專利名稱：柔性基體材料表面獲取多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦(TiO2)薄膜的制備技術，特別涉及一種在柔性基體材料 表面獲取多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制備工藝，該工藝獲得的多孔高純銳鈦礦相二 氧化鈦薄膜可用作染料敏化太陽能電池(DSSC)光電極和污水凈化，屬于太陽能電池制備 和環(huán)境保護技術領域。
背景技術：
據資料報導，傳統(tǒng)能源煤、石油和木材等按目前的消耗速度只能維持五十年至 一百年。此外，由傳統(tǒng)能源的開采與供能所帶來的各種污染，也正威脅著人類的生存環(huán)境。 經濟的快速發(fā)展使得傳統(tǒng)能源儲量銳減和環(huán)境負荷日益增加，開發(fā)新能源和治理環(huán)境污染 已成為協(xié)調經濟社會可持續(xù)發(fā)展的必然要求。太陽能是取之不盡的清潔能源，具有廣闊的應用前景。染料敏化太陽能電池因制 造成本低，與環(huán)境相容性好，對光強和波段的利用范圍大等特點而成為近年來的研究熱點。 目前，染料敏化太陽能電池的基體材料以納米銦錫金屬氧化物(ITO)，氟摻雜氧化錫(FTO) 導電玻璃為主，但這些基體厚重、易碎、環(huán)境耐受力不足以及不可折疊的缺點制約了染料敏 化太陽能電池在航空航天，野外作業(yè)等特定環(huán)境和工況中的應用。可預言，新型柔性基體染 料敏化太陽能電池將比任何一種類型太陽能電池的應用領域都廣泛[Wim. Zoomer、裴桂范， 當代薄膜太陽能電池綜述，絲網印刷，2010，05 :10-12]。柔性基體染料敏化太陽能電池與傳 統(tǒng)硬質導電玻璃的染料敏化太陽能電池相比，光電轉化機理并無不同，其本質區(qū)別在于承 載太陽能電池器件基體材料的擇選，光電極制備方式及基體材料與電極薄膜和器件薄膜材 料間的結合性能、兼容性和可靠性。在眾多高分子柔性材料中，聚酰亞胺是一類具有高絕緣性和熱穩(wěn)定性，耐低溫，化 學穩(wěn)定性好，機械性能良好，耐輻照，無毒害，易回收的絕緣高分子工程材料，適用于許多苛 刻環(huán)境，所以聚酰亞胺材料是柔性染料敏化太陽能電池基體的最佳選擇。但如何在玻璃化 溫度約為250-300°C的聚酰亞胺表面獲取結合性能優(yōu)異的染料敏化太陽能電池光電薄膜， 即在聚酰亞胺表面獲取多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜卻面臨巨大挑戰(zhàn)。眾所周知，銳鈦礦相二氧化鈦相比金紅石相二氧化鈦而言具有導電性好，表面活 性高，即對大多數有機物染料的表面親和性好和光激發(fā)產生的空穴_電子對再結合幾率低 等諸多優(yōu)點。因而銳鈦礦相二氧化鈦薄膜是染料敏化太陽能電池的首選光電極材料[潘 凱，染料敏化TiO2納米晶多孔膜光電化學電池的性質研究，吉林大學博士論文，2006和 M. Zhu, T. Chikyow, P. Ahmet, Thin Solid Films，2003，441 :140_144]。迄今為止，文獻報 道的銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制備方法主要有溶膠_凝膠法，反應磁控濺射法和電化學陽 極氧化法等。其中，溶膠-凝膠法所得二氧化鈦薄膜為多孔結構，其可觀的比表面積有利 于吸附大量染料分子而使電極具有較高的光電轉換效率，但普遍存在的薄膜與基底結合強 度低，薄膜易脫落的缺點大大降低了材料整體的使用壽命[張彭義、余剛、蔣展鵬，光活性二氧化鈦膜的制備與應用，環(huán)境科學進展，1998，6(5) :50-56]。針對這一缺陷，有研究者 嘗試以反應磁控濺射法制備二氧化鈦薄膜，如文獻[A.A.Onifade，P. J. Kelly, Thin Solid Film, 2006,494 :8_12]。