CN101892460A

CN101892460A - 一种制备二氧化钛多孔膜的方法

Info

Publication number: CN101892460A
Application number: CN 201010206485
Authority: CN
Inventors: 吴韬; 方燕翎; 王�琦; 丁靓
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2010-11-24

Abstract

本发明公开的制备二氧化钛多孔膜的方法，采用的是磁控溅射法，在清洁后的基材上先生长金属锌薄膜再生长氧化钛薄膜。本发明制备工艺简单，制得的二氧化钛多孔膜分布均匀、厚度可控、表面积大、附着力强、不开裂，在大规模工业化生产中更加容易控制产品的质量，并降低综合生产成本。本发明制备的二氧化钛多孔膜是还原性的二氧化钛膜，在生物材料领域具有广泛的应用。

Description

一种制备二氧化钛多孔膜的方法

技术领域

本发明涉及制备金属氧化物多孔膜的方法，尤其是制备二氧化钛多孔膜的方法。

背景技术

具备可调孔道的二氧化钛多孔薄膜材料在很多领域具有广阔应用前景。比如，制备染料敏化太阳能电池，利用多孔的二氧化钛膜沉积吸附染料并传递电子；多孔的二氧化钛膜可以增强二氧化钛薄膜的杀菌作用、催化作用等；还能够应用在医学护理相关行业中，比如在人造骨架上镀一层多孔的二氧化钛层，可以使骨架与新生组织连接更为紧密，并且可以增加人造骨架的生物亲和性。此外，二氧化钛多孔薄膜的扩散性能和光催化活性很高，可望用于催化剂制造、污物降解和能源等领域。

目前用于灭菌和催化领域中的二氧化钛薄膜多为无孔的薄膜，但由于其与反应物的接触面积小而作用效果不显著；而用于生物骨架的二氧化钛薄膜的制备方法多为阳极氧化法，但此方法有以下缺陷：(1)制得的二氧化钛多孔膜受电解液的pH值影响很大；(2)制得的膜直接受电流大小影响，且达到一定的电流值时二氧化钛膜会开裂，大大降低其工业生产效率；(3)用此方法制得的二氧化钛晶型几乎全是锐钛矿型，减少了其应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本，工艺简单，利于大规模生产的制备二氧化钛多孔膜的方法。

本发明的制备二氧化钛多孔膜的方法，采用的是磁控溅射法，其步骤如下：

1)超声波条件下用有机溶剂和去离子水清洗基材，干燥；

2)磁控溅射反应室真空度抽到至少10^-3Pa，加热基材，使基材温度为20～250℃，先以金属锌为靶材，惰性气体为工作气，在0.5～2.0Pa压强下，溅射生长金属锌薄膜；然后通入反应气体，以金属钛为靶材，在0.5～2.0Pa压强下，在金属锌薄膜上溅射生长氧化钛薄膜，得到单质锌和钛氧化物的复合膜层；

3)将单质锌和钛氧化物的复合膜层在0.001～1mol/L酸液中浸泡0.5～30分钟取出，干燥，得到二氧化钛多孔膜。

本发明制备过程中，单质锌和钛氧化物复合膜层的厚度可以由溅射时间决定，孔的大小由金属锌膜层的厚度决定，金属锌膜层厚，二氧化钛多孔膜的孔小。

本发明中，所说的有机溶剂为丙酮、氯仿和乙醇溶液中的至少一种。

所说的基材可以是FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、陶瓷，聚乙烯、聚苯乙烯或无纺布。

上述的反应气体可以是纯氧(纯度99.99％)或空气。惰性气体可以是氩气、氮气或氩气和氮气的混合气体。酸液可以是盐酸、硫酸、醋酸或硝酸。

为了使二氧化钛薄膜晶型更加稳定，可以将制得的二氧化钛多孔薄膜在80～600℃条件下退火处理1小时以下。

本发明的优点在于：

采用磁控溅射法制备二氧化钛多孔膜工艺简单，制得的二氧化钛多孔膜分布均匀、厚度可控、表面积大、附着力强、不开裂，在大规模工业化生产中更加容易控制产品的质量，并降低综合生产成本。利用先溅射金属锌薄膜后溅射二氧化钛薄膜的方法，得到了还原性的二氧化钛多孔膜，作为生物材料的性能更加优异。

附图说明

图1是实施例1二氧化钛多孔膜的原子粒显微镜(AFM)图；

图2是实施例2二氧化钛多孔膜的原子粒显微镜(AFM)图；

图3是实施例3二氧化钛多孔膜的原子粒显微镜(AFM)图；

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明。

实施例1

1)取一块表面平整的2cm×2cm的FTO导电玻璃，在超声波条件下，分别在乙醇、丙酮、氯仿和去离子水清洗30分钟，取出后用去离子水冲洗5分钟，60℃烘干30分钟。

