專(zhuān)利名稱(chēng)：一種TiO₂/SiO₂復(fù)合薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)材料二氧化鈦/ 二氧化硅(Ti02/Si02)的制備，尤其是Ti02/Si02 復(fù)合薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦(TiO2)具有良好的光催化性和親水性能，并由于其化學(xué)穩(wěn)定性好、反應(yīng)活性高，成本低而受青睞。光催化TiO2材料可用于降解有機(jī)物、殺菌消毒、污水處理、空氣凈化、防霧玻璃、自清潔玻璃等方面，已成為環(huán)保納米材料研究開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。但是，純 TiO2表面暴露的活性位有限，在光催化降解過(guò)程中Ti02有效利用率受到限制。而采用Ti02/ SiO2復(fù)合光催化劑，不僅可以降低成本，并且在不損失有效光照的情況下，可以提高TiO2的表面活性位。這種Ti02/Si02復(fù)合薄膜能有效提高光催化活性、親水性等性能。目前制備 Ti02/Si02復(fù)合薄膜的制備的方法主要有溶膠-凝膠(&)l-gel)法，化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)，物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition, PVD)，射頻磁控溉射(Radio Frequency Magnetron Sputtering)等方法。在這些方法中，溶液-凝膠法和噴涂法得到的TW2與Ti02/Si&薄膜的膜厚均勻度難于控制；CVD法制備的薄膜與基體的附著力又較差，容易脫落；而磁控濺射法可以克服前面方法的缺點(diǎn)，能夠獲得附著力好、薄膜厚度均一的TW2與Ti02/Si&薄膜，但是利用磁控濺射法制備Ti02/Si&復(fù)合薄膜還沒(méi)有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種方便、有效的制備方法。本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的一種Ti02/Si&復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是包括如下步驟(1)按Si/Ti摩爾比為1 1的量，稱(chēng)取1102/5102復(fù)合納米粉末，用瑪瑙碾缽碾磨使復(fù)合納米粉末混合均勻；用壓片機(jī)將打02/3102復(fù)合粉末壓制成直徑為50-60mm的固體靶材，而后經(jīng)580-620°C熱處理3h以上，即制得Si/Ti比為1/1靶材；(2)將干凈的石英玻璃襯底固定在樣品托上，關(guān)好各氣閥后抽真空，直至真空度達(dá)到l.OXlO—Va以上，通入高純氣體氮?dú)?、氬氣、或氦氣，調(diào)節(jié)分子泵閘板閥，將氣壓調(diào)整到 0. 6Pa，打開(kāi)射頻源起輝，以小于60W的功率對(duì)靶材預(yù)濺射4-5分鐘，然后升高射頻功率至 150-200W，打開(kāi)樣片擋板開(kāi)始沉積薄膜，沉積時(shí)間為3小時(shí)以上，最后關(guān)射頻源，停止起輝； 即得石英玻璃襯底表面上的Ti02/Si&復(fù)合薄膜。作為優(yōu)選，上述步驟(1)中所述的熱處理溫度為600°C，處理時(shí)間為池。作為優(yōu)選，上述制備方法中所述的高純氣體為純度達(dá)99. 9%以上的氮?dú)猓豢梢愿玫氖拐麄€(gè)環(huán)境處于良好的狀態(tài)。作為優(yōu)選，上述制備方法中沉積時(shí)間為4-5小時(shí)。本發(fā)明是采用磁控濺射法，靶材原料為銳鈦礦型TiA納米粉末和無(wú)定型SiA納米
