表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜調(diào)控Ti-O薄膜表面能級能態(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體薄膜表面物理化學(xué)改性的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜調(diào)控T1-O薄膜表面能級能態(tài)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]T1-O薄膜作為一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，有著獨(dú)特的電化學(xué)性能、光電性能以及良好的生物相容性。因此，將T1-O薄膜沉積在硅片和金屬材料表面，對其進(jìn)行表面改性，能夠獲得良好性能的電化學(xué)材料、光電材料及生物醫(yī)學(xué)材料。
[0003]但通過薄膜沉積方法如非平衡磁控濺射法等沉積T1-O薄膜，T1-O薄膜內(nèi)部有序晶格在其表面的突然中斷而存在懸掛鍵，使T1-O薄膜不可避免地出現(xiàn)了表面態(tài)、局域態(tài)和雜質(zhì)能級，對薄膜的電化學(xué)性能、光電性能和生物相容性有一定影響:在光電催化方面，由于雜質(zhì)能級的存在，它不能有效地提高光電轉(zhuǎn)換效率；在電化學(xué)與生物相容性方面，由于缺陷態(tài)在材料表面的分布，導(dǎo)致其載流子濃度低，電化學(xué)性能差，材料應(yīng)用于人體時(shí)會引發(fā)凝血等一些不良反應(yīng)，導(dǎo)致其生物相容性有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜調(diào)控T1-O薄膜表面能級能態(tài)的方法。該方法得到的T1-O薄膜具有優(yōu)良的光電特性和生物相容性。且其制備過程簡單，條件溫和，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是:一種表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜調(diào)控T1-O薄膜表面能級能態(tài)的方法，其步驟是:
[0006]A、利用非平衡磁控濺射系統(tǒng)在拋光的純鈦表面沉積T1-O薄膜，得到純鈦表面上沉積有T1-O薄膜的材料；
[0007]B、將A步的材料放入濃度為0.04?0.06mol/L的Na2CO3溶液中浸泡30?60min，取出，70?110°C真空干燥；
[0008]C、將100份質(zhì)量的多巴胺與I份質(zhì)量的聚合引發(fā)劑在無氧環(huán)境下溶解于PH =8.0?9.0的三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液中，使多巴胺的濃度為0.20?0.26mol/L ；
[0009]D、將B步得到的材料放入C步的溶液中6?12h，并同時(shí)緩慢通入氧氣，多巴胺聚合成聚多巴胺并沉積在T1-O薄膜的表面，取出、晾干，紫外光照30?60min ;
[0010]E、將D步得到的材料，置于pH = 9?12的堿性溶液中24?48h，超聲清洗3?4次，即得。
[0011]本發(fā)明的機(jī)理是:
[0012]B步通過將表面沉積有T1-O薄膜的純鈦放入Na2CO3溶液中浸泡，一方面可以延長電子的壽命；另一方面可以有效地抑制電子-空穴對復(fù)合，使T1-O薄膜的光電性能和生物相容性提尚。
[0013]C步在無氧環(huán)境下，將多巴胺和聚合引發(fā)劑溶解于三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液中，使多巴胺和聚合引發(fā)劑分散均勻；
[0014]D步將沉積有T1-O薄膜的純鈦放入溶解有多巴胺和聚合引發(fā)劑的三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液中。由于多巴胺為左旋多巴和胺基基團(tuán)構(gòu)成的具有優(yōu)良粘附性能的仿生小分子，能夠較好地粘附于T1-O薄膜上；同時(shí)通入氧氣，多巴胺表面的鄰苯二酚基團(tuán)和亞胺基團(tuán)在聚合引發(fā)劑的促進(jìn)下會發(fā)生脫水縮合、分子環(huán)化和分子間，使多巴胺交聯(lián)而形成聚多巴胺。從而使得聚多巴胺穩(wěn)定、均勻地接枝在T1-O薄膜表面。同時(shí)由于聚多巴胺具有良好的光生電荷性能，具有很強(qiáng)的紫外吸收能力和抗氧化性能，在紫外光照下它能夠作為電子供體向磁控濺射得到的T1-O薄膜注入電子，淬滅T1-O薄膜表面的表面態(tài)、局域態(tài)和雜質(zhì)能級，使其表面能級能態(tài)得到調(diào)控，光電性能得到提高，親水性等生物相容性能得到改善。
[0015]E步又將接枝有聚多巴胺的T1-O薄膜置于堿性溶液中。聚多巴胺為兩性電解質(zhì)聚合物。在堿性環(huán)境下，它的亞胺基團(tuán)和和鄰苯二酚基團(tuán)會同時(shí)帶上負(fù)電荷，產(chǎn)生較強(qiáng)的靜電排斥，使聚多巴胺從T1-O薄膜表面分離。從而實(shí)現(xiàn)了在不改變T1-O薄膜表面的成分和結(jié)構(gòu)的前提下，調(diào)控其表面的能級能態(tài)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0017]一、本發(fā)明的電子供體(聚多巴胺)在提供電子對T1-O薄膜進(jìn)行能級能態(tài)調(diào)控后，電子供體又在堿性環(huán)境下被去除，從而在不改變薄膜表面的成分和結(jié)構(gòu)的前提下，有效地改善了 T1-O薄膜光電性能、電化學(xué)性能和親水性等生物相容性。
