JP2003103179A - 二層構造の光触媒酸化チタン膜及びその製造方法 - Google Patents
二層構造の光触媒酸化チタン膜及びその製造方法Info
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Abstract
厚さで平滑な膜の作製が可能なレーザアブレーション成
膜法により、エピタキシャル成長させたTi2O3膜とT
iO2膜の二重構造の膜を形成することにより高い光触
媒性をもった二酸化チタン膜を作製することにある。 【解決手段】 サファイア基板上にエピタキシャル成長
したTi2O3膜が形成され、更にそのTi2O3膜の上に
エピタキシャル成長したTiO2膜が形成されたことを
特徴とする、光触媒酸化チタン膜及びその製造方法。
Description
ョン成膜法により高い光触媒性をもった二酸化チタンの
作製に関するものであり、Ti2O3膜とTiO2膜の二
層構造の膜を形成することによりTiO2のみの膜に比
べてより高い光触媒性を有した二酸化チタン膜が得られ
ることを見出した。即ち、チタン酸化物であるTi2O3
膜をTiO 2膜の下地にすることにより高い光触媒性を
もった二酸化チタン膜が得られ、窒素酸化物等の有害ガ
スの分解、除去への利用への拡大が図れる。
チタン膜の作製が行われているが、これまでのTiO2
膜はその結晶構造がルチルおよびアナターゼの多結晶構
造のものしか作製できなかった。また、これらの作製方
法では種々のチタン酸化物であるTi2O3、TiO2等
の膜を多層構造で作製することは困難であった。
m(ナノメートル)程度の非常に薄い厚さで平滑な膜の
作製が可能なレーザアブレーション成膜法により、エピ
タキシャル成長させたTi2O3膜とTiO2膜の二層構
造の膜を形成することにより高い光触媒性をもった二酸
化チタン膜を作製することにある。
レーション成膜法により、サファイア基板上にTi2O3
そしてTiO2の順でエピタキシャル成長膜を積層させ
ることが重要である。このためにサファイア基板上のT
i2O3膜およびTi2O3膜上のTi2O3膜のエピタキシ
ャル成長を見出した。作製した膜の結晶構造はX線回折
法により評価し、さらに光触媒性をパルス光励起表面正
孔量測定法(特願2000−213772号)により評
価した。
ーション成膜法によりサファイア基板上にTi2O3そし
てTiO2の順でエピタキシャル成長させた膜を積層す
ることにより高い光触媒性をもった二酸化チタンを作製
するものである。この作製条件として、Ti2O3及びT
iO2蒸着時の基板温度、酸素ガス圧、蒸発物質が重要
な項目である。
成膜法によりサファイア基板上にTi2O3そしてTiO
2の順でエピタキシャル成長させるものである。サファ
イア基板上にTi2O3膜をエピタキシャル成長させる基
板温度は、300℃〜500℃(好ましくは350℃〜
450℃、最も好ましくは400℃)であり、蒸着雰囲
気は真空中(≦1×10-6Torr)、蒸発物質はTi
O2焼結体である。Ti2O3膜上にTiO2膜をエピタキ
シャル成長させる基板温度は、350℃〜550℃(好
ましくは400℃〜500℃、最も好ましくは450
℃)であり、蒸着雰囲気は低圧酸素雰囲気で10mTo
rr〜100mTorr(好ましくは20mTorr〜
80mTorr、最も好ましくは30mTorr〜40
mTorr)に制御される条件とする。蒸発物質はTi
O2焼結体または金属チタンである。
るレーザーは、蒸発物質を蒸発することができるもので
あればいずれでもよいが、好ましくはYAG(イットリ
ウムアルミニウムガーネット)レーザー(波長532n
m)である。本発明に用いることができるサファイア基
板は、(0001)面方位のサファイア単結晶基板であ
る。以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
り返し周波数10HzのYAG(イットリウムアルミニ
ウムガーネット)レーザー(波長532nm)を真空中
(≦1×10-6Torr)に置いたTiO2焼結体ター
ゲット(TiO2:φ50mm、厚さ5mm)に直径1
mmに集光させて入射した。TiO2焼結体ターゲット
より5cmmの距離に基板温度400℃に保持した(0
001)面方位のサファイア単結晶基板を設置し、3時
間のレーザー照射でTi2O3膜を作製した。得られたT
i2O3膜は厚さ0.1μmであった。さらに、同上のレ