該方法所得二氧化鈦薄膜與基底結合強度高，但膜體致密，比表 面積小的缺陷又嚴重阻礙了光電轉換效率的提高；近期，又有研究者通過電化學陽極氧化 的方法用鈦板原位生長二氧化鈦納米管，如文獻[PatchareeCharoensirithavorn，Yuhei Ogomi, Takashi Sagawa, Journal of Grewth，2009，311 :757_759]，這種方法綜合了前述兩 種方法的優(yōu)點，可以獲得比表面積高且不易脫落的二氧化鈦薄膜，但所用基底材料必須是 鈦板。其次，上述方法所使用的基底材料多為納米銦錫金屬氧化物或氟摻雜氧化錫導電玻 璃及鈦板等，且通常需要300°C以上高溫退火以促進薄膜結晶，顯然，一般柔性材料的玻璃 化溫度都難以滿足這一工藝要求。近來，研究者們已經開始尋求在柔性基體材料表面制備二氧化鈦薄膜染料敏化太 陽能電池光電極的新方法，如靜壓法、微波燒結法、水熱法。靜壓法是以組成為75%銳鈦礦 相，25%金紅石相的P25 二氧化鈦納米粉體為原料，其優(yōu)點是工藝簡單，二氧化鈦納米顆粒 間電接觸性能好；但無法得到高純銳鈦礦相薄膜且存在殘留有機物；此外，難以尋求一個 適當的加壓范圍以兼顧膜體的強度和適當的孔徑，不當的加壓造成薄膜內的孔徑過小，影 響染料吸附以及電解質的空隙流動，這些都將影響染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。 微波燒結法則利用了高分子材料對高頻(GHz)微波基本無吸收的特點而對二氧化鈦納米 膜層燒結。但是導電層即FT0/IT0或金屬過渡層對微波的強烈吸收會導致導電層破裂或 燒損柔性基體[井偉偉、賈明瑜，微波輻射制備打02及其光催化活性，科技信息，2010，5 427-428]。水熱法制備的二氧化鈦納米薄膜和基體的結合性好，不足之處是殘留于薄膜中 的有機雜質會影響二氧化鈦的結晶性和導電性，從而阻礙了染料敏化太陽能電池光電轉換 效率的提高[王仁博、胡志強、梁俏，柔性染料敏化太陽能電池TiO2涂層電極的制備及性能 研究，大連理工大學學報，2010，29 (3) 201-204]。因此，如何在柔性基體材料表面獲取多孔 高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜依然是制約染料敏化太陽能電池廣泛應用的瓶頸所在。另外，在污水凈化和農藥降解等環(huán)境保護工業(yè)領域，二氧化鈦因其優(yōu)良的光催化 特性，親水性以及優(yōu)異的化學穩(wěn)定性而有很大的應用潛力。如文獻[胡巧青、朱光明、孔德 鵬，納米二氧化鈦薄膜的制備技術，化學工業(yè)與工程，2008，25(1) :76-81]。傳統(tǒng)的納米二 氧化鈦粉末具有非?？捎^的比表面積，但分散懸浮體系難于分離回收，分散性差等問題限 制了其在環(huán)境工業(yè)上的應用。近年來國內外都在大力開展光催化多孔二氧化鈦薄膜的制備 研究，如文獻[陳珊珊，納米二氧化鈦膜的性能及制備方法研究，科技資訊，2007，2 :9-10]。 在廢水凈化領域，二氧化鈦用于污水處理主要基于光生電子_空穴對對污染物的氧化還原 作用。但表面晶面取向不同的二氧化鈦氧化還原性能各不相同。例如日本大阪大學太陽 能化學研究中心通過實驗證實具有{011}擇優(yōu)取向的銳鈦礦相二氧化鈦還原能力較強；而 具有{112}擇優(yōu)取向的則氧化能力強，尤其是對鉛，鉬等重金屬離子。但目前這種特定擇優(yōu) 取向只能通過對二氧化鈦粉末的酸性腐蝕獲得，如文獻[Taketo Taguchi, Yui Saito,Koji Sarukawa, New J. Chem.，2003，27 =1304-1306]。具有特定擇優(yōu)取向的二氧化鈦多孔薄膜的 制備尚未取得突破性進展。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的正是針對上述現有技術中所存在的問題與不足，提供一種在聚酰亞 胺柔性基體材料表面獲取多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制備工藝，該工藝簡單，制備 溫度低，效率高；所得的具有高比表面積或擇優(yōu)取向的多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜對 于染料敏化太陽能電池或污水處理的廣泛應用具有重要意義。