CN101163550A - 多功能材料 - Google Patents

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Abstract

本发明的多功能材料可以容易地吸附甚至VOC，由于大的表面积而显示高的光催化活性并用作可见光响应型光催化剂，而且掺杂有碳，而且其具有高的硬度，并显示优异型耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。该多功能材料在材料的至少一部分表面上具有许多氧化钛或钛合金氧化物的突起(例如，氧化钛的微柱丛)。

Description

多功能材料
技术领域
本发明涉及一种多功能材料，更特别地涉及这样一种多功能材料，其依靠在其至少一部分表面上形成的许多二氧化钛或钛合金氧化物的突起而可以容易地吸附甚至挥发性有机化合物(VOC)；其凭借大的表面积和掺杂碳而显示高的光催化活性并用作可见光响应型光催化剂；而且其具有高的硬度并显示优异的耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。
背景技术
迄今，已经知道二氧化钛(TiO2)(在本说明书和附录权利要求中简单称为“氧化钛”)是一种显示光催化功能的物质。从20世纪70年代起就试图在金属钛的表面上形成氧化钛膜。已知的氧化钛膜形成方法包括通过阳极氧化在金属钛的表面上形成氧化钛膜；在供给氧的电炉中于金属钛片的表面上热形成氧化钛膜；和在1,100-1,400℃的城市煤气燃烧火焰中加热金属钛片，从而在该金属钛片的表面上形成氧化钛膜(见非专利文件1)。
为了制造凭借其光催化功能而显示除臭、抗菌、防雾或防污效果的光催化制品，通常通过喷涂、旋涂、浸渍或类似的方法用氧化钛溶胶涂覆基材，从而形成膜(例如，见专利文件1-3)。然而，形成的涂膜可能会受到剥离或磨损，因此这样制造的产品难以长期使用。同时，还已经知道了通过溅射形成光催化涂层的方法(例如，见专利文件4和5)。
还已知，当将通过任一工艺(例如，CVD或PVD)制造的晶核置于含有无机或有机金属化合物的溶胶中，从而由晶核开始生长氧化钛晶体时，或当将溶胶施加到晶核上，随后固化并热处理，从而由晶核开始生长氧化钛晶体时，这样生长的氧化钛晶体呈柱状，并显示高的光催化活性(例如，见专利文件6-8)。然而，在这种情况下，柱状晶仅仅从基材上提供的晶种开始生长，因此这样生长的柱状晶与基材的结合强度不够。因此，这样制造的光催化剂在耐用性(例如，耐磨性)方面必定不能令人满意。
同时，为了显示光催化功能，氧化钛必须接收波长为400nm或更短的UV射线。因此，对于用各种元素掺杂氧化钛已经进行了许多研究以实现可见光作用的氧化钛光催化剂。例如，已经报道了在各自用F、N、C、S、P、Ni或类似元素掺杂的氧化钛样品之中，氮掺杂的氧化钛样品用作一种优异的可见光响应型催化剂(见非专利文件2)。
还提出了用掺杂有其它元素的氧化钛形成的光催化剂；例如其中用其它原子如氮取代氧位置的钛化合物，在化合物的间隙空间中掺杂有其它元素如氮的钛化合物和其中将原子如氮引入大量氧化钛多晶的晶界中的钛化合物(例如，见专利文件9-12)。然而，这些光催化剂显示不能令人满意的耐用性如差的耐磨性。
专利文件1：日本专利申请特许公开JP 09-241038
专利文件2：日本专利申请特许公开JP 09-262481
专利文件3：日本专利申请特许公开JP 10-053437
专利文件4：日本专利申请特许公开JP 11-012720
专利文件5：日本专利申请特许公开JP 2001-205105
专利文件6：日本专利申请特许公开JP 2002-253975
专利文件7：日本专利申请特许公开JP 2002-370027
专利文件8：日本专利申请特许公开JP 2002-370034
专利文件9：日本专利申请特许公开JP 2001-205103
专利文件10：日本专利申请特许公开JP 2001-205094
专利文件11：日本专利申请特许公开JP 2002-95976
专利文件12：WO01/10553的小册子
非专利文件1：A.Fujishima等人，J.Electrochem.Soc.，第122卷，第11期，第1487-1489页，1975年11月
