[发明专利]一种多孔二氧化钛薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔材料制备领域，特别是一种在玻璃微珠表面制备多孔二氧化钛薄膜的制备方法。

背景技术

随着工业的迅速发展，我们的生存环境不断恶化，人们逐渐对环境的保护及污染物的治理问题越来越重视。半导体氧化物多孔光催化材料作为一种表面积大，去污能力强，耗能低，不会产生二次污染并能进行大规模应用的除污技术成为了人们研究的热点。在众多的半导体氧化物多孔膜中，二氧化钛多孔膜光催化材料由于其氧化能力强、催化活性高等优点，在废水处理，空气净化及生物杀菌领域将获得更广泛的应用。

目前，制备的二氧化钛多孔膜的方法主要有模板法和电化学法。模板法工艺较简单，但通过模板法制备的材料存在高温煅烧模板的过程，不适于其在不耐温表面的应用，同时易造成较大的内部缺陷，限制了其大规模的应用。电化学法制备的薄膜常用的方法有阳极氧化、微弧氧化及电沉积，可在表面沉积均匀的多孔薄膜，但其缺点是必须在导电基底上沉积薄膜，基材的选择范围比较窄，同时成本因素也限制了其应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种工艺简单、薄膜结构可控及与基体结合强度高的在玻璃微珠表面制备纳米多孔二氧化钛薄膜的方法。

 

本发明的技术方案如下：

      一种在玻璃浮珠表面沉积二氧化钛多孔膜的制备方法，采用脱合金化方法和磁控溅射真空镀膜相结合来制备多孔二氧化钛，其特征在于：

（1）以空心玻璃微珠作为基体，以Cu-Zn或Cu-Mn作为靶材，磁控溅射设备沉积Cu-Zn或Cu-Mn合金薄膜；

（2）采用酸性或碱性溶液进行脱合金化处理，腐蚀结束后，进行去离子水清洗至中性，再真空干燥；

（3）干燥后包裹多孔铜的玻璃微珠，磁控溅射设备表面沉积二氧化钛，制备出多孔二氧化钛。

上述制备多孔二氧化钛的方法中，其特征是所用玻璃微珠是漂选的浮珠，粒径范围40-60目；

步骤（1）中Cu-Zn或Cu-Mn靶材的铜含量在20~50%；

步骤（1）中合金薄膜具体的工艺条件为，采用直流磁控溅射方法，在真空度达到1.0×10^-3 ~3.0×10^-3 时，通入高纯氮气或高纯氩气，调整真空室内气压在0.8~1.4Pa；直流溅射功率在80~160W；基底温度为室温，溅射时间为10~60min。   

步骤（2）中，酸性溶液为盐酸或硫酸中的一种，碱性溶液为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。

步骤（2）中，碱性溶液的浓度为0.5ml/L~-2mol/L，酸性溶液的浓度为10min~60min。

步骤（2）中，酸性溶液的最优配比为10%，碱性溶液最优配比为0.8ml/L。

步骤（2）中Cu-Zn合金薄膜和Cu-Mn合金薄膜中与0.5ml/L~-2mol/L碱性溶液反应

时间为10min~60min；与3~20wt%酸性溶液反应的时间为30~120min。

步骤（3）二氧化钛靶材为纯度99.9%的二氧化钛，致密、表面光滑、内部无缩孔。

步骤（3）中具体的工艺条件为，采用射频磁控溅射方法，在真空度达到1.0×10^-3 ~3.0×10^-3 时，通入高纯氮气或高纯氩气，调整真空室内气压在0.5~1.2Pa；直流溅射功率在80~140W；基底温度为室温到350℃；溅射时间为30~120min。

具体操作如下：

     玻璃微珠进行三次水洗、漂选及过筛，选出40-60目的浮珠；将玻璃微珠放入溅射室中进行直流磁控溅射，靶材为Cu-Zn或Cu-Mn，在玻璃微珠表面溅射Cu-Zn或Cu-Mn合金，得到厚度为500-1000纳米的合金薄膜。将包裹Cu-Zn或Cu-Mn合金薄膜的玻璃微珠，放入盐酸溶液中室温下反应，然后用去离子水洗成中性，真空干燥，获得覆盖多孔铜的玻璃微珠。将此玻璃微珠再次放入磁控溅射室中，采用射频磁控溅射在多孔铜上沉积二氧化钛，得到玻璃微珠表面的多孔二氧化钛。

本发明的有益效果是：

（1）通过脱合金化方法与磁控溅射方法相结合制备多孔二氧化钛，增大二氧化钛的表面积，在紫外光照射下有更好的催化性能，可以在废水处理、空气净化及光催化领域有更好的应用前景。

（2）可以通过合金靶材的成分配比及腐蚀工艺调整多孔铜的结构和尺寸，最终调整二氧化钛多孔膜的结构和尺寸。