根據本發(fā)明的基本思想提出如下解決方案采用等離子體微弧氧化技術結合磁控 濺射技術，首先在聚酰亞胺柔性基體材料上通過磁控濺射沉積一層金屬Cr過渡層，作為其 后的氧化處理導電層，也作為終止等離子體微弧氧化過程中介質擊穿的放電通道，避免瞬 間高溫灼傷基體的保護層，同時磁控濺射的沉積方式也有效保證了聚酰亞胺柔性基體和膜 體的結合性能。其次仍采用磁控濺射的方式在金屬Cr過渡層上原位沉積一層金屬Ti納米 薄膜，并通過等離子體微弧氧化的方式將其氧化，原位獲得多孔銳鈦礦相二氧化鈦薄膜。本 發(fā)明工藝通過改變等離子體微弧氧化過程的工作電流密度和氧化時間及時間分配方式以 控制二氧化鈦薄膜的相成分，以及孔隙率和孔徑以保證所得二氧化鈦薄膜的良好性能，例 如電流密度過高會導致二氧化鈦薄膜孔徑大而孔隙率低、金紅石相的生成、甚至因能量釋 放過于強烈而導致微裂紋的產生；氧化時間過長則容易因釋放熱量過高而損壞基底；合理 選擇脈沖頻率和占空比以獲得成分和孔隙分布均勻的二氧化鈦薄膜，例如脈沖頻率過高或 占空比過高會加重尖端放電，致使二氧化鈦薄膜樣品邊緣與內部孔隙率及孔徑不均一，這 些性能都將對染料敏化太陽能電池性能產生影響。為實現本發(fā)明的目的，本發(fā)明是采用以下技術方案來實現的。本發(fā)明在聚酰亞胺柔性基體材料表面獲取多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制 備工藝，按照本發(fā)明，依次包括以下工藝步驟(1)沉積前對聚酰亞胺基體的清潔處理將聚酰亞胺基體分別放在濃度為99. 7%的丙酮和無水乙醇中超聲漂洗20分鐘， 以去除聚酰亞胺表面油污，待熱風吹干后，放入直流/射頻磁控濺射鍍膜設備真空室，待真 空室本底真空度達到2. OXKT3Pa后，離子轟擊清洗10分鐘，去除聚酰亞胺基體表面吸附雜 質，所述直流/射頻磁控濺射鍍膜設備的離子源轟擊功率為50-150W，工作氣氛為Ar，工作 真空度為1. 0-5. OPa ；(2)沉積金屬Cr過渡層采用直流/射頻磁控濺射設備，在第(1)步經清潔處理的聚酰亞胺基體表面預先沉 積金屬Cr過渡層；其所用靶材為1個磁控金屬Cr靶，真空室本底真空度為1.0X lO^Pa,工作 氣氛為Ar，工作真空度為0. 3Pa ；磁控金屬Cr靶濺射功率為直流80W ；沉積時間為15分鐘；(3)沉積金屬Ti納米薄膜在第(2)步沉積的金屬Cr過渡層上原位沉積一層厚度為8-20 μ m的金屬Ti納米 薄膜，其所用靶材為1個磁控金屬Ti靶，真空室本底真空度為1. 0 X IO-3Pa,工作氣氛為Ar， 工作真空度為0. 15-0. 6Pa，磁控金屬Ti靶濺射功率為射頻100-300W ；沉積時間為2_5小 時，該過程中由于濺射熱效應造成聚酰亞胺基體自然升溫，但溫度低于250°C ；(4)金屬Ti納米薄膜等離子體微弧氧化處理采用直流脈沖等離子體微弧氧化電源，將第(3)步原位沉積的金屬Ti納米薄膜原 位電化學氧化為二氧化鈦，將PI/Cr/Ti基體表面作為陽極，以不銹鋼片作為陰極，將它們沒入電解液中，在兩極間加以直流脈沖電壓，其電壓為250-500V，電流密度為8-10A/dm2， 電壓頻率為50-100HZ，正電壓占空比為10-30%，氧化時間為10-20分鐘，即獲得了具有擇 優(yōu)取向的多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜。上述技術方案中，所述等離子體微弧氧化過程所用電解液的溶質成分為硅酸鈉 2-10g/L，氫氧化鈉l_5g/L，溶劑為去離子水。上述技術方案中，所述等離子體微弧氧化過程中，其氧化期間通過冷卻循環(huán)水保 持電解液的低溫狀態(tài)，其溫度保持在60°C以下。上述技術方案中，所述等離子體微弧氧化過程中電流密度為9. 4A/dm2。