性能也有差异。
就薄膜型的TiO2而言，目前只观测到金红石和锐钛矿两种结构，尚未在TiO2薄膜中观测到板钛矿结构[2]。
影响TiO2薄膜结构的因素较多,目前研究最多的是温度和氧分压对TiO2薄膜结构的影响。
表2.1 TiO2的晶体结构锐钛矿相TiO2具有良好的光催化性和光致亲水性。
锐钛矿相的光催化性和光致亲水性的反应原理大同小异，实践中可检测其中任意一项大概判定薄膜是否有锐钛矿相。
与金红石相相比锐钛矿型TiO2的光催化活性最好，约为金红石型的300～2000倍[3]。
无定形和板钛矿相的TiO2无光催化活性。
一定比例的混晶由于两种结构混杂增大了半导体氧化物晶格内的缺陷浓度而显示出更强的光催化活性，何建波等[4] 认为锐钛矿与金红石的质量比为7∶3的混晶(热处理温度670 ℃) 的光催化活性最强。
2.2 TiO2薄膜亲水性原理TiO2是一种n型氧化物半导体，对锐钛矿结构的TiO2，其禁带宽度约为3.2eV，相应的截止波长值约为380nm。
它在波长短于380nm的紫外线照射下，表面产生氧空穴和电子，对应的Ti4+转化为Ti3+。
当表面有水分子时,空穴与水反应生成·OH羟基，这种·OH羟基使表面与极性水分子的相互作用变强，这样在氧空穴处形成了亲水区域。
也就是说，在紫外光的照射下，H2O在TiO2表面的吸附由物理吸附转变为化学吸附，宏观上表现为水在其表面的接触角变小。
TiO2表面的氧与羟基（化学吸附水）的置换,形成二维毛细管现象。
当TiO2表面不再受到紫外线照射时,氧空穴有可能捕获电子或者活泼的羟基与其它气体发生化学反应而逐渐失去活性，宏观表现为水的接触角逐渐变大，即紫外线照射后的TiO2薄膜表面的亲水性能具有一定的寿命。
因此，测量水在TiO2薄膜表面的接触角可以研究TiO2薄膜的亲水性能。
2.3 相关参数对TiO2薄膜结构及其性能的影响2.3.1 晶粒尺寸通常认为粒子尺寸越小,其光催化活性越高[5]。
纳米尺寸的TiO2具有更高的光催化活性，这是因为当半导体颗粒尺寸接近10 nm时，出现量子尺寸效应，即半导体导带和价带变为分立的能级，能隙变宽，从而导带电位更负，价带电位更正,使其获得更强的氧化还原能力，因而催化活性大大提高[6]。
2.3.2 结晶度和晶格缺陷TiO2 晶体发育不良，晶格缺陷多，将会降低TiO2的光催化活性。
因缺陷(如空位、畸变、界面、位错等)是光生电子-空穴深层捕获的陷阱和复合中心。
为了提高光生载流子的分离效率，TiO2需要有良好的结晶度、无或少晶格缺陷。
2.3.3表面积和表面预处理在其它因素相同时，增大TiO2的表面积，有助于光生载流子的生成和反应物在表面的吸附，有利于光的吸收，从而使光催化能力提高。