JP4224850B2 - 光触媒アナターゼ型二酸化チタン薄膜の製造方法 - Google Patents
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Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アナターゼ型二酸化チタン(以下、TiO2ともいう。)光触媒とその製造方法とに関するものである。更に詳しくは、本発明は、酸素雰囲気下でのレーザー蒸着成膜法により炭化チタン(TiC) 焼結体から製造されるアナターゼ型TiO2薄膜光触媒材料とその製造方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
TiO2光触媒の結晶構造にはアナターゼ型、ルチル型、そしてブルッカイト型の三つの種類があり、その光触媒活性はアナターゼ型が最も高いことが知られている。しかしながら、従来、光触媒材料としてTiO2の薄膜を製造する場合には、アナターゼ相とルチル相とが混在した膜が製造されアナターゼ相のみの膜を製造することは困難であった。また、従来用いられているゾルゲル法により製造されるTiO2膜は、基板との密着性が悪いという欠点を有している。これらのことから、光触媒活性が高く、更に基板との密着性にすぐれたアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造する必要性が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術における欠点を解消するためになされたものであって、その目的とするところは、レーザー蒸着成膜法を用いることにより、光触媒活性の高いアナターゼ相のみを有する二酸化チタン薄膜を製造することである。
【０００４】
また、他の目的は、ゾルゲル法に代えてレーザー蒸着成膜法を用いることにより、基板との密着性にすぐれたアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造することである。
【０００５】
更に、他の目的は、ガラス基板を用いることにより、経済的にも望ましいアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
要するに、本発明は、レーザー蒸着成膜法により、石英ガラス基板上にアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造する方法であって、炭化チタン焼結体をターゲットとして用い、基板温度が450〜550℃であり、更に、光触媒活性の高いアナターゼ相のみを有する二酸化チタン薄膜が製造されることを特徴とする製造方法である。
【０００７】
更に、本発明においては、基板として石英ガラス基板を用いることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアナターゼ型二酸化チタン薄膜の製造方法は、レーザー蒸着成膜法によるものである。ここで「レーザー蒸着成膜法」とは、酸素を含む雰囲気下でチタンを含むターゲットにレーザーを照射することにより、TiO2薄膜を基板上に蒸着させる方法である。本発明の製造方法においては、特に、ターゲットと基板の温度が重要な項目である。
【０００９】
本発明において用いることができるターゲットは、炭化チタン(TiC) 焼結体である。また、基板は石英ガラス基板を用いることができるが、当業者であればこれ以外の基板を適宜選択することができる。基板温度、並びに酸素の圧力は、用いる基板の種類に依存するが、当業者であれば適宜条件を設定することができる。
【００１０】
本発明に係る製造方法において、30mTorrの酸素ガス雰囲気下でTiC焼結体にレーザーを照射することにより、石英ガラス基板上にアナターゼ型TiO2薄膜を製造する。このとき、基板温度は450〜550℃(好ましくは、500℃)、蒸着時間は１〜３時間(好ましくは、２時間)である。照射に使用するレーザーの種類は、ターゲットにエネルギーを付与して蒸発させることができるものであれば特に制限はないが、例えば、KrFレーザー(波長：248nm、エネルギー：150mJ、繰り返し周波数：10Hz)を用いることができる。
【００１１】
本明細書中において「二酸化チタン薄膜」とは、ミクロンオーダーの厚さの二酸化チタン膜を意味し、好ましくは、数ミクロンの厚さの二酸化チタン膜をいう。
【００１２】
以下、実施例を示し、更に本発明について詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１３】
【実施例】
(実施例１)
