CN101328574B - 一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法 - Google Patents
一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101328574B CN101328574B CN2008100554844A CN200810055484A CN101328574B CN 101328574 B CN101328574 B CN 101328574B CN 2008100554844 A CN2008100554844 A CN 2008100554844A CN 200810055484 A CN200810055484 A CN 200810055484A CN 101328574 B CN101328574 B CN 101328574B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- titanium
- metallic matrix
- workpiece
- plating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法，属于光催化材料制备技术领域的范畴，是一种在金属基体上制备高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的方法。其特征在于首先利用双层辉光离子渗金属技术，在800-1000℃高温下，在金属基体表面形成由基体内钛的扩散层和表面钛沉积层构成的钛渗镀层，渗镀层中钛的浓度由内至外增大呈梯度分布，使薄膜与基体间有良好的结合强度。再将上面工件放置于普通加热炉中，直接利用空气在400～600℃温度范围加热处理，使金属基体表面生成具有良好光催化性能的氮掺杂锐钛矿型TiO2薄膜。本发明工艺重复性好，质量易控，可用于降解水中污染物、净化空气等方面。
Description
技术领域
本发明一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法，属于光催化材料制备技术范围，特别涉及一种在金属基体上制备高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的方法。
背景技术
TiO2具有光催化活性高且抗光腐蚀、化学性质稳定、难溶、无毒等优点，是公认的理想光催化材料，它可以较好地降解水和空气中的很多有机和无机污染物。然而粉末状TiO2在使用过程中存在易凝聚、易流失、分离与回收困难等问题，解决这些问题的有效途径是制备负载型TiO2光催化剂，即在选定的基底上制备TiO2薄膜。
TiO2薄膜的制备方法可分为液相法和气相法两大类。
在液相法中大都采用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜。这种方法一般以钛盐为前驱物，先经水解、搅拌和陈化制成稳定的涂膜溶胶，再将此溶胶涂覆在基体上，然后干燥、焙烧。涂覆、干燥、焙烧步骤往往要反复多次，因此该工艺费时繁琐。此外，溶胶-凝胶法制备的二氧化钛薄膜与基体的结合强度较低，使用耐久性差。
在气相法中，用于制备TiO2薄膜的最常用的方法是磁控溅射法和化学气相沉积法。直流磁控溅射制备TiO2薄膜是一种反应溅射，需要通入反应气体氧气，而氧气容易引起钛靶的氧化，即“靶中毒”，这会影响工艺参数的稳定性和薄膜的沉积速度。射频磁控溅射技术可以克服“靶中毒”，但薄膜沉积速度慢，且电源转换效率低，消耗电能大。用化学气相沉积法制备TiO2薄膜，常采用含钛的氯化物作为原料，因此产物中含有氯物质，对环境带来污染。
利用我国学者发明的“双层辉光离子渗金属技术”(美国专利4520268)及相应的设备“双层辉光离子渗金属炉”(中国专利CN 1030262A)，可以在金属基体上形成金属靶材元素的渗镀层，由于渗镀层由基体内的扩散层和表面的沉积层构成，渗镀层中靶材元素的浓度由基体内至表面增大呈梯度分布，因此表面渗镀层与基体间有很好的结合强度。这种技术具有无公害、可处理批量及大面积工件、渗层厚度和成份均范围很宽等突出优点。渗金属时为保证渗速，基体温度一般在800-1000℃高温范围。原则上，采用钛靶，同时往双辉渗金属炉中通入氩气和氧气的混合气，即可通过反应溅射在金属基体上形成TiO2薄膜，但存在以下两个问题：
(1)通入反应气体氧气会导致“靶中毒”，这会影响工艺参数的稳定性和薄膜沉积速度。
(2)研究表明，加热温度对钛与氧气反应形成氧化物的相结构有重要影响，随着温度升高，生成的TiO2会从无定型向锐钛矿型进而向金红石型转变，而锐钛矿型TiO2具有较高的催化活性。在双辉溅射中，基体处于高于800℃的高温。实验表明，这样的温度下，将在金属基体上形成金红石型的TiO2薄膜，而不是具有良好光催化性能的锐钛矿型TiO2薄膜。