非专利文件2：R.Asahi等人，Science，第293卷，7月13日(2001)，第269-271页。
发明公开
本发明的一个目的是提供一种多功能材料，其可以容易地吸附甚至VOC，其凭借大的表面积和掺杂有碳而显示高的光催化活性并用作可见光响应型光催化剂，而且其具有高的硬度，并显示优异的耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。为了实现上述目的，本发明人进行了广泛的研究。因此，本发明人已经发现，当在特定条件下，通过将不饱和烃，特别是乙炔的燃烧火焰直接施加到至少其表面层是由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成的基材的表面上而热处理该基材时，或当在特定条件下，于通过不饱和烃，特别是乙炔燃烧形成的排气气氛中热处理该基材的表面时，在该表面层的内部形成由氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛形成的层；而且发现当平行于该表面层切割该由微柱丛形成的层时，产生了两种材料，一种材料包含基材和由暴露在基材至少一部分上的氧化钛或钛合金氧化物形成的微柱丛形成的层，另一种材料包含薄膜、于其上形成的许多连续的小宽度突起和在该突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由氧化钛或钛合金氧化物形成的，并暴露于该薄膜上。就是说，本发明人已经发现这两种材料都在材料的至少一部分表面上具有氧化钛或钛合金氧化物的大量突起；这两种材料可用作多功能材料；并且氧化钛或钛合金氧化物的微柱(突起)和连续的小宽度突起掺杂有碳，由此可以制造这样一种多功能材料，其显示高的光催化的活性，并用作可见光响应型光催化剂，其可以容易地吸附甚至挥发性有机化合物(VOC)，而且其具有高的硬度，并显示优异的耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。已经基于这些发现实现了本发明。
换句话说，本发明多功能材料的特征在于该材料在材料的至少一部分表面上具有大量氧化钛或钛合金氧化物的突起(例如，氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛暴露于该材料的至少一部分表面上)，或该材料具有薄膜、于其上形成的许多连续的小宽度突起和于该突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由氧化钛或钛合金氧化物形成的，并暴露于薄膜上，其中突起(例如，微柱)和小宽度突起掺杂有碳。
发明效果
本发明的多功能材料显示高的光催化活性，并用作可见光响应型光催化剂，其可以容易地吸附甚至挥发性有机化合物(VOC)，具有高的硬度，并显示优异的耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。
附图简述
图1是实施例1中获得的多功能材料的显微照片。
图2是说明碎片材料3的薄膜的表面状态的显微照片，该照片是从与其上具有由氧化钛形成的许多连续的白色小宽度突起的薄膜表面相对的一侧观察的，其中林立的微柱暴露于该突起上。
图3是说明碎片材料3的薄膜的表面状态的显微照片，该照片是从薄膜在其上具有由氧化钛形成的许多连续的白色小宽度突起的一侧观察的，其中林立的微柱暴露于该突起上。
图4是说明由白色的氧化钛微柱丛形成的层2之状态的显微照片。
图5是说明在测试实施例4(防污测试)中获得的结果的图。
图6是说明在测试实施例5(晶体结构和键特征)中获得的结果的图。
图7是说明在实施例7中加热120秒的试件的SEM显微照片。
图8是说明在实施例7中加热180秒的试件的SEM显微照片。
图9是说明在实施例7中加热480秒的试件的SEM显微照片。
实施本发明的最佳方式
