JP2005087836A - 酸化チタン光触媒膜およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 基材を加熱せずに光触媒活性の高い酸化チタン膜を得る。
【解決手段】 本発明の酸化チタン光触媒膜は、導電性低融点の基材上に形成されたもので、基材をアルミニウムまたはアルミニウム合金とし、酸化チタン光触媒膜の結晶構造がアナターゼ構造を有し、かつＸ線入射角を1°とした薄膜Ｘ線回折の、アナターゼ構造（１０１）面からのＸ線回折強度に対するアナターゼ構造（２００）面からのＸ線回折強度の比を０.３未満としたものである。
また、この酸化チタン光触媒膜は、基材にアース電位に対して＋５Ｖから＋６０Ｖ未満の正のバイアス電圧を印加しながら反応性スパッタ法で作製するものである。
【選択図】図２
【解決手段】 本発明の酸化チタン光触媒膜は、導電性低融点の基材上に形成されたもので、基材をアルミニウムまたはアルミニウム合金とし、酸化チタン光触媒膜の結晶構造がアナターゼ構造を有し、かつＸ線入射角を1°とした薄膜Ｘ線回折の、アナターゼ構造（１０１）面からのＸ線回折強度に対するアナターゼ構造（２００）面からのＸ線回折強度の比を０.３未満としたものである。
また、この酸化チタン光触媒膜は、基材にアース電位に対して＋５Ｖから＋６０Ｖ未満の正のバイアス電圧を印加しながら反応性スパッタ法で作製するものである。
【選択図】図２
Description
本発明は、導電性低融点基材上に形成された酸化チタン光触媒膜およびその作製方法に関する。
従来の酸化チタン光触媒膜は、スパッタ法で作製している（例えば、特許文献１参照）。
真空チャンバ内に酸素を含むガスを導入した後に、チャンバ内の圧力を所定の圧力に保ち、基材を２００〜６５０℃に加熱しながら所定の膜厚まで酸化チタン膜を作製する。
このように、従来の酸化チタン膜は、基材を高温に加熱しながらスパッタ法で作製するのである。
特開平１０−２７８１６５号公報（第３頁）
真空チャンバ内に酸素を含むガスを導入した後に、チャンバ内の圧力を所定の圧力に保ち、基材を２００〜６５０℃に加熱しながら所定の膜厚まで酸化チタン膜を作製する。
このように、従来の酸化チタン膜は、基材を高温に加熱しながらスパッタ法で作製するのである。
従来の酸化チタン膜は、基材を２００〜６５０℃に加熱しながら作製するので、アルミのように熱によって変形しやすい低融点金属上に作製することができないという問題があった。また、基材を加熱しない場合は、表面に光触媒活性の高いアナターゼの結晶面が十分に現れないので、光触媒活性が低いというような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、導電性低融点の基材上に、光触媒活性が高く、かつ基材を加熱せずに酸化チタン膜を作製する方法を提供することを目的とする。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、導電性低融点の基材上に、光触媒活性が高く、かつ基材を加熱せずに酸化チタン膜を作製する方法を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、導電性低融点の基材上に形成された酸化チタン光触媒膜において、酸化チタン光触媒膜の結晶構造がアナターゼ構造を有し，かつＸ線入射角を1°とした薄膜Ｘ線回折において、アナターゼ構造（１０１）面からのＸ線回折強度に対するアナターゼ構造（２００）面からのＸ線回折強度の比が０.３未満としたものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記酸化チタン光触媒膜を、前記導電性低融点の基材にアース電位に対して＋６０Ｖ未満の正のバイアス電圧を印加しながら反応性スパッタ法で作製するものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記反応性スパッタ法に用いる反応性ガスを酸素ガスであり、導入量が全ガス導入量の２０％以上としたものである。
請求項１に記載の発明は、導電性低融点の基材上に形成された酸化チタン光触媒膜において、酸化チタン光触媒膜の結晶構造がアナターゼ構造を有し，かつＸ線入射角を1°とした薄膜Ｘ線回折において、アナターゼ構造（１０１）面からのＸ線回折強度に対するアナターゼ構造（２００）面からのＸ線回折強度の比が０.３未満としたものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記酸化チタン光触媒膜を、前記導電性低融点の基材にアース電位に対して＋６０Ｖ未満の正のバイアス電圧を印加しながら反応性スパッタ法で作製するものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記反応性スパッタ法に用いる反応性ガスを酸素ガスであり、導入量が全ガス導入量の２０％以上としたものである。
