[发明专利]氧化钛薄膜的制备方法及氧化钛薄膜

说明书

技术领域

本发明属于化工材料合成技术领域，涉及一种氧化钛薄膜的制备方法及氧化钛薄膜，尤其涉及一种超亲水多孔氧化钛薄膜的制备方法及基于该制备方法所得到的超亲水多孔氧化钛薄膜。

背景技术

近年来，具有光催化活性的半导体材料由于其在光催化、光电转换等领域有广阔的应用前景而成为研究的热点，包括氧化钛、氧化锌、硫化锌、硫化镉以及氧化铁等。其中氧化钛不仅化学性质稳定(耐酸、耐碱、耐光化学腐蚀)成本低、无毒、易于成膜并与玻璃表面具有很好的附着性能，而且具有独特的禁带宽度(3.2eV)、优异的光催化活性，可以将难降解的有机物矿化为二氧化碳和水，从而使得氧化钛成为应用前景最广、研究最热的光催化活性无机半导体材料。氧化钛有3种晶型：金红石、锐钛矿和板钛矿，其中金红石相最稳定，而锐钛矿相具有最高的光催化活性。

氧化钛半导体材料表面引发的光催化反应，对于光化学反应过程的控制、自清洁领域及治理环境都具有深远的意义。粉状氧化钛材料由于其易失活、易凝聚和难回收等致命缺点，严重限制了氧化钛材料在各个领域的应用发展。为克服这一缺点，将其负载于合适的基板材料，即制备薄膜型氧化钛材料已逐渐成为新的研究热点。

氧化钛薄膜的制备方法主要有溶胶-凝胶法、物理气相沉积法、化学气相沉积法及喷雾热分解等方法，不同的制备方法对薄膜的结构、外观和性能都有不同的影响，且每种制备技术都各有自身的优缺点，其中磁控溅射法镀膜是比较成熟的工艺，生产的氧化钛薄膜成膜均匀、硬度高、透明性好、光催化活性高，但此法真空度要求高，设备复杂、投资较大。化学气相沉积法能够在生产线上直接镀膜，镀膜均匀，膜层材料消耗少，但设备比较复杂、基建投资高。溶胶-凝胶法制膜具有很多优于其他工艺方法的优点，包括：1)工艺设备简单、无需真空条件等昂贵设备；2)可以大面积于不同形状、不同材料的基底上制备薄膜；3)易于定量掺杂，且可以有效地控制薄膜成分及微观结构；4)镀膜成本低、适合大面积工业化生产。因此选用溶胶凝胶法制备高质量的氧化钛薄膜，并解决其产品易开裂、透明性差等存在的问题具有重要的工业应用价值。

为提高氧化钛薄膜材料某些方面的特殊性能，如减少薄膜反射、提高透过率、提高薄膜防雾性能(超亲水性或超疏水性)、增大光利用率、比表面积等，薄膜结构(如多孔结构)的设计及制备已成为研究氧化钛薄膜的最新热点。通常采用模板法(首先设计并制备各种形貌的模板)、刻蚀法、电化学法等来有效改造薄膜的表面结构，以达到提高薄膜性能的要求。但是这些方法一方面比较复杂、耗时长、可重复性及均匀性比较差；另一方面，这些方法只适用于制备比较小面积的氧化钛薄膜，不适合大面积大批量氧化钛薄膜的生产。因此，如何简单并有效地制备出具有特殊形貌的并可大面积生产的氧化钛薄膜，成为本发明的主要出发点。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种制备工艺简单且能够规模化生产的氧化钛薄膜的制备方法及氧化钛薄膜。

本发明的技术解决方案是：提供了一种氧化钛薄膜的制备方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1)氧化钛前驱物的制备：

1.1)将二乙醇胺逐滴加入到搅拌中的乙醇中，40℃下密封搅拌10-20分钟至均匀混合，得到溶液A；

1.2)将钛酸丁酯逐滴加入到步骤1.1)所得到的溶液A中，继续在40℃下密封搅拌100-150分钟，得到溶液B；

1.3)向步骤1.2)所得到的溶液B中缓慢滴加去离子水，密封搅拌30-40分钟，得到浅黄色透明前驱物溶液C；

1.4)向步骤1.3)中所得到的浅黄色透明前驱物溶液C中加入重量百分比是0-6.0％的聚乙烯吡咯烷酮，密封搅拌至溶解完全，静止陈化5至20小时，得到溶液D；所述溶液D是氧化钛前驱物；所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量Mw是55000道尔顿；

2)涂膜及后处理：

2.1)将基片依次用丙酮、乙醇以及去离子水分别在超声作用下清洗5分钟；

2.2)将步骤1)所制备得到的氧化钛前驱物采用旋转、印刷或提拉方法于步骤2.1)中所处理得到的基片进行表面涂膜，得到涂膜样品；

2.3)将步骤2.2)所得到的涂膜样品于100℃下烘干，15-30分钟；

2.4)将步骤2.3)中进行烘干后的样品于550℃下管式炉或马弗炉中进行热处理两小时后取出，冷却到室温，得氧化钛薄膜。

上述步骤1.1)中，二乙醇胺与乙醇的摩尔比是1:31.2。

上述步骤1.2)中，钛酸丁酯与二乙醇胺的摩尔比是1:1.62。