本發(fā)明與現有技術相比具有以下的優(yōu)點及有益技術效果1、本發(fā)明針對目前硬質染料敏化太陽能電池存在質量重、易碎、不可折疊等缺點 及這些缺點對其應用范圍的制約，采用聚酰亞胺柔性材料為基體，解決了目前無法在柔性 基體上利用現有薄膜制備方法獲得最佳染料敏化太陽能電池陽極材料——高純的銳鈦礦 相納米二氧化鈦薄膜的技術難點，使染料敏化太陽能電池具有可卷疊，重量輕、方便攜帶的 特點，對于促進染料敏化太陽能電池的廣泛應用具有重要意義。2、本發(fā)明采用直流/射頻磁控濺射技術在柔性基體上預沉積金屬Cr過渡層和納 米金屬Ti薄膜，然后通過等離子體微弧氧化原位獲得多孔高純銳鈦礦相納米二氧化鈦薄 膜，充分保持了膜基體系的結合強度。3、本發(fā)明在后續(xù)氧化處理過程中采用等離子體微弧氧化這種低溫氧化方式，其 一，避免了傳統(tǒng)技術中為促進結晶的高溫退火程序，保護了基體的完好性；其二，獲得了多 孔結構的銳鈦礦相納米二氧化鈦薄膜；其三，可以通過合理調整該氧化過程的各項工藝參 數，以期得到高的染料吸附率，親水性和導電性。4、本發(fā)明的制備工藝獲得的多孔結構的高純銳鈦礦相納米二氧化鈦薄膜比表面 積大，且不存在金紅石相，非常有利于染料的吸附和電學性能的提高；而特定的擇優(yōu)取向有 助于提高污水的處理效率。


圖1為依本發(fā)明制備工藝實施例1各項參數及經步驟(1)，(2)，(3)在聚酰亞胺基 體上磁控濺射沉積的金屬Ti納米薄膜在掃描電鏡(SEM)下的微觀形貌；圖2中(a)和(b)分別為依本發(fā)明制備工藝實施例1各項參數制備的二氧化鈦薄 膜在SEM下的微觀形貌和二氧化鈦薄膜的X射線衍射分析(XRD)譜圖；圖3中(a)和(b)分別為依本發(fā)明制備工藝實施例2各項參數制備的二氧化鈦薄 膜在SEM下的微觀形貌和二氧化鈦薄膜的XRD譜圖。
具體實施例方式下面用具體實施例結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但并不意味著對本發(fā) 明保護內容的任何限定。實施例1采用自主研制的直流/射頻磁控濺射鍍膜設備；所用磁控金屬Cr靶和磁控金屬Ti靶純度均為99. 95%，工作氣體Ar純度為99. 999% ；所述預沉積金屬Cr過渡層過程中工作氣壓保持在0. 3Pa,功率為直流80W ；所述沉積金屬Ti納米薄膜過程中工作氣壓保持在0. 15Pa,功率為射頻300W ；采用自主研制的直流脈沖等離子體微弧氧化電源；所述等離子體微弧氧化所用電解液溶質成分為硅酸鈉6g/L，氫氧化鈉2g/L，溶劑 為去離子水；所述等離子體微弧氧化過程中電流密度選定為9. 4A/dm2，所得二氧化鈦薄膜性能
最佳；所述等離子體微弧氧化過程中的氧化制度為單位周期為陽極氧化1. 0-1. 5分 鐘，隨后停止加壓冷卻1. 0-1. 5分鐘；整個氧化過程重復該周期10次。所述等離子體微弧氧化過程中電源脈沖頻率為100Hz，占空比為30%。在上述條件下，在聚酰亞胺柔性基體上獲取多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的操 作步驟如下(1)沉積前對基體的清潔處理將聚酰亞胺塑料基體分別放在濃度為99. 7%的丙酮和無水乙醇中超聲漂洗20分 鐘，以去除聚酰亞胺表面油污，待熱風吹干后，放入直流/射頻磁控濺射鍍膜設備真空室， 待真空室本底真空度達到2. 0 X 10_3Pa后，離子轟擊清洗10分鐘，去除聚酰亞胺基體表面吸 附雜質，所述鍍膜設備的離子源轟擊功率為100W，工作氣氛Ar，工作真空度為2. OPa ；(2)沉積金屬Cr過渡層采用直流/射頻磁控濺射設備，在經上述清潔處理后的聚酰亞胺基體表面預沉積 金屬Cr過渡層；其所用靶材為1個磁控金屬Cr靶，真空室本底真空度1. 0 X lO^Pa,工作氣 氛Ar，工作真空度0. 3Pa ；磁控金屬Cr靶濺射功率為直流80W ；沉積時間15分鐘；(3)沉積金屬Ti納米薄膜在所述金屬Cr過渡層上原位沉積一層厚度約為20 μ m的金屬Ti納米薄膜，其所 用靶材為一個磁控金屬Ti靶，真空室本底真空度1. OX 10_3Pa，工作氣氛Ar，工作真空度 0. 