請求項１に記載の発明によると、酸化チタン光触媒膜のアナターゼ構造を特定したので、表面に活性の高い結晶面が多く露出し、光触媒活性を向上させることができる。
請求項２に記載の発明によると、反応性スパッタ時にバイアス電圧として＋５Ｖから＋６０Ｖ未満の正のを印加しながら作製するので、プラズマ中の酸素のマイナスイオンを成膜中の膜へ比較的低いエネルギーで照射することができ、膜表面に光触媒活性の高い結晶面を多く露出した酸化チタン光触媒膜を作製することができる。
請求項３に記載の発明によると、反応性スパッタ時の反応性ガスを酸素ガスとし、その導入量を全ガス導入量の２０％以上としたので、酸素のマイナスイオンが膜へ照射される量を増加させることができ、膜表面に光触媒活性の高い結晶面をさらに多く露出した酸化チタン光触媒膜を作製することができる。
請求項２に記載の発明によると、反応性スパッタ時にバイアス電圧として＋５Ｖから＋６０Ｖ未満の正のを印加しながら作製するので、プラズマ中の酸素のマイナスイオンを成膜中の膜へ比較的低いエネルギーで照射することができ、膜表面に光触媒活性の高い結晶面を多く露出した酸化チタン光触媒膜を作製することができる。
請求項３に記載の発明によると、反応性スパッタ時の反応性ガスを酸素ガスとし、その導入量を全ガス導入量の２０％以上としたので、酸素のマイナスイオンが膜へ照射される量を増加させることができ、膜表面に光触媒活性の高い結晶面をさらに多く露出した酸化チタン光触媒膜を作製することができる。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
本発明の酸化チタン光触媒膜の作製方法について説明する。
酸化チタン光触媒膜は、アルゴンと酸素を含む雰囲気中でスパッタ法で作製するが、ターゲットとして、チタンおよびチタン酸化物を、導電性低融点の基材としてアルミニウムをそれぞれ用いた。
まず、真空容器内を１０-3Ｐａ程度まで予備排気した後に、アルゴンと酸素の混合ガスを導入する。次に、雰囲気圧力を所定の圧力に調整し、基材にアース電位に対して正のバイアス電圧を印加する。その後、スパッタリングを行い、基材上に酸化チタン膜を形成した。酸化チタン光触媒膜の作製条件を表1に示す。バイアス電圧は、本実施例のＮｏ１が＋２５Ｖ、比較例のＮｏ２〜Ｎｏ４がそれぞれ−５０Ｖ、０Ｖ、＋６０Ｖである。
酸化チタン光触媒膜は、アルゴンと酸素を含む雰囲気中でスパッタ法で作製するが、ターゲットとして、チタンおよびチタン酸化物を、導電性低融点の基材としてアルミニウムをそれぞれ用いた。
まず、真空容器内を１０-3Ｐａ程度まで予備排気した後に、アルゴンと酸素の混合ガスを導入する。次に、雰囲気圧力を所定の圧力に調整し、基材にアース電位に対して正のバイアス電圧を印加する。その後、スパッタリングを行い、基材上に酸化チタン膜を形成した。酸化チタン光触媒膜の作製条件を表1に示す。バイアス電圧は、本実施例のＮｏ１が＋２５Ｖ、比較例のＮｏ２〜Ｎｏ４がそれぞれ−５０Ｖ、０Ｖ、＋６０Ｖである。
作製した酸化チタン光触媒膜の光触媒活性と結晶構造を調べた。
光触媒活性は、メチレンブルー水溶液の脱色によって評価した。作製した試料を８.２ｍｇ／Ｌのメチレンブルー水溶液に浸漬し、紫外線を照射する。試料位置での紫外線照射強度は１．７ｍＷ／ｃｍ2（波長３６５ｎｍ）とした。１時間毎に試料を取り出し、メチレンブルー水溶液の吸光度を調べた。その結果の一例を図１に示す。図１は、バイアス電圧２５Ｖで作製したＮｏ１の紫外線の照射時間に対する吸光度の変化量（ΔＡＢＳ）の関係を示すグラフである。プロットの傾きを吸光度減少率（|ΔＡＢＳ|／ｈ）としている。
一方、結晶構造は、薄膜Ｘ線回折で調べた。図２は、薄膜Ｘ線回折パターンを示すグラフである。図において、１はアナターゼ構造（１０１）面からのＸ線回折ピークであり、２はアナターゼ構造（２００）面からのＸ線回折ピークである。（１０１）面からのＸ線回折強度に対する（２００）面からのＸ線回折強度の比を求めた。
酸化チタン光触媒膜の光触媒活性および結晶構造のＸ線回折強度比Ｉ(200) ／Ｉ(101)を求めた結果を、表２に示す。また、表２のデータを基にＸ線回折強度比Ｉ(200) ／Ｉ(101) に対する吸光度減少率（|ΔＡＢＳ|／ｈ）をプロットしたものを図３に示す。Ｉ(101)は、試料に対してＸ線の入射角を１°とした薄膜Ｘ線回折パターンから得られたアナターゼ構造（１０１）からのＸ線回折強度であり、Ｉ(200)は、（２００）からのＸ線回折強度である。