本実施例においては、ターゲットとしてTiC焼結体、基板として石英ガラス基板を用いた。30mTorrの酸素雰囲気下基板温度500℃で、レーザー蒸着成膜法(KrFレーザー、波長：248nm、エネルギー：150mJ、繰り返し周波数：10Hz)により、ターゲットから約７cm離れている基板上に二酸化チタン薄膜を２時間蒸着した。図１は、得られた二酸化チタン薄膜のＸ線回折(XRD)パターンを示す図である。図中、●符号のピークはアナターゼ型結晶構造に特徴的な回折ピークであり、▽符号のピークはXRD測定に使用した鉄製の試料ホルダーの回折ピークである。XRDの結果より、ルチル相が混在していない多結晶のアナターゼ相のみの薄膜が製造されたことが明らかとなった。また、得られた膜は平滑でありその厚さは約200ナノメートルであった。
【００１４】
次いで、TiO2光触媒の特性の一つである親水性の有無を評価するため水の接触角の測定を行った。その結果を図２に示す。接触角の測定は、純水の液滴2.6μlを試料に滴下することにより行った。約１時間の紫外線照射後、測定された接触角は約10度であった。この結果により、本発明の製造方法によるアナターゼ型二酸化チタン薄膜は親水性にすぐれていることが明らかになった。
【００１５】
(比較例)
基板温度を200℃とした以外は実施例１と同様の操作を行った。本実施例により得られた薄膜試料は、XRDパターンよりアモルファスであることが明らかとなった。更に、水の接触角測定から親水性を有さないことが分かった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、ターゲットとして炭化チタン焼結体を用い基板温度を450〜550℃としたレーザー蒸着成膜法を用いることにより、光触媒活性の高いアナターゼ相のみを有する二酸化チタン薄膜を製造できるという効果がある。
【００１７】
また、ゾルゲル法に代えてレーザー蒸着成膜法を用いることにより、基板との密着性にすぐれたアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造できるという効果がある。
【００１８】
更に、ガラス基板を用いることにより、経済的にも望ましいアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の製造方法により得られた二酸化チタン薄膜のＸ線回折(XRD)パターンを示す図である。
【図２】 図２は、紫外線照射時間による水の接触角の変化を表す図であり、本発明の製造方法により得られた二酸化チタン薄膜の親水性の評価を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アナターゼ型二酸化チタン(以下、TiO2ともいう。)光触媒とその製造方法とに関するものである。更に詳しくは、本発明は、酸素雰囲気下でのレーザー蒸着成膜法により炭化チタン(TiC) 焼結体から製造されるアナターゼ型TiO2薄膜光触媒材料とその製造方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
TiO2光触媒の結晶構造にはアナターゼ型、ルチル型、そしてブルッカイト型の三つの種類があり、その光触媒活性はアナターゼ型が最も高いことが知られている。しかしながら、従来、光触媒材料としてTiO2の薄膜を製造する場合には、アナターゼ相とルチル相とが混在した膜が製造されアナターゼ相のみの膜を製造することは困難であった。また、従来用いられているゾルゲル法により製造されるTiO2膜は、基板との密着性が悪いという欠点を有している。これらのことから、光触媒活性が高く、更に基板との密着性にすぐれたアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造する必要性が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術における欠点を解消するためになされたものであって、その目的とするところは、レーザー蒸着成膜法を用いることにより、光触媒活性の高いアナターゼ相のみを有する二酸化チタン薄膜を製造することである。
【０００４】
また、他の目的は、ゾルゲル法に代えてレーザー蒸着成膜法を用いることにより、基板との密着性にすぐれたアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造することである。
【０００５】
更に、他の目的は、ガラス基板を用いることにより、経済的にも望ましいアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
要するに、本発明は、レーザー蒸着成膜法により、石英ガラス基板上にアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造する方法であって、炭化チタン焼結体をターゲットとして用い、基板温度が450〜550℃であり、更に、光触媒活性の高いアナターゼ相のみを有する二酸化チタン薄膜が製造されることを特徴とする製造方法である。
【０００７】
更に、本発明においては、基板として石英ガラス基板を用いることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアナターゼ型二酸化チタン薄膜の製造方法は、レーザー蒸着成膜法によるものである。ここで「レーザー蒸着成膜法」とは、酸素を含む雰囲気下でチタンを含むターゲットにレーザーを照射することにより、TiO2薄膜を基板上に蒸着させる方法である。本発明の製造方法においては、特に、ターゲットと基板の温度が重要な項目である。