3粉末，用分析天平按照Si/Ti摩爾比為1/1稱(chēng)取Ti02/Si&復(fù)合納米粉末，再用瑪瑙碾缽充分碾磨，使得復(fù)合納米粉末充分混合均勻。用壓片機(jī)將Ti02/Si&復(fù)合粉末壓制成固體靶材，而后熱處理，即制得穩(wěn)定、強(qiáng)度高、混合均勻的Si/Ti比為1/1靶材。薄膜的制備采用石英玻璃為襯底，其清洗過(guò)程為先用硝酸浸泡石英片，并用超聲波清洗lOmin，再用去離子水反復(fù)沖洗，然后依次用丙酮、乙醇浸泡，超聲波清洗，以除去表面的各種污染物，之后自然干燥，備用。Ti02/Si&復(fù)合薄膜的制備過(guò)程將已經(jīng)清洗好的襯底固定在樣品托上，關(guān)好各氣閥后抽真空，通入適量的高純氣體，調(diào)節(jié)分子泵間板閥，調(diào)整氣壓，開(kāi)射頻源起輝，以較低功率對(duì)靶材預(yù)濺射，然后升高射頻功率，待機(jī)器各方面參數(shù)穩(wěn)定一段時(shí)間，打開(kāi)樣片擋板開(kāi)始沉積薄膜，沉積一定時(shí)間，最后關(guān)射頻源，停止起輝。取出樣品可以發(fā)現(xiàn)石英玻璃襯底表面有一層透明且發(fā)亮的沉積物。這層透明的沉積產(chǎn)物為T(mén)i02/Si&復(fù)合薄膜。有益效果本發(fā)明制備過(guò)程中，所用試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無(wú)需繁瑣制備；采用磁控濺射法制備Ti02/Si&復(fù)合薄膜，工藝可控性強(qiáng)，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高。


圖1是用本發(fā)明方法制得的Ti02/Si&復(fù)合薄膜的原子力顯微鏡(AFM)照片；圖2是用本發(fā)明方法制得的Ti02/Si&復(fù)合薄膜的能譜(EDS)圖；圖3是用本發(fā)明方法制得的Ti02/Si&復(fù)合薄膜的親水性試驗(yàn)圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1用分析天平按照Si/Ti摩爾比為1/1稱(chēng)取8g的Ti02/Si&復(fù)合納米粉末，再用瑪瑙碾缽充分碾磨，使得復(fù)合納米粉末充分混合均勻。用壓片機(jī)將Ti02/s^2復(fù)合粉末壓制成直徑為50mm的固體靶材，而后600°C熱處理3h，即制得穩(wěn)定、強(qiáng)度高、混合均勻的Si/Ti比為1/1靶材。Ti02/Si&復(fù)合薄膜的制備過(guò)程將已經(jīng)清洗好的石英玻璃襯底固定在樣品托上，關(guān)好各氣閥后抽真空，直至真空度達(dá)到l.OXlO—Va以上，通入適量的高純氣體氮?dú)?，調(diào)節(jié)分子泵閘板閥，將氣壓調(diào)整到0. 6Pa，開(kāi)射頻源起輝，以較低功率50W對(duì)靶材預(yù)濺射5分鐘，升高射頻功率150W，待機(jī)器各方面參數(shù)穩(wěn)定一段時(shí)間，打開(kāi)樣片擋板開(kāi)始沉積薄膜，沉積時(shí)間為4小時(shí)，最后關(guān)射頻源，停止起輝。取出樣品可以發(fā)現(xiàn)石英玻璃襯底表面有一層透明且發(fā)亮的沉積物。這層透明的沉積產(chǎn)物為T(mén)i02/Si02復(fù)合薄膜。直接在原子力顯微鏡下觀察如圖1，可以發(fā)現(xiàn)薄膜生長(zhǎng)完全，顆粒和邊界清晰，顆粒大小均勻，形狀比較規(guī)則，在稱(chēng)底上分布很均勻致密，并且鋪滿(mǎn)整個(gè)襯底。圖2的EDS分析表明制備的復(fù)合薄膜中含有Ti、 Si、O元素。超親水性是在^是的時(shí)間范圍內(nèi)，液滴在薄膜的接觸角不大于5°，自然超親水性是指在自然條件下就具有超親水性。圖3為T(mén)i02/Si02復(fù)合薄膜的親水性試驗(yàn)圖。液滴在該樣品表面浸潤(rùn)全過(guò)程的動(dòng)態(tài)截圖顯示，0. 33s時(shí)，接觸角小于2。，1. 667s時(shí)液滴在薄膜的表面完全浸潤(rùn)，表明所得Ti02/Si&復(fù)合薄膜具有超親水性。