有关纳米二氧化钛粒子与二氧化硅离子在玻璃表面的沉积方法.docx

有关纳米二氧化钛粒子与二氧化硅离子在玻璃表面的沉积方法1. Si02溶胶的制备用正硅酸乙酯(TEOS)作为SiO2的先驱体，以TEOS、无水乙醇和去离子水为原科，用酸做催化剂，pH值在5左右。取定量乙醇分为两份，一份与TEOS混合，另一份与催化剂及去离子水混合，搅拌过程中将后者缓慢滴加到前者，然后室温下再持续搅拌反应2h密封室温陈化。制备了不同TEOS/无水乙醇比例、不同TEOS去离子水比例的溶胶。采用辊涂的方法在玻璃上镀膜，然后在一定的温度下快速热处理4分钟、再在高压空气下冷却到室温。2.TiO2溶胶的制备1磁控溅射法磁控溅射是以Ti或Ti02为靶，在02或02At气氛下，在电离离子的轰击下将TiO2沉积到基片上的一种方法。它主要包括射频磁控溅射法和直流磁控溅射法。磁控溅射法是目前国内研究最多、最成熟的一种Ti02薄膜制备方法。采用磁控溅射法制备的Ti02薄膜具有致密均匀、附着力大，并且基片因为在高能量的粒子的轰击下温度不断升高而不用加热等优点而被广泛采用。利用磁控溅射法制备Ti02薄膜虽然易于掺杂，但是很难控制杂质的浓度。2溶胶/凝胶法溶胶/凝胶法具有纯度高、均匀性强、合成温度低、反应条件易于控制，特别是制备工艺过程相对简单，无需特殊贵重的仪器，同时具有制得的薄膜孔径小，孔径分布范围窄等优点，而且还可以制备多种氧化物的复合薄膜。溶胶/凝胶法主要是钛醇盐水解，容易和其他元素复合并形成多孔膜。但其缺点在于膜与衬底的附着力差，易发生表面龟裂，制得的Ti02薄膜需较高温度进行热处理，。且透明度较差。溶胶凝胶法制备Ti02薄膜的主要影响因素有：醇盐种类、溶剂、水量、酸催化剂种类、络合物、添加剂等。水的加入量是溶胶/凝胶法工艺中的一项关键参数，此外，对于一些水解活性高的醇盐，如钛醇盐，往往需要控制加入速度(滴加)，否则极易生成沉淀。具体实验步骤将钛酸四丁、Ti(OC4H9)4、水(H20)、无水乙醇(C2H5OH)、硝酸(HN03)按照按一定体积比均匀混合制备Ti02溶胶。溶胶凝胶溶液形成后，用浸渍的方法将溶胶凝胶溶液涂覆到基材上。溶胶溶液浸入有孔基材，形成基材上溶胶颗粒状的沉积。基材从溶胶中移走后，水醇的蒸发使溶胶浓缩，此时颗粒间出现胶凝。在干燥阶段，凝胶孔隙中的溶胶被除去，孔内形成液气界面，伴随的表面张力使得凝胶孔结构坍塌。随着凝胶过程进一步进行，凝胶层的收缩也会使孔坍塌，直至凝胶网络坍塌而形成膜。最后在煅烧后形成钛的氧化物膜。Ti4+在水体系中水解属于均相成核长大过程。具体制备过程如下：(1)准确量取一定量的钛酸四丁酯倒入锥形瓶；(2)准确量取23体积的无水乙醇快速倒入钛酸四丁酯的锥形瓶；(3)将混合好的锥形瓶放在磁力搅拌器上搅拌30min，速度以瓶内不要有太多的气泡为准；(4)搅拌结束后，将剩下的13的无水乙醇放入分液漏斗中，再将配好的硝酸溶液加入分液漏斗，让分液漏斗里的溶液以1-2滴秒的速度滴加到锥形瓶中：(5)分液漏斗的液体滴完后再搅拌后30rain，即可制得纯二氧化钛溶胶；(6)将制得溶胶静置2小时后，再进行玻璃片提拉两遍，速度7-8cmmin，立即放入烘箱，在80条件下保温10min；(7)将烘好的玻璃片重复第6步的步骤再做一遍；(8)将玻璃片放入马弗炉，以一定的温度煅烧数小时后即得纳米二氧化钛膜。但干凝胶粉中仍可能吸附游离的水、乙醇，另外还有这些物质与表面Ti02反应所形成的有机结构如(Zi02)n-OC4H9等。钛的溶胶凝胶溶液在玻璃表面浸渍涂层制膜过程示意如图31所示。以Ti(OC4Hg)4为钛源，C2HsOH为溶剂，HN03为抑制剂的条件下，水中的羟基与Ti作用导致Ti(OC4H9)4发生不同程度的水解反应，反应式如下：Ti(OC4I-19)4+nn20一Ti(OC4H9)4n(0H)n+n C4H90H(n_1，2，3，4)3.提拉法取定量的TBOT，溶于适量的无水乙醇中。剧烈搅拌下，依次加入适量的二乙醇胺(DEA)、硝酸水溶液、PEG，搅拌2 h，得到稳定、均匀、透明的淡黄色溶胶。用洁净的载玻片做衬底材料，浸入溶胶液中，以1020 elnmin。1的速率垂直向上提拉。将湿膜在干燥箱中控温陈化30min后，置于马弗炉中，升温至450，恒温l h，自然冷却至室温，即在玻璃上制得了一层Ti02薄膜。在制备好的溶胶液中加入不同浓度的re(N03)3、Cu(N03)2溶液，重复以上提拉和热处理步骤，可得到不同层数的离子掺杂薄膜。4粉末涂敷法这种方法既可用商用的纳米二氧化钛粉P25，加入分散剂、活性剂，经研磨后，在导电玻璃上滴上Ti02溶胶，用玻璃棒徐徐滚动，再经热处理后制得纳米多孔二氧化钛膜。也可通过溶胶凝胶法先制备出平均粒径10nm-30nm的Ti02粉末分散在含有乙酰丙酮及表面活性剂的水溶液中，在玛瑙研钵中充分研磨，再将粘稠胶体溶液涂敷在导电玻璃表面，自然干燥后在450下烧结30rain形成多孔薄膜电极。5水热合成法水热反应适用的原理是溶解一结晶原理：在高压密闭的条件下，Ti前驱体(钛盐或钛的醇盐)能够在气固界面上发生水解生成无定形Ti02，经过较长的水热反应生成的无定形Ti02可以在这种低温高压条件下发生结晶。水热法因其在高温高压下一次完成，无需后期的晶化处理，所制得的粉体粒度分布窄，团聚程度低，成分纯净，制备过程污染小等优点而研究较多。如果需要准确控制沉积过程，化学气相沉积法则是理想的选择。等人甩TiCl4，02和N20为前驱物，采用化学气相沉积法制备的Ti02薄膜。与纳米颗粒组成的二氧化钛膜相比，由纳米棒、纳米线、纳米花、纳米管等纳米结构组成的膜具有更高的比表面积。参考文献；1.多孔纳米Ti02薄膜的制备及其光催化活性那日苏 周炳卿+ 郝丽媛 王立娟 韩兵 第十一届中国光伏大会暨展览会会议论文