15Pa，磁控金屬Ti靶濺射功率為射頻300W ；沉積時間為5小時；沉積過程中由于濺射熱 效應造成聚酰亞胺基體自然升溫，但其溫度低于250°C ；(4)金屬Ti納米薄膜等離子體微弧氧化處理采用直流脈沖等離子體微弧氧化電源，將所述金屬Ti納米薄膜原位電化學氧化 為二氧化鈦將PI/Cr/Ti基體表面作為陽極，以不銹鋼片作為陰極，將它們沒入電解液中， 在兩極間加以直流脈沖電壓，所加電壓為300V，其電流密度為9. 4A/dm2，頻率為IOOHz，正電 壓占空比為30%，負電壓為0，氧化時間為10分鐘；氧化期間通過冷卻循環(huán)水保持所述電解 液低于60°C低溫狀態(tài)，即獲得具有擇優(yōu)取向的多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜。對上述實施例1所制備的二氧化鈦薄膜采用SEM觀察其表面形貌，如圖2(a)所 示，由圖可見，所得薄膜為多孔疏松結構，孔徑為100-500nm，孔隙分布均勻；XRD分析結果 如圖2(b)所示，所得薄膜為(112)取向的銳鈦礦相二氧化鈦，結晶度高；基于等離子體微弧 氧化的工藝特點，不可避免的存在少許未被氧化的金屬Ti，但并不足以對二氧化鈦薄膜性 能構成影響。并于圖1出示了依本實施例1各項參數及經步驟(1)，(2)，(3)在聚酰亞胺基體上
7沉積的金屬Ti納米薄膜在SEM下的微觀形貌，可明顯看到在經等離子體微弧氧化處理前， 金屬Ti納米薄膜表面平坦致密，無孔隙。實施例2由于在制備多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的過程中，等離子體微弧氧化工藝參 數如電流密度對二氧化鈦薄膜成分，相組成，空隙率及薄膜質量影響較大。故本實施例多 孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制備過程中等離子體微弧氧化過程選取電流密度為9. 8A/ dm2，其他未提及的工藝參數和工藝步驟以及所用設備等與實施例1均相同。所制得的二氧 化鈦薄膜其微觀形貌結構如圖3中(a)所示；較實施例1所得二氧化鈦薄膜孔徑有所增加， 孔隙分布均勻性和孔隙率有所下降，但仍為多孔疏松結構；此實施例所得二氧化鈦薄膜的 XRD衍射圖譜如圖3中(b)所示，從圖中還可知二氧化鈦薄膜仍為(112)取向的銳鈦礦相二 氧化鈦。實施例3本實施例多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制備過程在沉積金屬Ti納米薄膜過 程中選取磁控金屬Ti靶濺射功率為射頻200W，工作氣壓為0. 5Pa,沉積時間2小時，其他未 提及的工藝參數和工藝步驟以及所用設備等與實施例1均相同。所制得的二氧化鈦薄膜的 微觀形貌特征，如孔徑，孔隙分布等及相組成與實施例1所得結果基本相同，可知磁控濺射 沉積金屬Ti納米薄膜過程中的工藝參數對最終薄膜性能，微觀形貌及相組成無重要影響。實施例4本實施例多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制備過程在等離子體微弧氧化過程 中選取的電解液成分為硅酸鈉3g/L，氫氧化鈉lg/L，電源脈沖頻率為85Hz，占空比為20%， 其他未提及的工藝參數和工藝步驟以及所用設備等與實施例1均相同，所制的薄膜仍為多 孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜，但由于電解質濃度降低致使樣品負載電壓降低，而放電強 度降低，故與實施例1所得樣品相比孔徑較小，孔隙較稀疏；且在此脈沖頻率和占空比下薄 膜孔隙均勻性依然較好。由以上各實施例及附圖可知，可以通過調節(jié)本發(fā)明制備工藝過程中的各個參數對 最終獲得多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的各項性能及結構進行有效調控，從而滿足其在 染料敏化太陽能電池及污水凈化處理應用中的不同需求。
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權利要求