ーザー照射条件及び基板温度で低圧酸素雰囲気中(35
mTorr)に置いた金属チタン(Ti:φ50mm、
厚さ5mm)に照射してTi2O3膜上にTiO2膜を作
製した。3時間のレーザー照射で得られたTiO2膜の
厚さ0.1μmであった。
評価した。その結果を図1に示す。低角度側のピークか
らそれぞれTi2O3(0006),TiO2(200)
およびサファイア(0006)からのピークに対応し、
このX線回折測定の結果から(0001)面のサファイ
ア基板上に(0001)面のTi2O3膜が成長し、さら
に、この膜の上に(100)面のルチル型のTiO2膜
が成長する結晶方位関係であった。
積もるため、パルス光励起表面正孔量測定法(特願20
00−213772号)により評価を行った。その結果
を図2に示す。横軸は励起光の波長、縦軸は量子効率
(表面励起正孔数/入射光強度)でプロットしている。
この量子効率が高いほど、光の入射に対して多くの正孔
が表面に励起することを意味しているので、高い触媒性
能が期待される。Ti2O3膜上にTiO2を蒸着した本
発明による二層構造の膜と、同一の蒸着条件でサファイ
ア基板上に作製したルチル型TiO2膜との自然光下で
の光触媒性能を評価したところ、本発明によるTi2O3
膜とTiO2膜の二層膜の方が4倍高い光触媒性能であ
ることが分かった。
ァイア基板上にTi2O3膜のみの膜を作製し、光触媒性
能を評価したところ、光触媒性は見出せなかった。ま
た、サファイア基板上にルチル型TiO2膜のみの膜を
作製し、光触媒性能を評価したところ、本発明によるT
i2O3膜とTiO2膜の二層構造の膜と比較して光触媒
性は低かった。
空中(≦1×10-6Torr)に置いたTiO2焼結体
ターゲットを用いてサファイア基板上に蒸着を行った。
基板温度250℃で蒸着した膜ではTi2O3膜のエピタ
キシャル成長は確認できなかった。また、基板温度55
0℃で蒸着した膜ではルチル型のTiO2膜が成長して
いた。サファイア基板上にエピタキシャル成長させたT
i2O3膜上にルチル型のTiO2膜を成長させる場合、
基板温度を300℃で蒸着した膜ではTiO2膜のエピ
タキシャル成長は確認できなかった。さらに基板温度が
560℃で蒸着した膜では、下地のTi2O3膜がルチル
型のTiO2に変化し、蒸着膜全体がルチル型のTiO2
膜となってしまった。
i2O3膜とTiO2膜の二層構造の膜を形成することに
より、TiO2膜のみのものに比べてより高い光触媒性
をもった二酸化チタン膜が得られることを見出した。即
ち、チタン酸化物であるTi2O3膜をTiO2膜の下地
にすることにより二酸化チタン膜の光触媒性が高くな
り、窒素酸化物等の有害ガスの分解、除去への利用が拡
大できる。
サファイア基板上に成膜したTi2O3とTiO2の二層
膜のX線回折(θ−2θ)図である。
サファイア基板上に成膜した本発明によるTi2O3とT
iO2の二層膜およびTiO2のみの膜の表面励起正孔量
測定結果を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 サファイア基板上にエピタキシャル成長
したTi2O3膜が形成され、更に前記Ti2O3膜の上に
エピタキシャル成長したTiO2膜が形成されたことを
特徴とする、光触媒酸化チタン膜。 - 【請求項2】 レーザアブレーション成膜法によりサフ
ァイア基板上にエピタキシャル成長させたTi2O3膜を
形成し、更に前記Ti2O3膜の上にエピタキシャル成長
させたTiO2膜を形成することを特徴とする、光触媒
酸化チタン膜を製造する方法。
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CN112844348A (zh) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 桂林理工大学 | 一种具有微纳米结构的TiO2纳米管阵列光阳极的制备方法 |
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- 2001-09-28 JP JP2001300852A patent/JP4599547B2/ja not_active Expired - Fee Related
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