本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自清潔用氮摻雜二氧化鈦薄膜的制備方法。
技術(shù)背景
二氧化鈦薄膜是一種重要的半導(dǎo)體光催化材料，自從1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)了TiO2半導(dǎo)體可在紫外光照下將水光解成H2和O2以來，半導(dǎo)體光催化研究因其在能源與環(huán)境等方面的應(yīng)用而得到重視。由于TiO2無毒、活性高、耐腐蝕等特點(diǎn)而成為應(yīng)用前景最好的光催化劑。常用在玻璃等基片表面，制備具有自清潔的產(chǎn)品。如可以用在建筑玻璃、幕墻玻璃、裝飾玻璃、汽車擋風(fēng)玻璃、反光鏡、燈具燈罩玻璃、蓋板玻璃、、廚房玻璃、鏡片玻璃、家電玻璃、儀器儀表玻璃等物品表面。
但由于TiO2禁帶寬度較大，只能在紫外光下才能激發(fā)其光催化作用，為了提高對太陽光的有效利用，對TiO2進(jìn)行摻雜以擴(kuò)展其光響應(yīng)范圍從而提高其光催化活性已成為目前TiO2光催化領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的研究課題之一。近年來，對TiO2的摻雜研究分為金屬摻雜和非金屬摻雜。N摻雜由于其優(yōu)異的性能，越來越得到人們的重視。2001年R.Asahi等報道了N摻雜的TiO2具有可見光響應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)氮替代少量的晶格氧可以使二氧化鈦的帶隙變窄，在不降低紫外光下活性的同時使二氧化鈦具有可見光活性。
目前N摻雜TiO2薄膜的制備方法主要有濺射法、脈沖激光沉積法、溶膠-凝膠法等。然而目前大多數(shù)的制備方法都存在比表面積小、催化效果差等缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是提供一種用于自清潔的氮摻雜二氧化鈦薄膜的制備方法，該方法制備的薄膜性能優(yōu)異，大大提高了光催化的效率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
一種自清潔用氮摻雜二氧化鈦薄膜的制備方法，包括如下步驟：
（1）清洗玻璃基片，后用高壓N2吹干；
（2）采用反應(yīng)離子束技術(shù)對所述玻璃基片表面進(jìn)行刻蝕，使所述玻璃基片表面具有凹凸不平的微結(jié)構(gòu)；
（3）采用磁控濺射技術(shù)在所述玻璃基片表面的微結(jié)構(gòu)上沉積氮摻雜二氧化鈦薄膜。
本發(fā)明技術(shù)方案中，所述步驟（1）清洗玻璃基片，包括先用丙酮超聲20min，再用酒精超聲20min，最后用去離子水超聲20min；
所述步驟（2）中的刻蝕氣體為Ar和三氟甲烷（CHF3）的混合氣體，其流量比為1：1.5～3；
所述步驟（2）采用的反應(yīng)離子束刻蝕設(shè)備，本底真空≤6×10-3Pa；工作壓強(qiáng)為4～8×10-1 Pa；離子束流能量為350～450eV；束流為60～80mA；加速電壓200～300V；入射角為20～40°；刻蝕時間5～8min；
所述步驟（3）中磁控濺射鍍氮摻雜二氧化鈦薄膜中，本底真空≤6×10-4Pa；工作壓強(qiáng)4～8×10-1Pa；射頻濺射功率150～200W；靶材為TiO2陶瓷靶；濺射工藝氣體Ar流量20～30sccm；反應(yīng)氣體N2流量4～8sccm；膜層厚度400～600nm。
本發(fā)明開發(fā)了一種新的用于自清潔的氮摻雜二氧化鈦薄膜的制備方法，先采用反應(yīng)離子束技術(shù)，對玻璃基片表面進(jìn)行刻蝕處理，獲得微結(jié)構(gòu)的玻璃基片，然后在玻璃基片上以磁控濺射技術(shù)沉積氮摻雜二氧化鈦薄膜，從而得到具有更大比表面積、更廣光催化反應(yīng)波長范圍的薄膜，提高了光催化的效率。
