[发明专利]二氧化钛纳米孔阵列薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜的制备方法，尤其是一种二氧化钛纳米孔阵列薄膜的制备方法。

背景技术

二氧化钛是一种宽带隙半导体，具有良好的光电、光敏、气敏等特性。纳米二氧化钛因其具有较大的比表面积，以及在多方面展现出的优异性质而越来越引起人们的广泛关注。目前，人们为了获得纳米二氧化钛材料，做出了不懈的努力，如在“TiO₂纳米管薄膜的制备及其光电化学性能的研究”(吴晓萌，中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑，2008年8月公开)一文第31～53页公开了一种TiO₂纳米管薄膜和其制备方法。该TiO₂纳米管薄膜的厚度为300nm～2μm、纳米管的管径为120～160nm；制备方法为利用阳极氧化法在有机电解液中二次氧化制备二氧化钛纳米管阵列薄膜。但是，无论是TiO₂纳米管薄膜，还是其制备方法，都存在着欠缺之处，首先，TiO₂纳米管薄膜是由排列紧凑的纳米管组成的，且最小厚度至少为300nm，使其难以作为掩膜应用于量子点的制备；其次，制备方法无法获得厚度≤50纳米的孔阵列薄膜。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种薄膜的厚度≤50纳米的二氧化钛纳米孔阵列薄膜的制备方法

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：二氧化钛纳米孔阵列薄膜的制备方法包括阳极氧化法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将氟化铵(NH₄F)、水(H₂O)和乙二醇(C₂H₆O₂)按照质量比为3∶18～22∶950～990的比例相混合，得到电解液，再使用氧化面积为9.6～10cm²/L的钛片为阳极、石墨为阴极的二电极体系对电解液进行氧化处理，得到电解液1和电解液2，其中，电解液1的氧化温度为23～27℃、电压为58～62V的恒压、时间为3～4h，电解液2的氧化温度为23～27℃、电压为58～62V下88～92s与38～42V下280～320s的周期电压、时间为100～140h；

步骤2，先将钛片置于23～27℃的电解液1中，于58～62V的恒压下氧化1480～1520s，再将其置于23～27℃的电解液2中，依次于58～62V的恒压下氧化1480～1520s、38～42V的恒压下氧化580～620s和58～62V的恒压下氧化1780～1820s，随后将其置于23～27℃的电解液中，于98～102V的恒压下氧化88～92s，得到氧化钛片；

步骤3，先将氧化钛片置于浓度为0.13～0.17wt％的氢氟酸溶液中，并于其旁通以空气吹动氢氟酸溶液，腐蚀至少3min后得到从氧化钛片上剥离的氧化钛薄膜，再将氧化钛薄膜依次分别置于浓度为0.06～0.1wt％和0.03～0.05wt％的氢氟酸溶液中腐蚀7～9min和8～10min后，将氢氟酸溶液的浓度逐渐稀释至0.004～0.006wt％，制得二氧化钛纳米孔阵列薄膜；

所述薄膜的厚度为10～50nm，其由纳米孔阵列构成，其中，构成纳米孔阵列的纳米孔的孔直径为160～200nm、孔中心间距为200～240nm。

作为二氧化钛纳米孔阵列薄膜的制备方法的进一步改进，所述的钛片的纯度为≥99.6％；所述的钛片在氧化前，先将其依次分别置于丙酮、乙醇和去离子水中各超声清洗10min，再置于50℃下烘干；所述的在将氧化钛片置于氢氟酸溶液中腐蚀之前，先对其使用去离子水冲洗；所述的在将氧化钛片置于氢氟酸溶液中腐蚀之前，对去离子水冲洗过的氧化钛片使用物理方法去除其边缘未被氧化的钛；所述的物理方法为使用剪刀剪切。

相对于现有技术的有益效果是，其一，对制得的目标产物分别使用扫描电镜和X射线衍射仪进行表征，由其结果可知，目标产物为薄膜状，薄膜的厚度为10～50nm，其由纳米孔阵列构成；其中，构成纳米孔阵列的纳米孔的孔直径为160～200nm、孔中心间距为200～240nm。纳米孔阵列为二氧化钛纳米孔阵列。其二，制备方法科学、有效，不仅制得了二氧化钛纳米孔阵列薄膜，还使制得的二氧化钛纳米孔阵列薄膜的厚度仅为10～50nm，这使其既可作为掩膜用来制备量子点，又可作为微栅应用于透射电镜的样品支撑，更是一种很好的滤菌膜材料，因为绝大多数细菌的直径在0.5～5微米之间。