可以这样制造本发明的多功能材料：通过将例如不饱和烃(特别是乙炔)的燃烧火焰施加到至少其表面层是由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成的基材的表面上而热处理该基材，从而在表面层的内部提供由氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛形成的层；随后通过施加例如热应力、剪切应力或张力而平行于该表面层分割该由微柱丛形成的层而产生两种材料，一种材料包含基材和由暴露在至少一部分(通常是绝大部分)基材上的氧化钛或钛合金氧化物形成的微柱丛形成的层，另一种材料包含薄膜、于其上形成的许多连续的小宽度突起和在该突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由氧化钛或钛合金氧化物形成的，并暴露于该薄膜上。也就是说，各自具有于其表面至少一部分上形成的大量氧化钛或钛合金氧化物突起的这两种功能材料也落入本发明的范围之内。
至少其表面层是由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成的基材可以是完全由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成的。或者，该基材可以包括由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成的外表面形成层和由除这种钛材料以外的材料形成的内体。对用于提供显示光催化活性和/或超亲水性的成品的基材的形式没有特别的限制，基材可以具有任何形式(例如，平板形式或三维形式)。
在基材的至少其表面层是由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成并包括由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成的外表面形成层和由除这种钛材料以外的材料形成的内体的情况下，外表面形成层的厚度(数量)可以等于由氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛形成的层的厚度(即，整个外表面形成层作为由氧化钛或钛合金氧化物形成的微柱丛形成的层)，或可以大于由氧化钛或钛合金氧化物形成的微柱丛形成的层的厚度(即，(沿厚度方向上)一部分外表面形成层作为由微柱丛形成的层，而其余部分不经受任何变化)。对内体的材料没有特别的限制，只要该材料在制造本发明多功能材料的热处理过程中不燃烧、熔融或变形即可。例如，该内体可以由铁、铁合金、非铁合金、玻璃或陶瓷材料形成。例如，可以通过以下方法制备包括薄膜形式表面层和内体的这种基材，其中通过溅射、汽相沉积、喷射或类似的方法在内体的表面上形成钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物的涂层，或通过喷涂、旋涂或浸渍将市售氧化钛溶胶施加到内体的表面上，从而在内体表面上形成涂层。这样形成的表面层的厚度优选为0.5μm或更厚，更优选为4μm或更厚。
对使用的上述钛合金没有特别限制，可以使用各种已知的钛合金。可以使用的钛合金的例子包括Ti-6Al-4V、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-7Al-4Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.2Si、Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-0.3Mo-1Nb-0.3Si、Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn、Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-15Mo-5Zr和Ti-13V-11Cr-3Al。
在制造本发明的多功能材料中，使用例如主要含不饱和烃(特别是乙炔)的气体的燃烧火焰。特别是，优选使用还原焰。在制造本发明多功能材料的优选方式中，使用含至少50体积％不饱和烃(例如，至少50体积％乙炔)和适量空气、氢、氧等的气体混合物。在制造本发明的多功能材料中，100％乙炔的燃料组分是最优选的。当使用不饱和烃(特别是具有三键的乙炔)时，在燃烧的过程中，特别是在还原焰中，不饱和的部分离解，从而形成中间自由基。由于自由基具有强的反应性，所以该多功能材料容易掺杂碳，并且引入的碳形成Ti-C键。在微柱掺杂碳的情况下，微柱的硬度增加，由此可以提高包括材料硬度、耐磨性和耐热性在内的该功能材料的机械强度。
