層層自組裝法制備納米二氧化鈦薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米二氧化鈦薄膜的制備方法，特別是一種層層自組裝法制備納米二氧化鈦薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]表面潤(rùn)濕性是固體表面重要的物化性質(zhì)，通過液體的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)接觸角來衡量的。當(dāng)固體的表面的接觸角小于5 °時(shí)，則稱之為超親水材料。具有超親水性能的薄膜可以應(yīng)用于汽車的窗玻璃、照相機(jī)鏡頭、浴室鏡子等方面，這是應(yīng)用了超親水性的薄膜的防霧性能，有雨水滴在薄膜表面能很快的平鋪開了，而不形成液滴，介質(zhì)表面很快被水層潤(rùn)濕，從而防止水滴在表面形成光散射。
[0003]常見的兩種獲得超親水二氧化鈦薄膜表面方法:1.光致親水，需要紫外光照射下體現(xiàn)超親水性;2.調(diào)控薄膜表面微結(jié)構(gòu)，無需紫外光照射下即可體現(xiàn)超親水性。
[0004]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，人們對(duì)于電子器件和電子消費(fèi)品的期望也越來越高，希望其保持優(yōu)越性能的同時(shí)，更能兼具不易損壞、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此，越來越多的電子器件開始朝柔性化、超薄化方向發(fā)展。導(dǎo)電氧化物薄膜基底作為電子器件中重要的組成部分也正由原來的剛性基底朝著柔性基底開始轉(zhuǎn)變。
[0005]傳統(tǒng)層層自組裝薄膜的制備過程主要包括:將基材表面處理成帶正(負(fù))電荷的浸泡在帶負(fù)(正)電荷的聚電解質(zhì)中，清洗干燥之后再浸泡在帶有與聚電解質(zhì)離子相反電荷的膠體中，通過靜電作用，膠體中的膠粒會(huì)沉積在電解質(zhì)分子或者離子的外面，這樣一層一層組裝就能獲得不同厚度的功能薄膜，最后再經(jīng)高溫煅燒除去電解質(zhì)并使氧化物結(jié)晶，但還是會(huì)有少量聚電解質(zhì)殘留。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種直接采用帶有相反電荷的晶態(tài)二氧化鈦溶膠代替聚電解質(zhì)，通過層層自組裝法進(jìn)行全納米顆粒的自組裝制備納米二氧化鈦薄膜的方法，不使用聚電解質(zhì)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種層層自組裝法制備納米二氧化鈦薄膜的方法，其特征在于該方法的具體步驟為:配制表面帶正電的納米二氧化鈦溶膠和表面帶負(fù)電的納米二氧化鈦溶膠，通過層層自組裝法在剛性襯底和柔性襯底上制備納米二氧化鈦薄膜。
[0008]上述的配制表面帶正電的納米二氧化鈦溶膠的過程如下:
a.在可溶性鈦鹽溶液中加入氨水溶液得到白色二氧化鈦水合沉淀物，冷卻至室溫，用去離子水洗滌，直至沉淀的PH值達(dá)到中性；
b.將步驟a所得二氧化鈦水合沉淀物中加入三氟乙酸進(jìn)行解膠，所述的沉淀物與三氟乙酸的固液比為(8?4) g:3ml,在常溫下靜置8?24h，獲得二氧化鈦溶膠；
c.將步驟b所得溶膠在150?180°C下保溫2h~12h;獲得白色凝膠狀沉淀，經(jīng)離心分離后再將沉淀分散于去離子水中，得到透明的淺藍(lán)色二氧化鈦溶膠，濃度為10?12.12g/L，即得到表面帶正電的納米二氧化鈦溶膠。
[0009]上述的可溶性鈦鹽為硫酸鈦或氯化鈦
