二氧化鈦功能薄膜的制備方法及機(jī)理探討.pdf

1、由于對(duì)自然資源的過渡使用和不加節(jié)制的開發(fā)，使得生態(tài)環(huán)境遭受到嚴(yán)重破壞。人們迫切需要開發(fā)既能經(jīng)濟(jì)有效地利用資源，同時(shí)又無污染甚至是凈化環(huán)境的功能材料。 半導(dǎo)體氧化物具有利用太陽光催化凈化水和空氣中污染物的特性，其中TiO2又以對(duì)生物無毒害，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)備受專家學(xué)者的關(guān)注。TiO2薄膜具有高的感光特性、較大強(qiáng)度且硬度與玻璃相同，有持久壽命、對(duì)可見光的透射率達(dá)80～90％等優(yōu)點(diǎn)。由于懸浮體系存在光催化劑TiO2難以回收的問題，近

2、年來的研究主要是圍繞著制備TiO2功能薄膜展開的。 本文首先利用納米TiO2固載的方法，選用瓊脂作為粘結(jié)劑，在玻璃微珠上制備了TiO2瓊脂溶膠薄膜，優(yōu)化了TiO2與瓊脂的質(zhì)量百分比。實(shí)驗(yàn)表明，薄膜具有良好的黏附力和透過率。在降解酒中過量甲醇的實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的光催化活性，且在薄膜涂覆層數(shù)為3層時(shí)，表現(xiàn)出對(duì)甲醇的降解率最高。同時(shí)，對(duì)薄膜進(jìn)行了IR檢測，并對(duì)該光催化反應(yīng)發(fā)生的機(jī)理進(jìn)行了初步的研究，為開發(fā)高效納米酒類凈化器提供了有價(jià)值

3、的數(shù)據(jù)。 用固載法制備TiO2薄膜時(shí)，由于粘結(jié)劑的包覆作用，導(dǎo)致TiO2光催化活性降低。因此，本文嘗試通過等離子體化學(xué)氣相沉積(PCVD)方法制備TiO2功能薄膜。文獻(xiàn)中所報(bào)道的PCVD法通常是用射頻(13.56MHz)電源條件下沉積TiO2薄膜，而本文利用本所自行研制的高頻電源(150KHz)，用PCVD法分別在TA2純鈦片和普通鈉鈣載玻片上制備了TiO2薄膜。實(shí)驗(yàn)條件為：電壓450～900V、薄膜沉積溫度100～400℃、鈦

4、源汽化溫度40～90℃、O2流量0～40sccm。并結(jié)合真空條件，選擇在100～350Pa的氣壓下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)較為適宜。通過XRD、EDS、IR、UV-Vis、橢圓偏振儀對(duì)薄膜的各項(xiàng)品質(zhì)檢測，進(jìn)而探討了各工藝參數(shù)對(duì)成膜品質(zhì)的影響： 通過XRD對(duì)晶型分析，在鈦片上沉積有金紅石型和銳鈦礦型TiO2。隨著沉積溫度的升高，沉積時(shí)間的延長，在鈦片上沉積的TiO2薄膜中金紅石的晶向增加。在載玻片上沉積的TiO2薄膜沒有結(jié)晶形態(tài)，而由于薄膜中有機(jī)殘

5、余的摻雜，會(huì)使得薄膜表面呈現(xiàn)深黃色的鏡面，且光催化特性較差。在電壓為720～870V的情況下，成膜的均勻性較好；在沉積溫度為100～150℃時(shí)，成膜的均勻性也較好。 當(dāng)薄膜沉積溫度<200℃，鈦源汽化溫度的增加對(duì)薄膜的吸光度影響很??；當(dāng)薄膜沉積溫度>300℃，隨著鈦源汽化溫度的增加，薄膜的吸光度呈現(xiàn)減小的趨勢。同時(shí)探討了沉積時(shí)間，反應(yīng)氣體流量，沉積溫度，工作室氣壓對(duì)薄膜沉積速率和吸光度的影響。實(shí)驗(yàn)表明，他們之間存在良好的線性關(guān)系