在制造该本发明的多功能材料中，在高温下通过直接向基材的表面施加燃烧排气来热处理该基材；或在高温下、于含氧的气氛中热处理该基材的表面，其中所述基材具有由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成的表面层。例如，可以通过煤气喷灯进行热处理或可以在炉子中进行热处理。当通过直接向表面施加燃烧火焰而在高温下加热它时，利用煤气喷灯将火焰直接施加到基材上。在于高温下、燃烧排气气氛中加热基材的情况下，在炉子中燃烧如上所述的燃料气体，并且可以使用含高温燃烧排气的气氛。
必须调整热处理的温度和时间以使在由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成的表面层的内部形成由氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛形成的层；并随后通过施加例如热应力、切应力或张力而平行于该表面层分割该由微柱丛形成的层而产生两种材料，一种材料包含基材和由暴露在基材至少一部分上的氧化钛或钛合金氧化物形成的微柱丛形成的层，另一种材料包含薄膜、于其上形成的许多连续的小宽度突起和在这些突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由氧化钛或钛合金氧化物形成的，并暴露于该薄膜上。优选地，在600℃或更高的温度下进行加热。
在上述条件下热处理形成包含由微柱丛形成的层(层高度：约1-约20μm，微柱的平均直径：约0.2-约3μm)和在该层上形成的、厚度为约0.1-约10μm的薄膜的中间体。此后，通过施加例如热应力、切应力或张力而平行于该表面层分割该由微柱丛形成的层而产生两种材料，一种材料包含基材和由暴露在基材至少一部分上的氧化钛或钛合金氧化物形成的微柱丛形成的层(即，可以从由基材上微柱丛形成的层上剥离于该层上形成的整个薄膜，或一部分薄膜无法剥离，仍然留在该层上)，另一种材料包含薄膜、于其上形成的许多连续的小宽度突起和在这些突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由氧化钛或钛合金氧化物形成的，并暴露于该薄膜上。
当通过施加热应力平行于该表面层分割由微柱丛形成的层时，例如冷却或加热基材的正面和背面中的任意之一而在这些表面之间形成温差。在这种情况下，通过例如使上述热的中间体的正面或背面与冷却用物体(例如，不锈钢块)接触，或向上述热的中间体的正面或背面吹冷却用空气(环境温度的空气)来进行冷却。当使热的中间体冷却时，形成热应力，但该应力很小。
当通过施加切应力平行于该表面层分割由微柱丛形成的层时，例如，沿相对的相反方向将摩擦力施加到上述中间体的正面和背面上。当通过施加张力平行于表面层分割由微柱丛形成的层时，例如，利用例如真空吸盘，沿垂直于该表面的相反方向将张力施加到上述中间体的正面和背面上。在从整体上仅分离其中由氧化钛或钛合金氧化物形成的微柱丛形成的层暴露在基材至少一部分上的材料的情况下，可以通过研磨、溅射或类似的方法除去上述中间体的一部分，这部分相应于包含薄膜、在其上形成并由氧化钛或钛合金氧化物形成的许多连续的小宽度突起和暴露在突起上的微柱丛的材料。
在这样获得的、其中由氧化钛或钛合金氧化物形成的微柱丛形成的层暴露于基材至少一部分上的材料中，由微柱丛形成的层的高度取决于平行于表面层分割由微柱丛形成的层时微柱的位置高度。然而，由微柱丛形成的层的高度为约1-约20μm，微柱的平均直径为约0.5-约3μm。此材料是这样一种多功能材料，其可以容易地吸附VOC，具有大的表面积，并因此显示高的光催化活性，具有高的涂层硬度，并显示优异的耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。
