CN103332870A - 一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法。其方法方便使用。将清洗过的玻璃器皿和石英玻璃基片放入恒温真空干燥箱中烘干，将分析纯的无水乙醇和乙酰丙酮置于反应釜中混合均匀，然后加入正钛酸乙酯，得到均匀透明的溶液，在室温下搅拌溶液，待混合均匀后，继续滴加少量的去离子水和无水乙醇的混合溶液，磁力搅拌，获得稳定、均匀、清澈透明的黄色凝胶，静置后，采用提拉机在洁净的石英玻璃片上提拉成膜，再在马弗炉中预热处理，随后在预先设定的温度下煅烧、退火，得到纳米二氧化钛薄膜，采用采用空冷方式冷却至室温。本发明的优点是通过滴加的去离子水和无水乙醇的量来控制水解速度，方便实用；获得质量优异的锐钛矿型纳米二氧化钛薄膜。

Description

一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法

技术领域

   本发明涉及一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法，属于纳米材料制备和加工研究领域。本发明采用溶胶凝胶法制备，利用提拉法镀膜，然后煅烧制得纳米二氧化钛薄膜。

背景技术

   纳米TiO₂具有许多独特的性能，如优良的光学性质、磁学性质、耐化学腐蚀和化学活性、优良的塑性、很高的硬度和强度等物理、化学、机械性能，因此获得了广泛的应用，尤其是在电子材料、敏化剂、催化剂、化妆品、功能陶瓷等领域得到广泛的应用。

   纳米TiO₂薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性，因此具有防雾功能。纳米TiO₂薄膜具有光催化性能，可以进行污水净化、有害气体处理、被覆基体的杀菌和自洁等。

  纳米TiO₂薄膜制备方法较多，既包括机械粉碎法、惰性气体冷凝法、溅射法等物理方法，也有惰性气体原位加压法、气相水解法、气相氧化法、化学气相沉积法、溶胶—凝胶法、水解法等化学方法。其中磁控溅射法、溶胶—凝胶法和化学气相沉积法应用较多。但是磁控溅射法由于需要真空设备和附加磁场，所以成本较高。化学气相沉积法难以在非标基材上成膜。传统的溶胶—凝胶法具有方法简单、沉积面积不受形状的限制等优点，但其所制薄膜质量难以控制以及和基片的结合力较差等缺点。

发明内容

  本发明的目的是针对传统的溶胶－凝胶法制膜存在的问题，提供一种操作简单、膜层质量优良的纳米二氧化钛薄膜的制备方法。

   为了实现上述的发明功能，本发明是通过在少量的乙醇溶液中钛酸丁酯和乙酰丙酮发生水解反应生成溶胶凝胶，采用提拉法在石英玻璃基片上镀膜，然后在马弗炉中按照设定的温度制度煅烧、退火、空冷，得到质量优良的纳米二氧化钛薄膜。

    本发明还在于在反应过程中可以添加微量的去离子水来加速水解反应。

  本发明还在于将实验中所用玻璃器皿和石英玻璃基片连续用上述碱洗液和酸洗液分别超声清洗两遍，每遍至少10分钟，以免造成污染。

   本发明还在于将实验中所用玻璃器皿和石英玻璃基片以连续用上述碱洗液和酸洗液分别超声清洗两遍，每遍至少10分钟。

   本发明还在于将碱洗和酸洗后的玻璃容器和石英玻璃基片用去离子水超声漂洗10分钟，再用分析纯的无水乙醇超声清洗至少10分钟。

   本发明还在于根据权利要求1所述的制备方法，将清洗过的玻璃器皿和石英玻璃基片放入100℃的恒温真空干燥箱中烘干。

   本发明还在于先将分析纯的质量浓度为99.9%的无水乙醇和99.9%的乙酰丙酮置于反应釜中混合均匀，然后加入98.5%的正钛酸乙酯，得到均匀透明的溶液。在室温下用恒温磁力搅拌器搅拌溶液，待混合均匀后，继续滴加去离子水和无水乙醇体积比为1:10的乙醇水溶液，继续搅拌1小时，从而获得稳定、均匀、清澈透明的黄色凝胶。