为解决上述的两个问题，本申请的发明人曾以0Cr18Ni9型奥氏体不锈钢为基体材料，先利用双层辉光离子渗金属技术在基体表面形成钛的渗镀层，再将工件放在真空管式炉中通入氧气并加热使之发生氧化反应，控制加热温度在适当范围，则可在基体表面生成具有光催化性能的锐钛矿型TiO2薄膜(该技术公开在2007年太原理工大学硕士学位论文“不锈钢表面TiO2薄膜的制备及其性能研究”和《太原理工大学学报》2008年39卷1期“不锈钢基底上TiO2薄膜的制备和结构分析”)。这样的处理方法采用了在真空管式炉中对渗镀了钛的工件进行氧化处理，首先要将管式炉的真空室抽至一定的真空度，再往真空室内充入氧气并加热进行反应，该方法仍然存在制备薄膜过程耗时较长，成本较高的问题。此外，上述方法制备的TiO2薄膜只在紫外光中具有光催化活性，若能在制备过程中实现对TiO2薄膜的适当元素掺杂，则可生成具有可见光催化活性的锐钛矿型TiO2薄膜，提高其光催化性能。
发明内容
本发明一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法的目的在于：针对上述现有制备光催化TiO2薄膜技术存在的问题，提供一种在金属基体上制备高膜基结合强度的氮掺杂TiO2光催化薄膜的方法的技术方案。
本发明一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法，其特征在于是一种首先利用双层辉光离子渗金属技术在金属基体表面渗镀钛膜，然后再将表面渗镀钛膜后的金属基体工件放在普通加热炉中处理，直接利用空气中的氧气和氮气对渗镀了钛的金属基体工件进行反应，通过控制加热温度范围，使金属基体表面生成氮掺杂的锐钛矿型的高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的方法。
上述一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法，其特征在于所述的利用双层辉光离子渗金属技术在金属基体表面渗镀钛膜，就是首先将具有良好耐腐蚀性能的马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢金属基体工件置入双层辉光离子渗金属炉中，用纯钛板作溅射靶，以氩气为工作气体进行渗镀钛，其渗镀钛的工艺条件为：金属基体工件和溅射靶之间距离15～18cm；气压35～40Pa；溅射靶电压1000～1200V；金属基体工件电压520～600V；金属基体工件温度800-1000℃；渗镀时间2～4h。
上述一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法，其特征在于所述的将表面渗镀钛膜后的金属基体工件放在普通加热炉中处理，就是将表面渗镀钛膜后的金属基体工件放在无需抽成真空的普通加热炉中，直接利用空气中的氧气和氮气与金属基体工件表面的钛膜发生反应，其加热温度范围控制在400～600℃，保温时间为2～6小时，然后冷却至室温，生成不降低其紫外光活性，同时又具有可见光活性的氮掺杂的锐钛矿型TiO2薄膜。
本发明一种在金属基体上制备高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的方法，其优点及用途为：本发明先利用双层辉光离子渗金属技术在金属基体表面渗镀钛膜，渗镀层与基体间具有良好的结合强度。再将渗镀了钛的金属基体工件放在普通加热炉中，通过控制加热温度范围，直接利用空气中的氧气和氮气与金属基体工件表面的钛膜发生反应，使金属基体表面生成氮掺杂的锐钛矿型TiO2薄膜。这一方法结合了双层辉光离子渗金属技术形成的渗镀层与基体有良好结合强度的优点和加热炉中处理可以控制加热温度范围的特点，又利用了普通加热炉直接利用空气对渗镀了钛的金属基体工件进行反应的技术，具有节约制备时间和成本的优势。此外，在普通加热炉中对渗镀了钛的金属基体工件进行加热处理，空气中的氧气和氮气均会与金属基体工件表面的钛膜发生反应，因为Ti-O键的稳定性高于Ti-N键，所以生成氮掺杂的锐钛矿型TiO2薄膜，使得TiO2的带隙变窄，在不降低TiO2紫外光活性的同时，具有可见光活性。考虑到光催化TiO2薄膜的应用环境，金属基体材料为具有良好耐腐蚀性能的马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢。该发明还具有工艺重复性好，质量易控等特点，可广泛用于降解水中污染物、净化空气等方面。
四、具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步描述。
实施方式1
首先将具有良好耐腐蚀性能的1Cr13型马氏体不锈钢金属基体工件置入双层辉光离子渗金属炉中，用纯钛板作溅射靶，以氩气为工作气体进行渗镀钛，其渗镀钛的工艺条件为：金属基体工件和溅射靶之间距离15cm；气压40Pa；溅射靶电压1200V；金属基体工件电压570V；金属基体工件温度1000℃；渗镀时间2h。
再将表面渗镀钛膜后的1Cr13型马氏体不锈钢金属基体工件放在普通加热炉中处理，直接利用空气中的氧气和氮气与金属基体工件表面的钛膜发生反应，其加热温度为600℃，保温时间为2小时，然后冷却至室温，生成氮掺杂的锐钛矿型TiO2薄膜。
实施方式2
首先将具有良好耐腐蚀性能的0Cr18Ni9型奥氏体不锈钢金属基体工件置入双层辉光离子渗金属炉中，用纯钛板作溅射靶，以氩气为工作气体进行渗镀钛，其渗镀钛的工艺条件为：金属基体工件和溅射靶之间距离15cm；气压35Pa；溅射靶电压1120V；金属基体工件电压600V；金属基体工件温度900℃；渗镀时间3h。