【０００９】
本発明において用いることができるターゲットは、炭化チタン(TiC) 焼結体である。また、基板は石英ガラス基板を用いることができるが、当業者であればこれ以外の基板を適宜選択することができる。基板温度、並びに酸素の圧力は、用いる基板の種類に依存するが、当業者であれば適宜条件を設定することができる。
【００１０】
本発明に係る製造方法において、30mTorrの酸素ガス雰囲気下でTiC焼結体にレーザーを照射することにより、石英ガラス基板上にアナターゼ型TiO2薄膜を製造する。このとき、基板温度は450〜550℃(好ましくは、500℃)、蒸着時間は１〜３時間(好ましくは、２時間)である。照射に使用するレーザーの種類は、ターゲットにエネルギーを付与して蒸発させることができるものであれば特に制限はないが、例えば、KrFレーザー(波長：248nm、エネルギー：150mJ、繰り返し周波数：10Hz)を用いることができる。
【００１１】
本明細書中において「二酸化チタン薄膜」とは、ミクロンオーダーの厚さの二酸化チタン膜を意味し、好ましくは、数ミクロンの厚さの二酸化チタン膜をいう。
【００１２】
以下、実施例を示し、更に本発明について詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１３】
【実施例】
(実施例１)
本実施例においては、ターゲットとしてTiC焼結体、基板として石英ガラス基板を用いた。30mTorrの酸素雰囲気下基板温度500℃で、レーザー蒸着成膜法(KrFレーザー、波長：248nm、エネルギー：150mJ、繰り返し周波数：10Hz)により、ターゲットから約７cm離れている基板上に二酸化チタン薄膜を２時間蒸着した。図１は、得られた二酸化チタン薄膜のＸ線回折(XRD)パターンを示す図である。図中、●符号のピークはアナターゼ型結晶構造に特徴的な回折ピークであり、▽符号のピークはXRD測定に使用した鉄製の試料ホルダーの回折ピークである。XRDの結果より、ルチル相が混在していない多結晶のアナターゼ相のみの薄膜が製造されたことが明らかとなった。また、得られた膜は平滑でありその厚さは約200ナノメートルであった。
【００１４】
次いで、TiO2光触媒の特性の一つである親水性の有無を評価するため水の接触角の測定を行った。その結果を図２に示す。接触角の測定は、純水の液滴2.6μlを試料に滴下することにより行った。約１時間の紫外線照射後、測定された接触角は約10度であった。この結果により、本発明の製造方法によるアナターゼ型二酸化チタン薄膜は親水性にすぐれていることが明らかになった。
【００１５】
(比較例)
基板温度を200℃とした以外は実施例１と同様の操作を行った。本実施例により得られた薄膜試料は、XRDパターンよりアモルファスであることが明らかとなった。更に、水の接触角測定から親水性を有さないことが分かった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、ターゲットとして炭化チタン焼結体を用い基板温度を450〜550℃としたレーザー蒸着成膜法を用いることにより、光触媒活性の高いアナターゼ相のみを有する二酸化チタン薄膜を製造できるという効果がある。
【００１７】
また、ゾルゲル法に代えてレーザー蒸着成膜法を用いることにより、基板との密着性にすぐれたアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造できるという効果がある。
【００１８】
更に、ガラス基板を用いることにより、経済的にも望ましいアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の製造方法により得られた二酸化チタン薄膜のＸ線回折(XRD)パターンを示す図である。
【図２】 図２は、紫外線照射時間による水の接触角の変化を表す図であり、本発明の製造方法により得られた二酸化チタン薄膜の親水性の評価を示す図である。
Claims (1)
- レーザー蒸着成膜法により、基板上にアナターゼ型二酸化チタン薄膜を製造する方法であって、ターゲットとして炭化チタン焼結体、基板として石英ガラス基板を用い、３０ｍＴｏｒｒの酸素雰囲気下、基板温度４５０〜５５０℃で、ターゲットにレーザーを照射することにより、光触媒活性の高いアナターゼ相のみを有する二酸化チタン薄膜が製造されることを特徴とする、前記製造方法。
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| JP2003047772A JP4224850B2 (ja) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | 光触媒アナターゼ型二酸化チタン薄膜の製造方法 |
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