一種在聚酰亞胺柔性基體材料表面獲取多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制備工藝，其特征在于依次包括以下工藝步驟(1)沉積前對聚酰亞胺基體的清潔處理將聚酰亞胺基體分別放在濃度為99.7％的丙酮和無水乙醇中超聲漂洗20分鐘，以去除聚酰亞胺表面油污，待熱風吹干后，放入直流/射頻磁控濺射鍍膜設備真空室，待真空室本底真空度達到2.0×10 3Pa后，離子轟擊清洗10分鐘，去除聚酰亞胺基體表面吸附雜質，所述直流/射頻磁控濺射鍍膜設備的離子源轟擊功率為50 150W，工作氣氛為Ar，工作真空度為1.0 5.0Pa；(2)沉積金屬Cr過渡層采用直流/射頻磁控濺射鍍膜設備，在第(1)步經清潔處理的聚酰亞胺基體表面預先沉積金屬Cr過渡層；其所用靶材為1個磁控金屬Cr靶，真空室本底真空度為1.0×10 3Pa，工作氣氛為Ar，工作真空度為0.3Pa；磁控金屬Cr靶濺射功率為直流80W；沉積時間為15分鐘；(3)沉積金屬Ti納米薄膜在第(2)步沉積的金屬Cr過渡層上原位沉積一層厚度為8 20μm的金屬Ti納米薄膜，其所用靶材為1個磁控金屬Ti靶，真空室本底真空度為1.0×10 3Pa，工作氣氛為Ar，工作真空度為0.15 0.6Pa，磁控金屬Ti靶濺射功率為射頻100 300W；沉積時間為2 5小時，該過程中由于濺射熱效應造成聚酰亞胺基體自然升溫，但溫度低于250℃；(4)金屬Ti納米薄膜等離子體微弧氧化處理采用直流脈沖等離子體微弧氧化電源，將第(3)步原位沉積的金屬Ti納米薄膜原位電化學氧化為二氧化鈦，將PI/Cr/Ti基體表面作為陽極，以不銹鋼片作為陰極，將它們沒入電解液中，在兩極間加以直流脈沖電壓，其電壓為250 500V，電流密度為8 10A/dm2，電壓頻率為50 100Hz，正電壓占空比為10 30％，氧化時間為10 20分鐘，即獲得了具有擇優(yōu)取向的多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜。
2.根據權利要求1所述的多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制備工藝，其特征在于所 述等離子體微弧氧化過程所用電解液的溶質成分為硅酸鈉2-10g/L，氫氧化鈉l_5g/L，溶 劑為去離子水。
3.根據權利要求1或2所述的多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制備工藝，其特征在 于所述等離子體微弧氧化過程中，其氧化期間通過冷卻循環(huán)水保持電解液的低溫狀態(tài)，其 溫度保持在60°C以下。
4.根據權利要求1或2所述的多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的制備工藝，其特征在 于所述等離子體微弧氧化過程中電流密度為9. 4A/dm2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在聚酰亞胺柔性基體表面獲取多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的工藝。該工藝包括柔性基體漂洗，離子轟擊清洗，在柔性基體上直流/射頻磁控濺射沉積金屬鉻過渡層和金屬鈦納米薄膜，及通過等離子體微弧氧化原位獲取具有擇優(yōu)取向的多孔高純銳鈦礦相二氧化鈦薄膜等工藝步驟。本發(fā)明工藝突破了傳統(tǒng)薄膜制備方法難以在易變形和不耐高溫的聚酰亞胺柔性基體表面獲得結合性能優(yōu)良的多孔銳鈦礦相二氧化鈦薄膜的難點；且易于大規(guī)模生產和工業(yè)化推廣。本發(fā)明工藝還克服了以往二氧化鈦薄膜在污水處理和染料敏化太陽能電池光電極的應用中由于比表面積小和金紅石相的存在而造成的染料吸附率低和影響導電性的問題，并有望提高污水處理效率。
文檔編號C02F1/72GK101950605SQ201010235090
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權日2010年7月23日
發(fā)明者劉波, 尹旭, 楊吉軍, 汪淵 申請人:四川大學