專利名稱：含有稀土和二氧化硅的二氧化鈦納米薄膜及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦納米薄膜及其制法，特別涉及一種在二氧化鈦納米薄膜摻雜的納米薄膜及其制法。
但TiO2薄膜表面在暗處或沒有紫外線照射時(shí)很快失去光催化活性和親水性，表現(xiàn)為親水角很快變大，需要不斷的紫外線或陽光照射，這給實(shí)際應(yīng)用帶來可困難。為此人們對TiO2薄膜進(jìn)行摻雜處理以提高薄膜的超親水效果，如TiO2與SiO2復(fù)合薄膜可有效提高TiO2薄膜親水持續(xù)時(shí)間。
TiO2薄膜本身具有光催化活性和親水性兩種功能，這兩種功能同時(shí)發(fā)生，二者互相影響。表面親水性具有透明防霧、自清潔的效果，光催化可降解灰塵等有機(jī)污物，有利于維持表面的自清潔效果。SiO2添加10～20％左右時(shí)薄膜具有最高的光催化活性，但SiO2添加40％～50％時(shí)親水持續(xù)效應(yīng)才明顯增加，SiO2含量很高時(shí)薄膜的親水持續(xù)效應(yīng)是由于SiO2本身為蓄水材料所致。SiO2為絕緣體，本身不具有光催化活性，因此SiO2增加減少了TiO2的有效面積，此時(shí)親水持續(xù)效應(yīng)增加，但光催化活性降低，不利于表面自清潔效應(yīng)的維持和透明性。
本發(fā)明的薄膜的組分和摩爾百分比含量包括TiO280～89.97％SiO210～19.97％稀土氧化物 0.03～0.06％所說的稀土元素包括鈰或鑭。
優(yōu)選的摩爾百分比含量包括TiO280～84.97％SiO215～19.97％稀土氧化物 0.03～0.04％。
本發(fā)明提供的TiO2/SiO2/稀土復(fù)合薄膜，使光催化活性和超親水性同步增加，并且超親水性在暗中可維持較長時(shí)間。
本發(fā)明的薄膜的制備方法包括如下步驟按照前述比例，將C2～C4的鈦酸脂、C1～C2的硅酸脂、稀土鹽、溶劑和酸性物質(zhì)構(gòu)成的溶膠涂布于硬質(zhì)物體，如玻璃表面或釉面磚表面，在600℃～1000℃進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為0.5～3小時(shí)，即制得本發(fā)明的薄膜。
按照本發(fā)明，在燒結(jié)前最好先進(jìn)行250℃烘干，烘干溫度為200～350℃。
酸性物質(zhì)用于水解催化劑，其加入量以使溶膠的pH值為2～4為適宜；優(yōu)選的鈦酸脂為鈦酸丁脂；優(yōu)選的硅酸脂為硅酸甲脂；優(yōu)選的稀土鹽為為鈰鹽或鑭鹽，如硝酸亞鈰或硝酸鑭；所說的溶劑包括乙醇；按以上步驟——涂膜—烘干—熱處理重復(fù)操作可得到不同層數(shù)及厚度的薄膜。
按以上步驟——涂膜—烘干—600℃加熱重復(fù)操作得到2層薄膜。
所獲得的TiO2/SiO2/稀土復(fù)合薄膜，使光催化活性和超親水性同步增加，并且超親水性在暗中可維持較長時(shí)間。
親水性實(shí)驗(yàn)采用由水滴直徑測量計(jì)算接觸角的方法進(jìn)行。利用微量進(jìn)樣器在薄膜表面上滴1μL的水滴，在讀數(shù)顯微鏡下測量水滴的直徑。假使水滴在表面呈球冠形，通過球冠體積公式可以算出水滴與薄膜表面的接觸角。
表1薄膜表面親水性薄膜種類 TiO2TiO2/SiO2TiO2/SiO2/Ce2O3TiO2/SiO2/La2O3水滴接觸角/(°) 16 9 3 3紫外光照射30min水滴接觸角/(°) 10 8 3 3紫外光照射60 min后水滴接觸角/(°) 30 15 6 8暗中存放24h后實(shí)施例3～4采用實(shí)施例相同的方法和條件，以鈦酸乙酯取代鈦酸四丁酯、以正硅酸甲脂取代正硅酸乙酯，所獲得的TiO2/SiO2/稀土復(fù)合薄膜，使光催化活性和超親水性同步增加，并且超親水性在暗中可維持較長時(shí)間。
表2薄膜表面親水性薄膜種類 TiO2TiO2/SiO2TiO2/SiO2/Ce2O3TiO2/SiO2/La2O3水滴接觸角/(°)18 11 5 5紫外光照射30min后水滴接觸角/(°)10 7 3 3紫外光照射60min后水滴接觸角/(°)38 16 8 8暗中存放24h后
權(quán)利要求
1.含有稀土和二氧化硅的二氧化鈦納米薄膜，其特征在于，組分和摩爾百分比含量包括TiO280～89.97％SiO210～19.97％稀土氧化物 0.03～0.06％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，摩爾百分比含量包括TiO280～84.97％SiO215～19.97％稀土氧化物 0.03～0.04％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的薄膜，其特征在于，所說的稀土元素包括鈰或鑭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟按比例將C2～C4的鈦酸脂、C1～C2的硅酸脂、稀土鹽、溶劑和酸性物質(zhì)構(gòu)成的溶膠涂布于硬質(zhì)物體表面進(jìn)行燒結(jié)，即制得本發(fā)明的薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，燒結(jié)溫度為600℃～1000℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，燒結(jié)時(shí)間為0.5～3小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在燒結(jié)前先進(jìn)行烘干。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，酸性物質(zhì)加入量以使溶膠的pH值為2～4。
9.根據(jù)權(quán)利要求4～8所述的方法，其特征在于，鈦酸脂為鈦酸丁脂；硅酸脂為硅酸甲脂；稀土鹽為鈰鹽或鑭鹽；溶劑包括乙醇。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，稀土鹽為硝酸亞鈰或硝酸鑭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有稀土和二氧化硅的二氧化鈦納米薄膜及其制法。摻雜稀土可改變納米半導(dǎo)體的物理性質(zhì)從而可大幅度提高其光催化活性和親水性。添加微量稀土元素就可提高TiO
文檔編號C04B35/46GK1424282SQ0311475
公開日2003年6月18日 申請日期2003年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月6日
發(fā)明者關(guān)凱書, 王志文, 徐宏 申請人:華東理工大學(xué)