同时，包含薄膜、在其上形成并由氧化钛或钛合金氧化物形成的许多连续的小宽度突起和暴露在这些突起上的微柱丛的上述获得的材料为小碎片的形式，每个碎片的突起具有约2-约12μm的高度。微柱的高度取决于平行于表面层分割由微柱丛形成的层时微柱的位置高度，但通常，微柱的高度为约1-约5μm，微柱的平均直径为约0.2-约0.5μm。然而，在用于平行于表面层分割由微柱丛形成的层的一些条件下，在许多连续的小宽度突起上实际上可能不存在微柱，并且这些突起可能是暴露的。并且，此材料可以吸附VOC，具有大的表面积，并因此显示高的光催化活性。此材料可以直接使用，或可以在使用前粉碎。这样粉碎的产品也可以容易地吸附VOC，具有大的表面积，并因此显示高的光催化活性。
在本发明的多功能材料中，由氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛形成的层、许多连续的小宽度突起和在突起上形成的微柱都掺杂有碳。因此，该材料响应波长为400nm或更长的可见光(更不用说UV射线了)，特别有效作为光催化剂。也就是说，可以使用该材料作为可见光响应型光催化剂，并且甚至在室内(更不用说在户外了)也显示光催化作用。
在由基材上氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛形成的层中(该层是通过本发明的生产方法形成的)，如图1和4的显微照片所示，每个微柱具有例如棱柱形、圆柱形、角锥形、圆锥形、倒角锥形或倒圆锥形。例如，每个微柱沿与基材表面垂直或倾斜的方向笔直延伸，以弯曲或折曲的形式延伸，以枝状的形式延伸或以它们组合的形式延伸。微柱的总体形状可以用各种措词表示，包含霜柱状、起毛地毯状、珊瑚形状、列柱状和积木组合成的柱状。微柱的宽度、高度、底面尺寸等依例如热处理条件改变。
如图3的显微照片所示，在含薄膜、在其上形成且由氧化钛或钛合金氧化物形成的许多连续的小宽度突起和暴露在突起上的微柱丛的本发明材料中，许多连续的小宽度突起具有核桃壳外部的外观或浮石的外观，并且每个连续的小宽度突起都具有弯曲的皱纹状或皱缩状图形的外观。暴露在突起上的微柱的形状类似于构成于基材上形成的该层的微柱的形状。然而，由于在微柱与薄膜之间的结合部分处分割大部分微柱，所以，通常，暴露在突起上的微柱的密度小于构成在基材上形成的该层的微柱的密度。
实施例
接下来，将参考实施例和对比例更详细地描述本发明。
实施例1-4
在表1所示的表面层温度下，用乙炔的燃烧火焰热处理钛片(厚度：0.3mm)的表面如表1所示的时间。此后，当使经受该燃烧火焰的表面与不锈钢块(厚度：30mm)的平坦表面接触以冷却该片时，将得到的产品分成两种材料，一种材料含钛片和由氧化钛的白色微柱丛形成的层，该层暴露在大部分钛片表面上；另一种材料是碎片材料，各自含薄膜、在其上形成的许多连续的白色小宽度突起和在该突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由氧化钛形成的，并暴露于薄膜上。具体地说，通过在热处理后冷却而平行于表面层分割由氧化钛微柱丛形成的层，其已通过热处理于钛片表面层的内部形成。这样，获得实施例1-4的多功能材料。
图1是实施例1中获得的多功能材料的显微照片。图1说明了这样一种状况，其中由氧化钛的白色微柱丛形成的层2暴露于钛片表面1上；碎片材料3位于层2的一部分上，碎片材料3包含薄膜、在其上形成的许多连续的白色小宽度突起和在该突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由氧化钛形成的，并暴露于薄膜上。在通过实施例1-4中描述的制造方法制造的多功能材料的情况下，通常不暴露这种钛片表面；即，图1的显微照片说明了从钛片表面1上除去由微柱丛形成的层2之一部分的状况。图2是说明碎片材料3的薄膜的表面状态的显微照片，该照片是从与其上具有由氧化钛形成的许多连续的白色小宽度突起的薄膜表面相对的一侧观察的，其中微柱暴露于该突起上。图3是说明碎片材料3的表面状态的显微照片，该照片是从薄膜在其上具有由氧化钛形成的许多连续的白色小宽度突起的一侧观察的，其中微柱暴露于该突起上。图4是说明由氧化钛的白色微柱丛形成的层2之状态的显微照片。
实施例5
