[发明专利]一种基于微弧氧化技术制备钛酸铋膜层的方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学制备技术领域，尤其涉及一种基于微弧氧化技术制备钛酸铋膜层的方法。

背景技术

钛酸铋化合物是一类环境友好型功能材料，由TiO₂和Bi₂O₃复合形成，包括Bi₄Ti₃O₁₂、Bi₂Ti₂O₇、Bi₁₂TiO₂₀、Bi₂₀TiO₃₂等晶相，作为其中的一员，Bi₁₂TiO₂₀带隙能较小，属于宽带半导体，具有优良的光电、荧光、磁光、旋光以及压电性质，其薄膜材料在光电领域尤其是光催化材料领域应用前景广阔；

目前钛酸铋膜层的制备方法主要有以下2种：

(1)原子层沉积技术(ALD)

该技术对设备要求高，属于物理沉积方法，参见：(J.Harjuoja，S.Vayrynen，M.Putkonen.Crystallization of bismuth titanate and bismuth silicate grown as thin films by atomic layer deposition，J.Cryst.Growth，2006，286：376-383)；

(2)化学溶液分解法(CSD)

该法与溶胶-凝胶法(sol-gel)、金属有机物分解法(MOD)、水热法沉积等，属于化学溶液沉积技术。sol-gel、MOD、水热/溶剂热主要用作粉体的制备，并且sol-gel和MOD需要高温退火处理，水热/溶剂热虽然能够有效降低合成温度(180-230℃)，但是反应周期长(4-12h)，对生产设备的依赖性较强，目前尚无用于制备钛酸铋膜层的文献报道。周爱萍对sol-gel、MOD技术加以改进，提出了化学溶液分解法，用于Bi₁₂TiO₂₀薄膜的制备，使用的原料为金属无机盐和有机化合物配合使用，不需要发生水解缩聚反应形成前驱体溶液；制备过程包括前躯体溶液的配制、旋涂法制膜、高温退火处理等；CSD法制备膜层时，制备原料、前躯体溶液浓度、匀胶速度、退火条件等都将影响到膜层的质量，从而影响膜层的性能。

现有的制备钛酸铋膜层技术生产成本高，制备过程繁琐，合成时间长，并且中间产物如果不加以处理会对环境带来不利影响，不利于推广应用。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于微弧氧化技术制备钛酸铋膜层的方法，旨在解决现有的制备钛酸铋膜层技术生产成本高，制备过程繁琐，并且中间产物如果不加以处理会对环境带来不利影响，不利于推广应用的问题，以便降低合成温度、缩短反应时间、简化合成工艺。

本发明实施例是这样实现的，一种基于微弧氧化技术制备钛酸铋膜层的方法，该基于微弧氧化技术制备钛酸铋膜层的方法包括以下步骤：

步骤一，选择相同尺寸的铋片、铂片作为阳极、阴极，用不同目数的砂纸打磨铋片，抛光膏抛光后，依次用乙醇、丙酮清洗除油，备用；

步骤二，制备含钛的浓度为0.01～0.10mol/L的电解液；

步骤三，将铋片与铂片之间保持1～3cm距离，垂直浸入电解液2～4cm，开启磁力搅拌，通以恒定电流1～5A保持5～10min；

步骤四，铋片表面持续有电火花出现，同时伴有沉积层生成，将带有沉积层的铋片用去离子水洗涤，而后在60℃干燥2h，得到钛酸铋膜层。

进一步，步骤二中，电解液制备具体方法为：称取6gKOH溶于150ml去离子水中，将所得溶液移入电解池，滴加6ml浓度为30％的H₂O₂，最后加入0.9g固体Ti(SO₄)₂，磁力搅拌5min，得到浅黄色的电解液，电解液中Ti浓度为0.025mol/L。

进一步，所用电解池为双层玻璃瓶，外层可根据需要通冷凝水，钛源为硫酸钛或四氯化钛，均为无机钛源，所用试剂均为无机物。

进一步，该基于微弧氧化技术制备钛酸铋膜层的方法的钛源为硫酸钛、四氯化钛。

进一步，在步骤四中，钛酸铋膜层的生成所需能量由铋片表面微区的电火花提供。

进一步，该基于微弧氧化技术制备钛酸铋膜层的方法的铋源为金属Bi或Bi-Ti合金，形状可以是箔、片、板、管。