實(shí)施例2用分析天平按照Si/Ti摩爾比為1/1稱(chēng)取8g的Ti02/Si&復(fù)合納米粉末，再用瑪瑙碾缽充分碾磨，使得復(fù)合納米粉末充分混合均勻。用壓片機(jī)將Ti02/s^2復(fù)合粉末壓制成直徑為50mm的固體靶材，而后610°C熱處理3h，即制得穩(wěn)定、強(qiáng)度高、混合均勻的Si/Ti比為1/1靶材。Ti02/Si&復(fù)合薄膜的制備過(guò)程將已經(jīng)清洗好的石英玻璃襯底固定在樣品托上，關(guān)好各氣閥后抽真空，直至真空度達(dá)到l.OXlO—Va以上，通入適量的高純氣體氦氣，調(diào)節(jié)分子泵閘板閥，將氣壓調(diào)整到0. 6Pa，開(kāi)射頻源起輝，以較低功率50W對(duì)靶材預(yù)濺射5分鐘，升高射頻功率150W，待機(jī)器各方面參數(shù)穩(wěn)定一段時(shí)間，打開(kāi)樣片擋板開(kāi)始沉積薄膜，沉積時(shí)間為5小時(shí)，最后關(guān)射頻源，停止起輝。取出樣品可以發(fā)現(xiàn)石英玻璃襯底表面有一層透明且發(fā)亮的沉積物。這層透明的沉積產(chǎn)物為T(mén)i02/Si02復(fù)合薄膜。產(chǎn)物的表面形貌，成分和親水性等特性均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3用分析天平按照Si/Ti摩爾比為1/1稱(chēng)取8g的Ti02/Si&復(fù)合納米粉末，再用瑪瑙碾缽充分碾磨，使得復(fù)合納米粉末充分混合均勻。用壓片機(jī)將Ti02/s^2復(fù)合粉末壓制成直徑為50mm的固體靶材，而后580°C熱處理3h，即制得穩(wěn)定、強(qiáng)度高、混合均勻的Si/Ti比為1/1靶材。Ti02/Si&復(fù)合薄膜的制備過(guò)程將已經(jīng)清洗好的石英玻璃襯底固定在樣品托上，關(guān)好各氣閥后抽真空，直至真空度達(dá)到l.OXlO—Va以上，通入適量的高純氣體氬氣，調(diào)節(jié)分子泵閘板閥，將氣壓調(diào)整到0. 6Pa,開(kāi)射頻源起輝，以較低功率40W對(duì)靶材預(yù)濺射5分鐘，升高射頻功率200W，待機(jī)器各方面參數(shù)穩(wěn)定一段時(shí)間，打開(kāi)樣片擋板開(kāi)始沉積薄膜，沉積時(shí)間為4小時(shí)，最后關(guān)射頻源，停止起輝。取出樣品可以發(fā)現(xiàn)石英玻璃襯底表面有一層透明且發(fā)亮的沉積物。這層透明的沉積產(chǎn)物為T(mén)i02/Si02復(fù)合薄膜。產(chǎn)物的表面形貌，成分和親水性等特性均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4用分析天平按照Si/Ti摩爾比為1/1稱(chēng)取8g的Ti02/Si&復(fù)合納米粉末，再用瑪瑙碾缽充分碾磨，使得復(fù)合納米粉末充分混合均勻。用壓片機(jī)將Ti02/s^2復(fù)合粉末壓制成直徑為50mm的固體靶材，而后600°C熱處理3h，即制得穩(wěn)定、強(qiáng)度高、混合均勻的Si/Ti比為1/1靶材。Ti02/Si&復(fù)合薄膜的制備過(guò)程將已經(jīng)清洗好的石英玻璃襯底固定在樣品托上，關(guān)好各氣閥后抽真空，直至真空度達(dá)到l.OXlO—Va以上，通入適量的高純氣體氮?dú)?，調(diào)節(jié)分子泵間板閥，將氣壓調(diào)整到0. 6Pa，開(kāi)射頻源起輝，以較低功率對(duì)靶材預(yù)濺射5分鐘，升高射頻功率200W，待機(jī)器各方面參數(shù)穩(wěn)定一段時(shí)間，打開(kāi)樣片擋板開(kāi)始沉積薄膜，沉積時(shí)間為5小時(shí)，最后關(guān)射頻源，停止起輝。取出樣品可以發(fā)現(xiàn)石英玻璃襯底表面有一層透明且發(fā)亮的沉積物。這層透明的沉積產(chǎn)物為T(mén)i02/Si02復(fù)合薄膜。