本发明还在于须将浅黄色的溶胶静置1小时后，再采用MTI公司的WPL0.01 Dip Coater设备作为提拉机，在洁净的石英玻璃片上提拉成膜。

   本发明还在于对成膜后的石英玻璃片在马弗炉中100℃条件下进行预热处理5到10分钟，随后在预先设定的温度制度下煅烧，得到纳米二氧化钛薄膜。

   本发明还在于预先设定温度制度为：从室温到500℃温度区间，升温速率为每小时50℃；在500℃保温1小时，随后空冷至350℃保温1小时，最后空冷至室温。

    本发明还在于提拉成膜之前的所有在溶液中进行的过程均是在磁力搅拌条件下进行的。

   本发明还在于自制的提拉机以每秒0.5毫米的速度垂直向上提拉石英玻璃基片使其表面镀上一层均匀的纳米薄膜。

本发明还在于煅烧后的薄膜在马弗炉中空冷至350℃时须保温1小时，提高石英玻璃基片和薄膜的结合力。

本发明还在于对该薄膜为锐钛矿纳米TiO₂。

本发明的优点是：所制薄膜质量较易控制以及和基片的结合力较好。

附图说明

   图1为本发明的纳米二氧化钛薄膜的x射线衍射图。

 图2为Seherrer公式。式中λ为本操作中X射线的波长（λ＝0.1504）；β为X射线衍射的半峰宽；θ为布拉格角。

具体实施方法

 本发明是一种溶胶凝胶法的纳米二氧化钛薄膜的制备。

 本发明是将清洗过的玻璃器皿和石英玻璃基片放入100℃的恒温真空干燥箱中烘干。将分析纯的无水乙醇和乙酰丙酮置于反应釜中混合均匀，然后加入正钛酸乙酯，得到均匀透明的溶液。在室温下用恒温磁力搅拌器搅拌溶液，待混合均匀后，继续滴加少量的去离子水和无水乙醇的混合溶液，磁力搅拌，获得稳定、均匀、清澈透明的黄色凝胶。静置后，采用外购或自制的提拉机在洁净的石英玻璃片上提拉成膜。将成膜后的石英玻璃片在马弗炉中预热处理，随后在预先设定的温度制度下煅烧、退火，得到纳米二氧化钛薄膜。本发明采用采用空冷方式冷却至室温。

 本发明预先设定温度制度为升温速率为每小时50℃。在500℃保温1小时后空冷至350℃保温1小时，最后空冷至室温。提拉机以每秒0.5毫米的速度垂直向上提拉石英玻璃基片使其表面镀上一层均匀的纳米薄膜。

  本发明表明对该薄膜进行X射线衍射测试，出现了纳米尖锐的TiO₂衍射峰。衍射峰2θ值分别为25.2°，37.8°，48.0°，53.9°和55.1°，各自对应于锐钛矿结构中（101），（004），（200），（105）和（211）晶面的衍射。

 本发明所制备的纳米二氧化钛薄膜的x射线衍射表明该薄膜为锐钛矿纳米TiO₂，而且峰形尖锐，结晶效果优良。

   本发明所制备的纳米二氧化钛薄膜采用应用Seherrer公式得到得到纳米TiO₂薄膜晶粒的粒径大约为50nm。

Claims (8)

1.一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法，其特征在于：将清洗过的玻璃器皿和石英玻璃基片放入恒温真空干燥箱中烘干，将分析纯的无水乙醇和乙酰丙酮置于反应釜中混合均匀，然后加入正钛酸乙酯，得到均匀透明的溶液，在室温下用恒温磁力搅拌器搅拌溶液，待混合均匀后，继续滴加少量的去离子水和无水乙醇的混合溶液，磁力搅拌，获得稳定、均匀、清澈透明的黄色凝胶，静置后，采用提拉机在洁净的石英玻璃片上提拉成膜，将成膜后的石英玻璃片在马弗炉中预热处理，随后在预先设定的温度下煅烧、退火，得到纳米二氧化钛薄膜，采用采用空冷方式冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法，其特征在于：将玻璃器皿和石英玻璃基片连续用碱洗液和酸洗液分别超声清洗两遍，每遍至少10分钟，将碱洗和酸洗后的玻璃容器和石英玻璃基片用去离子水超声漂洗10分钟，再用分析纯的无水乙醇超声清洗至少10分钟。

3.根据权利要求2所述的一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法，其特征在于：碱洗液是0.01 mol/L的氨水溶液，酸洗液是0.01 mol/L的盐酸溶液。

4.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法，其特征在于：恒温真空干燥箱的温度是100℃。

5.根据权利要求要求1所述的一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法，其特征在于：预先设定的煅烧、退火温度为升温速率每小时50℃，在500℃保温1小时后空冷至350℃保温1小时，最后空冷至室温。

6.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法，其特征在于：提拉成膜之前的所有在溶液中进行的过程均是在磁力搅拌条件下进行的。

7.根据权利要求2所述的一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法，其特征在于：上述的碱洗液采用去离子水稀释的过氧化氢和氨水配制。

8.根据权利要求2所述的制备方法，一种纳米二氧化钛薄膜的制备方法，其特征在于：上述的酸洗液采用去离子水稀释的过氧化氢和盐酸配制。

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