2)磁控溅射反应室真空度抽到10^-4Pa，加热FTO导电玻璃，使FTO导电玻璃温度为60℃，先以金属锌为靶材，氩气为工作气，调节锌靶和基材载物台之间的距离为50cm，载物台的旋转速率为6rpm。在1.0Pa压强下，控制氩气流量为50sccm，磁控溅射功率为60W，溅射5分钟生长金属锌薄膜；

然后通入纯氧(纯度99.99％)反应气体，以金属钛为靶材，在1.0Pa压强下，控制氩气流量为30sccm，纯氧流量为20sccm，磁控溅射功率为100W，在金属锌薄膜上溅射30分钟生长氧化钛薄膜，在FTO导电玻璃表面得到浅棕色透明的单质锌和钛氧化物的复合膜层。

3)将单质锌和钛氧化物的复合膜层在0.1mol/L盐酸中浸泡0.5分钟取出，干燥，得到二氧化钛多孔膜。

该二氧化钛多孔膜的厚度为1μm，不开裂，将制得的二氧化钛多孔膜在300℃条件下退火处理60分钟。其AFM图见图1，由图可见，该膜的孔分布较为均匀，表面积较大。

实施例2

1)取一块表面平整的ITO导电玻璃，在超声波条件下，分别在乙醇、丙酮、氯仿和去离子水清洗20分钟，取出后用去离子水冲洗5分钟，60℃烘干30分钟。

2)磁控溅射反应室真空度抽到10^-4Pa，加热ITO导电玻璃，使ITO导电玻璃温度为250℃，先以金属锌为靶材，氮气为工作气，调节锌靶和基材载物台之间的距离为50cm，载物台的旋转速率为6rpm。在2.0Pa压强下，控制氮气流量为30sccm，磁控溅射功率为60W，溅射10分钟生长金属锌薄膜；

然后通入空气反应气体，以金属钛为靶材，在2.0Pa压强下，控制氮气流量为20sccm，空气流量为20sccm，磁控溅射功率为100W，在金属锌薄膜上溅射60分钟生长氧化钛薄膜，在ITO导电玻璃表面得到浅棕色透明的单质锌和钛氧化物的复合膜层。

3)将单质锌和钛氧化物的复合膜层在0.01mol/L硫酸中浸泡1分钟取出，干燥，得到二氧化钛多孔膜。

该二氧化钛多孔膜的厚度为2μm，不开裂。将制得的二氧化钛多孔膜在500℃条件下退火处理30分钟。其AFM图见图2，由图可见，该膜的孔分布较为均匀，表面积较大。

实施例3

1)取一块表面平整的无纺布，在超声波条件下，分别在乙醇、丙酮、氯仿和去离子水清洗40分钟，取出后用去离子水冲洗5分钟，60℃烘干10分钟。

2)磁控溅射反应室真空度抽到10^-4Pa，加热无纺布，使无纺布温度为20℃，先以金属锌为靶材，氩气为工作气，调节锌靶和基材载物台之间的距离为50cm，载物台的旋转速率为6rpm。在0.5Pa压强下，控制氩气流量为30sccm，磁控溅射功率为100W，溅射20分钟生长金属锌薄膜；

然后通入空气反应气体，以金属钛为靶材，在0.5Pa压强下，控制氩气流量为20sccm，纯氧流量为20sccm，磁控溅射功率为200W，在金属锌薄膜上溅射60分钟生长氧化钛薄膜，在无纺布表面得到浅棕色透明的单质锌和钛氧化物的复合膜层。

该二氧化钛多孔膜的厚度为3μm。其AFM图见图3，由图可见，该膜的孔分布较为均匀，表面积较大。

Claims

1.一种制备二氧化钛多孔膜的方法，包括以下步骤：

1)超声波条件下用有机溶剂和去离子水清洗基材，干燥；

2.按权利要求1所述的制备二氧化钛多孔膜的方法，其特征在于步骤1)中所说的有机溶剂为丙酮、氯仿和乙醇中的至少一种。

3.按权利要求1所述的制备二氧化钛多孔膜的方法，其特征在于所说的基材是FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、陶瓷，聚乙烯、聚苯乙烯或无纺布。

4.按权利要求1所述的制备二氧化钛多孔膜的方法，其特征在于所说的反应气体是纯氧或空气。

5.按权利要求1所述的制备二氧化钛多孔膜的方法，其特征在于所说的惰性气体为氩气、氮气或氩气和氮气的混合气体。

6.按权利要求1所述的制备二氧化钛多孔膜的方法，其特征在于所说的酸液为盐酸、硫酸、醋酸或硝酸。

7.根据权利要求1所述的制备二氧化钛多孔膜的方法，其特征在于将制得的二氧化钛多孔薄膜在80～600℃条件下退火处理1小时以下。