[发明专利]一种二氧化钛薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体薄膜领域，涉及一种二氧化钛薄膜的制备方法。

背景技术

纳米二氧化钛是一种新型无机材料，具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性等。广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自清洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业、锂电池中，可以说纳米二氧化钛是当前应用前景最为广泛的纳米材料之一，具有很强的开发和应用价值。

现有的二氧化钛薄膜的制备方法很多，主要有电子束沉积（EBD）,离子束辅助沉积（LAD），离子束溅射沉积（IBSD）,活化反应蒸发（ARE），离子镀（IP）,射频溅射（RFS），还有溶胶-凝胶法。但这些制备二氧化钛薄膜的方法，膜和衬底的附着力不是特别稳固。

发明内容

针对现有技术制备二氧化钛薄膜方法中存在薄膜与衬底附着力不理想的情况，本发明所要解决的技术问题是提供一种二氧化钛薄膜的制备方法，制备的二氧化钛薄膜与衬底有很好附着力，并且具有良好的光催化自清洁和抗菌性能。

本发明采取的技术方案是：通过将钛离子注入后进行热处理的方法在材料表面形成TiO₂薄膜，具体包括如下步骤：

1)将能量为20到200kV的Ti⁺注入到衬底中，使其在衬底中形成Ti纳米颗粒，Ti离子的注入剂量应不小于1×10¹⁷ions/cm²；

2)将注入Ti⁺后的衬底升温至600～1000°C，并在氧气气氛中保温退火2小时以上，退火完后自然降温。

本发明方法，可以石英玻璃或蓝宝石为衬底。

用于注入Ti⁺的注入机可选用已用于工业生产的金属蒸发多弧离子(MEVVA)源注入机。(MEVVA)源注入机的特点是束斑大并且均匀，束流较强（达mA级），可在短时间内进行高剂量的离子注入，因而大大降低了注入成本。

本发明方法对退火炉的设备要求简单，普通的退火炉就可以。

本发明采用离子注入结合热退火处理的方法制备二氧化钛薄膜，整个过程不复杂，仅仅需要离子注入和热退火处理两个过程就可以。这种膜因为从衬底中长出来，嵌入到衬底表面，制备的二氧化钛薄膜与衬底的附着力强，不容易脱落，并且具有良好的光催化自清洁和抗菌性能。

附图说明

图1是能量为20KV，Ti离子注入到石英玻璃衬底中，剂量为2×10¹⁷ions/cm²在氧气环境下的退火炉中分别进行500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃的退火2小时的扫描电镜(SEM)图像。

图2是钛离子注入剂量为2×10¹⁷ions/cm²的石英玻璃样品经800℃退火6小时后的XPS谱，(a)Ti2p，(b)O1s。

图3是能量为20KV，Ti离子注入到蓝宝石衬底中，剂量为3×10¹⁷ions/cm²在氧气环境下的退火炉中分别进行700℃、800℃、900℃、1000℃的退火4小时的扫描电镜(SEM)图像。

图4是空白的石英片样品和制备的二氧化钛薄膜样品上菌液培养24h后菌落数的变化，S1代表注入剂量2×10¹⁷ions/cm²在800°C退火的样品。

具体实施方式

一种二氧化钛薄膜的制备方法：

1)以石英玻璃或蓝宝石为衬底，将能量为20到200kV的Ti⁺注入到衬底中，使其在衬底中形成Ti纳米颗粒，Ti离子的注入剂量应不小于1×10¹⁷ions/cm²；

2)将注入Ti⁺后的衬底升温至600～1000°C，并在氧气气氛中保温退火2～6小时，退火完后自然降温。

下面结合实施实例对本发明作进一步的说明。

实施例1