在表1所示的表面层温度下，用乙炔的燃烧火焰热处理Ti-6Al-4V合金片(厚度：0.3mm)的表面如表1所示的时间。此后，当使经受该燃烧火焰的表面与不锈钢块(厚度：30mm)的平坦表面接触以冷却该片时，将得到的产品分成两种材料，一种材料含钛合金片和由钛合金氧化物的微柱丛形成的层，该层暴露在大部分钛合金片表面上；另一种材料是碎片材料，各自含薄膜、在其上形成的许多连续的小宽度突起和在该突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由钛合金氧化物形成的，并暴露于薄膜上。
实施例6
通过电子束沉积在不锈钢片(SUS316)(厚度：0.3mm)上形成钛薄膜(厚度：约3μm)。在表1所示的表面层温度下，用乙炔的燃烧火焰热处理该薄膜的表面如表1所示的时间。此后，当使经受该燃烧火焰的表面与不锈钢块(厚度：30mm)的平坦表面接触以冷却该片时，将得到的产品分成两种材料，一种材料含不锈钢片和由氧化钛的白色微柱丛形成的层，该层暴露在大部分不锈钢片表面上；另一种材料是碎片材料，各自含薄膜、在其上形成的许多连续的白色小宽度突起和在该突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由氧化钛形成的，并暴露于薄膜上。
对比例1
通过旋涂将市售氧化钛溶胶(STS-01，Ishihara Sangyo Kaisha，Ltd.产品)施加到钛片(厚度：0.3mm)上，随后进行加热，从而在该钛片上形成显示附着性提高的氧化钛涂层。
测试实施例1(刮痕硬度测试：铅笔方法)
根据JIS K 5600-5-4(1999)，使用铅笔(Uni 1H至9H，MitsubishiPencil Co.，Ltd.产品)对在实施例1-6中获得的每一材料(试件)进行铅笔刮痕硬度测试，其中使由微柱丛形成的层暴露在基片的表面上。在微柱一侧对材料的表面进行该测试。结果示于表1中。如表1所示，即使当使用9H铅笔时，在所有的试件中也观察不到损伤。
测试实施例2(耐化学性测试)
在室温下，将实施例1-6中获得的每一材料(试件)浸在1M硫酸水溶液或1M氢氧化钠水溶液中一个星期，随后用水洗涤，并干燥，其中使由微柱丛形成的层暴露在基片的表面上。此后，使这样处理的材料如上所述类似接受铅笔刮痕硬度测试。结果示于表1中。如表1所示，即使当使用9H铅笔时，在所有的试件中也观察不到损伤；即，实施例1-6的材料显示高的耐化学性。
测试实施例3(耐热性测试)
将实施例1-6中获得的每一材料(试件)置于管式炉中，其中使由微柱丛形成的层暴露在基片的表面上；在空气气氛中用1小时将材料从室温加热到500℃；将该材料保持在500℃下2小时；用1小时将该材料冷却至室温。此后，使这样处理的材料如上所述类似接受铅笔刮痕硬度测试。结果示于表1中。如表1所示，即使当使用9H铅笔时，在所有的试件中也观察不到损伤；即，实施例1-6的材料显示高的耐热性。
表1
燃料 表面层温度 加热时间 刮痕硬度 耐化学性 耐热性
实施例1 乙炔 1100℃ 10分钟 大于9H 大于9H 大于9H
实施例2 乙炔 1200℃ 7分钟 大于9H 大于9H 大于9H
实施例3 乙炔 1220℃ 8分钟 大于9H 大于9H 大于9H
实施例4 乙炔 1250℃ 10分钟 大于9H 大于9H 大于9H
实施例5 甲烷 1100℃ 10分钟 大于9H 大于9H 大于9H
实施例6 乙炔 1100℃ 8分钟 大于9H 大于9H 大于9H
测试实施例4(防污测试)
使用在实施例4中获得的材料(表面积：8cm2)和对比例1中获得的涂氧化钛的钛片(表面积：8cm2)作为样品，在实施例4中获得的材料中使由微柱丛形成的层暴露在基片的表面上。每一样品受到除臭剂测试。具体地说，将每一样品浸于亚甲基蓝水溶液(80mL，亚甲基蓝浓度：约10μmol/L)中。在初始吸附对亚甲基蓝浓度降低的作用变得微不足道后，利用具有UV截止滤光片(Matsushita Electric Industrial Co.，Ltd.产品)的荧光灯，用可见光照射该水溶液，利用水质检查装置(DR/2400，HACH产品)，以预定的照射时间间隔测量亚甲基蓝水溶液在660nm处的吸光度。结果示于图5中。