光触媒活性は、メチレンブルー水溶液の脱色によって評価した。作製した試料を８.２ｍｇ／Ｌのメチレンブルー水溶液に浸漬し、紫外線を照射する。試料位置での紫外線照射強度は１．７ｍＷ／ｃｍ2（波長３６５ｎｍ）とした。１時間毎に試料を取り出し、メチレンブルー水溶液の吸光度を調べた。その結果の一例を図１に示す。図１は、バイアス電圧２５Ｖで作製したＮｏ１の紫外線の照射時間に対する吸光度の変化量（ΔＡＢＳ）の関係を示すグラフである。プロットの傾きを吸光度減少率（|ΔＡＢＳ|／ｈ）としている。
一方、結晶構造は、薄膜Ｘ線回折で調べた。図２は、薄膜Ｘ線回折パターンを示すグラフである。図において、１はアナターゼ構造（１０１）面からのＸ線回折ピークであり、２はアナターゼ構造（２００）面からのＸ線回折ピークである。（１０１）面からのＸ線回折強度に対する（２００）面からのＸ線回折強度の比を求めた。
酸化チタン光触媒膜の光触媒活性および結晶構造のＸ線回折強度比Ｉ(200) ／Ｉ(101)を求めた結果を、表２に示す。また、表２のデータを基にＸ線回折強度比Ｉ(200) ／Ｉ(101) に対する吸光度減少率（|ΔＡＢＳ|／ｈ）をプロットしたものを図３に示す。Ｉ(101)は、試料に対してＸ線の入射角を１°とした薄膜Ｘ線回折パターンから得られたアナターゼ構造（１０１）からのＸ線回折強度であり、Ｉ(200)は、（２００）からのＸ線回折強度である。
本実施例のＮｏ１は、|ΔＡＢＳ|／ｈが最も大きく、光触媒活性が高かった。また、Ｉ(200) ／Ｉ(101)は０.２１であり、０.３未満であった。これに対して、比較例のＮｏ２〜Ｎｏ４のＩ(200) ／Ｉ(101)はそれぞれ、０.７６、０.３５、０.３４であり、０.３より大きく光触媒活性が低いことを示している。
基板に正のバイアス電圧を印加することによって結晶配向性を変えることができるので、酸化チタン以外の酸化物薄膜、例えば、超伝導膜、強誘電体膜の形成という用途にも適用できる。
１ アナターゼ構造（１０１）面からのＸ線回折ピーク
２ アナターゼ構造（２００）面からのＸ線回折ピーク
２ アナターゼ構造（２００）面からのＸ線回折ピーク
Claims (3)
- 導電性低融点の基材上に形成された酸化チタン光触媒膜において、
前記基材をアルミニウムまたはアルミニウム合金とし、酸化チタン光触媒膜の結晶構造がアナターゼ構造を有し、かつＸ線入射角を1°とした薄膜Ｘ線回折の、アナターゼ構造（１０１）面からのＸ線回折強度に対するアナターゼ構造（２００）面からのＸ線回折強度の比が０.３未満であることを特徴とする酸化チタン光触媒膜。 - 前記酸化チタン光触媒膜を、前記基材にアース電位に対して＋５Ｖから＋６０Ｖ未満の正のバイアス電圧を印加しながら反応性スパッタ法で作製することを特徴とする酸化チタン光触媒膜の作製方法。
- 前記反応性スパッタ法に用いる反応性ガスが酸素ガスであり、導入量が全ガス導入量の２０％以上であることを特徴とする請求項２記載の酸化チタン光触媒膜の作製方法。
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| JP2003323178A JP2005087836A (ja) | 2003-09-16 | 2003-09-16 | 酸化チタン光触媒膜およびその作製方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2007224370A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | National Institute For Materials Science | ＴｉＯ２スパッタコーティング膜の作製方法 |
| WO2010110052A1 (ja) * | 2009-03-25 | 2010-09-30 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | スパッタ成膜装置 |
| CN107705873A (zh) * | 2017-07-31 | 2018-02-16 | 北京大学深圳研究生院 | 一种透明导电玻璃及其制备方法和应用 |
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2003
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| CN102362005A (zh) * | 2009-03-25 | 2012-02-22 | 芝浦机械电子株式会社 | 溅射成膜装置 |
| JP5277309B2 (ja) * | 2009-03-25 | 2013-08-28 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | スパッタ成膜装置 |
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