以下通過示例說明本發(fā)明主旨的描述，以清楚本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明以反應(yīng)離子鍍刻蝕得到的微結(jié)構(gòu)為基底，通過磁控濺射法在其表面制備N摻雜TiO2薄膜。這種方法有利于克服薄膜比表面積小，光催化性能差的缺點(diǎn)。得到的N摻雜TiO2薄膜與基底連接性能好，光催化效果好，可利用的波長范圍廣。同時，微結(jié)構(gòu)具有抗反射性能，在使用時可以提高薄膜對太陽光的利用率，提高光催化性能。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
（1）玻璃基片表面的清洗：選用厚度為1.1mm的玻璃基片放入超聲波清洗機(jī)內(nèi)，先用丙酮超聲20min，再用酒精超聲20min，最后用去離子水超聲20min，用高壓N2吹干。
（2）將清洗好的玻璃基片放置于離子束設(shè)備中，刻蝕氣體為Ar和CHF3的混合氣體，其流量比為1：1.7，基本參數(shù)如下：
本底真空≤6×10-3Pa；
工作壓強(qiáng)：5×10-1Pa；
離子束流能量：400eV；
束流：70mA；
加速電壓：240V；
入射角：25°；
刻蝕時間：5min。
（3）取出玻璃基片，放入磁控濺射設(shè)備中沉積氮摻雜二氧化鈦薄膜，制備工藝參數(shù)如下：
靶材：TiO2陶瓷靶（純度：99.99%）
本底真空≤6×10-4 Pa；
工作壓強(qiáng)：5×10-1 Pa；
射頻濺射功率：150W；
濺射工藝氣體Ar流量： 30sccm；
反應(yīng)氣體N2流量：6sccm；
沉積厚度：400nm。
實(shí)施例二
（1）玻璃基片表面的清洗：選用厚度為0.7mm的玻璃基片放入超聲波清洗機(jī)內(nèi)，先用丙酮超聲20min，再用酒精超聲20min，最后用去離子水超聲20min，用高壓N2吹干。
（2）將清洗好的玻璃基片放置于離子束設(shè)備中，刻蝕氣體為Ar和CHF3的混合氣體，其流量比為1：2，基本參數(shù)如下：
本底真空≤6×10-3Pa；
工作壓強(qiáng)：6×10-1Pa；
離子束流能量：350eV；
束流：80mA；
加速電壓：260V；
入射角：35°；
刻蝕時間：6min。
（3）取出玻璃基片，放入磁控濺射設(shè)備中沉積氮摻雜二氧化鈦薄膜，制備工藝參數(shù)如下：
靶材：TiO2陶瓷靶（純度：99.99%）
本底真空≤6×10-4 Pa；
工作壓強(qiáng)：6×10-1 Pa；
濺射功率：175W；
濺射工藝氣體Ar流量： 25sccm；
反應(yīng)氣體N2流量：6sccm；
沉積厚度：500nm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢，
（1）由于對玻璃基底表面進(jìn)行了反應(yīng)離子束刻蝕，使玻璃基底表面產(chǎn)生了凹凸不平的微結(jié)構(gòu)，然后在玻璃基底表面鍍制氮摻雜二氧化鈦薄膜，薄膜的表面也存在凹凸不平的微結(jié)構(gòu)，這樣就增大薄膜的比表面積，大大提高了薄膜光催化的效率。
（2）玻璃基底表面存在凹凸不平的微結(jié)構(gòu)，增加了膜層與基底之間的附著力，增加了薄膜的使用壽命。
（3）凹凸不平的玻璃基底表面和薄膜表面存在抗反射作用，提高了太陽光的利用率，進(jìn)而提高了光催化效率。
（4）氮的摻雜，使薄膜光催化響應(yīng)區(qū)間得到了拓寬，使其在可見光范圍內(nèi)也能進(jìn)行光催化反應(yīng)，大大提高了光催化的效率。