再将表面渗镀钛膜后的0Cr18Ni9型奥氏体不锈钢金属基体工件放在普通加热炉中处理，直接利用空气中的氧气和氮气与金属基体工件表面的钛膜发生反应，其加热温度为400℃，保温时间为6小时，然后冷却至室温，生成氮掺杂的锐钛矿型TiO2薄膜。
实施方式3
首先将具有良好耐腐蚀性能的1Cr17型铁素体不锈钢金属基体工件置入双层辉光离子渗金属炉中，用纯钛板作溅射靶，以氩气为工作气体进行渗镀钛，其渗镀钛的工艺条件为：金属基体工件和溅射靶之间距离18cm；气压40Pa；溅射靶电压1000V；金属基体工件电压520V；金属基体工件温度800℃；渗镀时间4h。
再将表面渗镀钛膜后的1Cr17型铁素体不锈钢金属基体工件放在普通加热炉中处理，直接利用空气中的氧气和氮气与金属基体工件表面的钛膜发生反应，其加热温度为500℃，保温时间为4小时，然后冷却至室温，生成氮掺杂的锐钛矿型TiO2薄膜。
Claims (1)
1.一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法，其特征在于是一种首先利用双层辉光离子渗金属技术在金属基体表面渗镀钛膜，然后再将金属基体表面渗镀钛膜后的工件放在普通加热炉中，直接利用空气对渗镀了钛的工件进行氧化反应，通过控制温度范围，使金属基体表面生成氮掺杂的锐钛矿型的高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的方法，所述的利用双层辉光离子渗金属技术在金属基体表面渗镀钛膜，就是首先将具有良好耐腐蚀性能的马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢金属基体工件置入双层辉光离子渗金属炉中，用纯钛板作溅射靶，以氩气为工作气体进行渗镀钛，其渗镀钛的工艺条件为：金属基体工件和溅射靶之间距离15～18cm，气压35～40Pa，溅射靶电压1000～1200V，金属基体工件电压520～600V，金属基体工件温度800-1000℃，渗镀时间2～4h；所述的将表面渗镀钛膜后的金属基体工件放在普通加热炉中处理，就是将表面渗镀钛膜后的金属基体工件放在无需抽成真空的普通加热炉中，直接利用空气中的氧气和氮气与金属基体工件表面的钛膜发生反应，其加热温度范围控制在400～600℃，保温时间为2～6小时，然后冷却至室温，生成氮掺杂的锐钛矿型的高膜基结合强度光催化TiO2薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100554844A CN101328574B (zh) | 2008-07-23 | 2008-07-23 | 一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100554844A CN101328574B (zh) | 2008-07-23 | 2008-07-23 | 一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101328574A CN101328574A (zh) | 2008-12-24 |
| CN101328574B true CN101328574B (zh) | 2010-09-08 |
Family
ID=40204578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100554844A Expired - Fee Related CN101328574B (zh) | 2008-07-23 | 2008-07-23 | 一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101328574B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101956165A (zh) * | 2010-08-23 | 2011-01-26 | 王鹤峰 | 一种抗菌耐磨不锈钢渗镀层的制备方法 |
| CN103103475B (zh) * | 2013-01-15 | 2015-11-18 | 太原理工大学 | 一种铜掺杂二氧化钛镀层的制备方法 |
| CN103074588B (zh) * | 2013-01-15 | 2015-11-18 | 太原民丰金属表面处理科技有限公司 | 一种硼氮共掺杂二氧化钛薄膜的制备方法 |
| CN103290417A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-09-11 | 太原理工大学 | 一种不锈钢表面二氧化钛纳米管薄膜的制备方法 |
| CN103276393A (zh) * | 2013-05-23 | 2013-09-04 | 太原理工大学 | 不锈钢基体表面氮掺杂二氧化钛多孔薄膜的制备方法 |
| JP6887593B2 (ja) * | 2016-12-15 | 2021-06-16 | サンスター技研株式会社 | 光触媒シート、空気清浄機及び光触媒シートの製造方法 |
| CN107841712B (zh) | 2017-11-01 | 2018-10-30 | 浙江水晶光电科技股份有限公司 | 高折射率氢化硅薄膜的制备方法、高折射率氢化硅薄膜、滤光叠层和滤光片 |