產(chǎn)物的表面形貌，成分和親水性等特性均與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種Ti02/Si&復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是包括如下步驟(1)按Si/Ti摩爾比為1 1的量，稱(chēng)取1102/3102復(fù)合納米粉末，用瑪瑙碾缽碾磨使復(fù)合納米粉末混合均勻；用壓片機(jī)將Ti02/Si&復(fù)合粉末壓制成直徑為50-60mm的固體靶材， 而后經(jīng)580-620°C熱處理3h以上，即制得Si/Ti比為1/1靶材；(2)將干凈的石英玻璃襯底固定在樣品托上，關(guān)好各氣閥后抽真空，直至真空度達(dá)到l.OXlO—Va以上，通入高純氣體氮?dú)?、氬氣、或氦氣，調(diào)節(jié)分子泵閘板閥，將氣壓調(diào)整到 0. 6Pa，打開(kāi)射頻源起輝，以小于60W的功率對(duì)靶材預(yù)濺射4-5分鐘，然后升高射頻功率至 150-200W，打開(kāi)樣片擋板開(kāi)始沉積薄膜，沉積時(shí)間為3小時(shí)以上，最后關(guān)射頻源，停止起輝； 即得石英玻璃襯底表面上的Ti02/Si&復(fù)合薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti02/Si02復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的熱處理溫度為600°C，處理時(shí)間為池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti02/Si&復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于所述的高純氣體為純度達(dá)99. 9%以上的氮?dú)狻?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti02/Si&復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于沉積時(shí)間為4-5小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti02/Si&復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于干凈的石英玻璃的清洗過(guò)程為先用硝酸浸泡石英片，并用超聲波清洗lOmin，再用去離子水反復(fù)沖洗，然后依次用丙酮、乙醇浸泡，超聲波清洗，以除去表面的各種污染物，之后自然干燥，備用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)機(jī)材料二氧化鈦/二氧化硅(TiO2/SiO2)的制備，尤其是TiO2/SiO2復(fù)合薄膜的制備方法。本發(fā)明是采用磁控濺射法，把TiO2/SiO2復(fù)合納米粉末，碾磨、充分混合均勻；然后壓制成固體靶材，而后熱處理，即制得靶材；用石英玻璃為襯底，以較低功率對(duì)靶材預(yù)濺射，然后升高射頻功率，待機(jī)器各方面參數(shù)穩(wěn)定一段時(shí)間，打開(kāi)樣片擋板開(kāi)始沉積薄膜，沉積一定時(shí)間，地石英玻璃襯底表面上一層透明且發(fā)亮的沉積物即為T(mén)iO2/SiO2復(fù)合薄膜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)工藝可控性強(qiáng)，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高。本發(fā)明所制備的產(chǎn)品具有廣泛的用途。
文檔編號(hào)C23C14/34GK102162086SQ201110075758
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者劉洋溢, 唐為華, 朱暉文, 李培剛, 王順利 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)