正如从图5中清楚看出的，与在对比例1中获得的涂氧化钛的钛片的情况相比，在实施例4中获得的材料以较高的速率降解亚甲基蓝，其中使由微柱丛形成的层暴露在基片的表面上；即，实施例4的材料显示高的防污效果。
测试实施例5(晶体结构和键特征)
对从于实施例3中获得的材料的微柱中收集的样品进行X-射线衍射测量(XRD)，其中使由微柱丛形成的层暴露在基片的表面上，因此发现样品具有金红石晶体结构。
在下面的条件下，利用X-射线光电子光谱仪(XPS)对实施例3中获得的材料的微柱进行分析，其中使由微柱丛形成的层暴露在基片的表面上：加速电压：10kV，靶：铝，Ar离子溅射：2,700秒。当溅射速率为0.64/s时，这相当于SiO2膜的溅射率，深度为约173nm。XPS分析的结果示于图6中。在284.6eV的结合能处观察到最高峰。认为此峰相应于C-H(C)键，这通常是通过Cls分析观察到的。在281.6eV的结合能处观察到次高峰。Ti-C的结合能为281.6eV，因此，认为实施例3材料的微柱以Ti-C键的形式掺杂了C。对处于不同微柱高度水平的14个点进行XPS分析，结果在相应于每一点的XPS光谱中都在281.6eV或附近观察到与如上所述相似的峰。
实施例7
使用钛圆片作为试件，每个钛圆片具有32mm的直径和0.3mm的厚度。通过乙炔的燃烧火焰加热试件的表面以使表面温度保持在约1,150℃下。将第一个试件加热120秒，然后将其冷却。将第二个试件加热180秒，然后将其冷却。将第三个试件加热480秒，此后，使经受燃烧火焰的表面立即与不锈钢块(厚度：30mm)的平坦表面接触以冷却该试件。通过此冷却，从钛片的表面上剥离下薄膜，从而产生这样一种材料，其中由氧化钛的白色微柱丛形成的层暴露于钛片表面上。利用FIB-SEM装置(SMI8400SE，Seiko Instruments Inc.产品)在这3个试件的每一个的表面中都形成洞，各洞具有3μm ×12μm的尺寸和10μm的深度，并利用SEM装置(VE7800，Keyence Corporation产品)观察每个洞的侧面和底面。图7是说明加热试件120秒的SEM显微照片；图8是说明加热试件180秒的SEM显微照片；和图9是说明加热试件480秒的SEM显微照片。如图8所示，在加热180秒的试件中，微柱结构在涂层的较低部分处开始形成。因此，可以想象，用火焰进一步连续处理将使微柱延伸，从而通过本发明按照预定形成微柱结构。

Claims (7)

1.一种多功能材料，其特征为在该材料的至少一部分表面上具有许多氧化钛或钛合金氧化物的突起，其中该突起掺杂有碳。
2.如权利要求1所述的多功能材料，其在该材料的至少一部分表面上具有由氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛形成的层，该层暴露于该表面上，其中微柱掺杂有碳。
3.如权利要求1所述的多功能材料，其包含薄膜、在其上形成的许多连续的小宽度突起和在该突起上形成的微柱丛，其中该突起和该微柱是由氧化钛或钛合金氧化物形成的，掺杂有碳并暴露于该薄膜上。
4.如权利要求1、2或3所述的多功能材料，其中通过掺杂引入到该材料中的碳形成Ti-C键。
5.如权利要求1-4中任一项所述的多功能材料，其用作可见光响应型光催化剂。
6.如权利要求1-5中任一项所述的多功能材料，其具有优异的耐久性。
7.如权利要求1-6中任一项所述的多功能材料，其中钛合金是Ti-6Al-4V、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-7Al-4Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.2Si、Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-0.3Mo-1Nb-0.3Si、Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn、Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-15Mo-5Zr或Ti-13V-11Cr-3Al。
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