| CN108039379B (zh) * | 2017-11-27 | 2019-11-12 | 南京信息工程大学 | 一种金属箔片表面金属掺杂的氧化锌复合电极薄膜及其制备方法 |
| CN111378942A (zh) * | 2018-12-28 | 2020-07-07 | 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 | 金属表面的防腐蚀处理工艺、金属工件、电加热管及电热水器 |
-
2008
- 2008-07-23 CN CN2008100554844A patent/CN101328574B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101328574A (zh) | 2008-12-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101328574B (zh) | 一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法 | |
| Zhang et al. | Influence of argon flow rate on TiO2 photocatalyst film deposited by dc reactive magnetron sputtering | |
| Rudnev et al. | Plasma-electrolytic formation, composition and catalytic activity of manganese oxide containing structures on titanium | |
| Wang et al. | Efficient hydrogen production by photocatalytic water splitting using N-doped TiO2 film | |
| Wang et al. | Effective water splitting using N-doped TiO2 films: Role of preferred orientation on hydrogen production | |
| CN109626357A (zh) | 一种超细碳纳米管及其制备方法 | |
| CN105428663B (zh) | 一种具光催化协同效应微生物燃料电池电极及其制备方法和应用 | |
| CN101884938A (zh) | 一种制备氮掺杂TiO2光催化薄膜的方法 | |
| CN1858001A (zh) | 真空限氧法制备不同形貌氧化锌的方法 | |
| Lee et al. | Anatase-phase titanium oxide by low temperature oxidation of metallic Ti thin film | |
| US10000841B2 (en) | Hydrophilic-hydrophobic transformable composite film and the method of fabricating the same | |
| CN101956165A (zh) | 一种抗菌耐磨不锈钢渗镀层的制备方法 | |
| CN103276393A (zh) | 不锈钢基体表面氮掺杂二氧化钛多孔薄膜的制备方法 | |
| Shangguan et al. | Physicochemical properties and photocatalytic hydrogen evolution of TiO2 films prepared by sol–gel processes | |
| CN102489286A (zh) | 一种光催化活性碳掺杂氧化钛薄膜的制备方法 | |
| CN102794186A (zh) | 卤氧化物光催化材料及其制备方法 | |
| CN110714187B (zh) | 一种钒离子空位型钒酸铋光阳极薄膜及其制备方法 | |
| CN104071783B (zh) | 一种柔性纸状还原氧化石墨烯膜片的制备方法 | |
| CN103290417A (zh) | 一种不锈钢表面二氧化钛纳米管薄膜的制备方法 | |
| CN103572232A (zh) | 一种CuO/CoTiO3复合气敏薄膜的制备方法 | |
| CN103332870A (zh) | 一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法 | |
| CN105664900B (zh) | 复合光催化涂层的制备方法以及制得的复合光催化涂层 | |
| CN101380572B (zh) | 一种纳米复合光催化剂薄膜的制备方法 | |
| CN103388122B (zh) | 一种不锈钢表面TiO2渗镀层的制备方法 | |
| CN102465295A (zh) | 镁合金涂层表面负载TiO2光催化薄膜的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100908 Termination date: 20120723 |