上述的配制表面帶負(fù)電的納米二氧化鈦溶膠的過程如下:將乳酸鈦和尿素按I: 10-1:8的摩爾比混合，回流反應(yīng)20?24h，得到凝膠狀物質(zhì)，靜置，使其分層，離心分離，沉淀再用去離子水洗滌，將洗滌好的沉淀于在150?180°C溫度下水熱處理24?48h，離心分離，所得沉淀分散于去離子水中得到質(zhì)量百分比濃度為0.1%?0.5%的二氧化鈦溶膠，即表面帶負(fù)電的納米二氧化鈦溶膠。
[0010]上述的層層自組裝法的過程為:
a.將基底浸沒在帶正電的二氧化鈦溶膠中浸泡10?15min，然后用去離子水洗去吸附多余的二氧化鈦，接著烘干；
b.將步驟a所得基底再放入帶負(fù)電的二氧化鈦溶膠中浸泡1?15min，然后用去離子水中洗去吸附多余的二氧化鈦，烘干，得到(Ti02/Ti02)n雙層膜二氧化鈦薄膜，n=l;
c.重復(fù)步驟a和步驟b，制備層數(shù)n=2?15的納米(Ti02/Ti02)n薄膜。
[0011]本發(fā)明在石英基底上制備的二氧化鈦薄膜因其超親水性、透明性等特性，可廣泛應(yīng)用于太陽能電池、節(jié)能視窗等領(lǐng)域。而在柔性基底上制備的二氧化鈦薄膜因其優(yōu)良的導(dǎo)電性，可應(yīng)用于平面顯示器、太陽能電池、透明電磁屏蔽等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0012]圖1(a)為表面帶正電的T12的XRD圖，圖中可觀察到此法制備的表面帶正電的T12為結(jié)晶度好的銳鈦礦相T12;
圖1(b)為表面帶負(fù)電的T12的XRD圖，圖中可觀察到此法制備的表面帶負(fù)電的T12為結(jié)晶度好的銳鈦礦相T12;
圖2A為表面帶正電的T12溶膠的電位隨pH變化的曲線圖，說明本方法制備得到表面帶正電的T12溶膠，且T12顆粒表面帶電量隨著溶膠的pH的變化而不同；
圖2B為表面帶負(fù)電的T12溶膠的電位隨pH變化的曲線圖，說明本方法制備得到表面帶負(fù)電的T12溶膠，且T12顆粒表面帶電量隨著溶膠的pH的變化而不同；
圖3為所得兩種不同電性的T12溶膠的透射掃描電鏡圖:(a)表面帶正電的T12溶膠，(b)表面帶負(fù)電的T12溶膠。從圖中可知，所得表面帶正電的T12溶膠和表面帶負(fù)電的Ti02溶膠中的T12顆粒結(jié)晶度好，顆粒大小均為7nm左右。
[0013]圖4為所得超親水二氧化鈦薄膜(10層)的掃描電子顯微鏡圖，可看出T12薄膜是T12晶粒堆疊成的，有出現(xiàn)許多納米小孔。
[0014]圖5為所得超親水二氧化鈦薄膜(10層)的原子力顯微鏡圖，說明薄膜中納米T12分布也較均勻，同時(shí)表面存在些不規(guī)則形狀的隆起物。
[0015]圖6為所得超親水二氧化鈦薄膜(10層)的水潤(rùn)濕角圖，潤(rùn)濕角接近O度，所得薄膜具有超未水性。
[0016]圖7為所得超親水二氧化鈦薄膜(5，10，15層)的紫外-可見透過率圖，觀察到紫外區(qū)有了明顯吸收且吸收邊界為385 nm，換算后與銳鈦礦相二氧化鈦的帶隙能相符(3.2eV)，隨著T12薄膜層數(shù)的增加，其對(duì)應(yīng)紫外-可見透過光譜的強(qiáng)度也是成正比增加的，這是由于在層層自組裝過程中每個(gè)循環(huán)內(nèi)吸附二氧化鈦的量幾乎是相同的。
[0017]圖8為在ITO-PET柔性導(dǎo)電薄膜上通過層層自組裝制備的12層二氧化鈦薄膜的掃描電子顯微鏡圖，所得T12薄膜是T12晶粒堆疊而成。
[0018]圖9為在ITO-PET柔性導(dǎo)電薄膜上通過層層自組裝制備的12層二氧化鈦薄膜電化學(xué)阻抗譜圖，ITO-PET柔性導(dǎo)電薄膜和T12間的阻抗小。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例一:
第一步，配制含表面帶正電的納米二氧化鈦顆粒的二氧化鈦溶膠;稱取60g硫酸鈦溶于500ml的去離子水中，溶解后升溫至70 0C，將配好的450ml的氨水溶液滴加入硫酸鈦溶液，反應(yīng)結(jié)束后得到白色二氧化鈦水合沉淀物，冷卻至室溫，用去離子水洗滌數(shù)次，直至沉