[0018]二、本發(fā)明的能級能態(tài)調(diào)控操作均是在常溫液態(tài)下進(jìn)行，其調(diào)控條件溫和、操作方便、制備成本低、適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0019]進(jìn)一步，本發(fā)明中所述A步中非平衡磁控濺射系統(tǒng)在拋光的純鈦表面沉積T1-O薄膜的沉積參數(shù)為:直流電流2.5?3.0A、沉積時(shí)間8?lOmin、基體偏壓-140?-160V、靶基距 75 ?80mm、Ar/O 比為 60/13 ?60/15。
[0020]這樣的磁控濺射條件得到的T1-O薄膜，與基底材料的結(jié)合力強(qiáng)，不容易脫落。
[0021]進(jìn)一步，本發(fā)明中所述C步中的聚合引發(fā)劑是(順4)2&08或!1 202。
[0022]這兩種聚合引發(fā)劑對多巴胺聚合成聚多巴胺具有很好的引發(fā)作用，且成本較低。
[0023]進(jìn)一步，本發(fā)明中所述E步中的堿性溶液是NaOH溶液、KOH溶液或Ba (OH) 2溶液。
[0024]這幾種堿性溶液，能夠使接枝的聚多巴胺更好的從T1-O薄膜上剝離下來。
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中D步和E步得到的材料的表面紅外圖譜。
[0027]圖中:標(biāo)記LESCTD T1-O(PAD)的曲線為實(shí)施例1中D步得到的材料的紅外圖譜；標(biāo)記LESCTD T1-O為實(shí)施例1中E步得到的材料的紅外圖譜。
[0028]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中A步和E步得到的材料和對比例I中E步得到的材料的水接觸角及表面能圖。
[0029]圖中:標(biāo)記T1-O的照片和直方圖為實(shí)施例1中A步得到的材料的水接觸角及表面能圖；標(biāo)記LESCTD T1-O的照片和直方圖為實(shí)施例1中E步得到的材料的水接觸角及表面能圖；標(biāo)記SCTD T1-O的照片和直方圖為對比例I中E步得到的材料的水接觸角及表面能圖。
[0030]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中A步和E步得到的材料和對比例I中E步得到的材料的表面能級能態(tài)的阻抗圖。
[0031]圖中:標(biāo)記T1-O的曲線為實(shí)施例1中A步得到的材料的表面能級能態(tài)的阻抗圖；標(biāo)記LESCTD T1-O的曲線為實(shí)施例1中E步得到的材料的表面能級能態(tài)的阻抗圖；標(biāo)記SCTD T1-O的曲線為對比例I中E步得到的材料的表面能級能態(tài)的阻抗圖。
[0032]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中A步和E步得到的材料和對比例I中E步得到的材料的表面能級能態(tài)的莫特-肖特基圖。
[0033]圖中:標(biāo)記T1-O的曲線為實(shí)施例1中A步得到的材料的表面能級能態(tài)的莫特-肖特基圖；標(biāo)記LESCTD T1-O的曲線為實(shí)施例1中E步得到的材料的表面能級能態(tài)的莫特-肖特基圖；標(biāo)記SCTD T1-O的曲線為對比例I中E步得到的材料的表面能級能態(tài)的莫特-肖特基圖。
[0034]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1中A步和E步得到的材料和對比例I中E步得到的材料的表面能級能態(tài)的光致發(fā)光譜圖。
[0035]圖中:標(biāo)記T1-O的曲線為實(shí)施例1中A步得到的材料的表面能級能態(tài)的光致發(fā)光譜圖；標(biāo)記LESCTD T1-O的曲線為實(shí)施例1中E步得到的材料的表面能級能態(tài)的光致發(fā)光譜圖；標(biāo)記SCTD T1-O的曲線為對比例I中E步得到的材料的表面能級能態(tài)的光致發(fā)光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]實(shí)施例1
[0037]一種表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜調(diào)控T1-O薄膜表面能級能態(tài)的方法，其步驟是:
[0038]A、利用非平衡磁控濺射系統(tǒng)在拋光的純鈦表面沉積T1-O薄膜，沉積參數(shù)為:直流電流3A、沉積時(shí)間lOmin、基體偏壓_150v、靶基距80mm、Ar/O比為60/13 ;得到純鈦表面上沉積有T1-O薄膜的材料；
[0039]B、將A步的材料放入濃度為0.05mol/L的似20)3溶液中浸泡30min，取出，100°C
真空干燥；
[0040]C、將100份質(zhì)量的多巴胺與I份質(zhì)量的(NH4)2S2O8在無氧環(huán)境下溶解于pH = 8.5的三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液中，使多巴胺的濃度為0.26mol/L ;
[0041 ] D、將B步得到的材料放入C步的溶液中6h，并同時(shí)緩慢通入氧氣，多巴胺聚合成聚多巴胺并沉積在T1-O薄膜的表面，取出、晾干，紫外光照30min ;
[0042]E、將D步得到的材料，置于pH = 9的NaOH溶液中24h，超聲清洗3次，即得。
[0043]圖1是上述實(shí)施例中D步和E步得到的材料的表面紅外圖譜。由圖中可以看出，接枝上聚多巴胺之后，在波數(shù)分別為160101^150901^1280(^1