本发明属于化工材料合成技术领域，涉及一种二氧化钛薄膜的制备方法。
背景技术：
近年来，具有光催化活性的半导体材料由于其在光催化、光电转换等领域有广阔的应用前景而成为研究的热点，包括二氧化钛、氧化锌，硫化镉以及氧化铁等，其中二氧化钛不仅化学性质稳定、成本低、无毒、易于成膜并与玻璃表面具有很好的附着性能，而且具有独特的禁带宽度、优异的光催化活性，可以将很难降解的有机物矿化为二氧化碳和水，从而使得二氧化钛成为应用前景最广、研究最热的光催化活性无机半导体材料。二氧化钛有3种晶型：金红石、锐钛矿和铁钛矿，其中金红石最稳定，而锐钛矿箱具有最高的光催化活性。
二氧化钛半导体材料表面引发的光催化反应，对于光化学反应过程的控制、自清洁领域及治理环境都具有深远的意义，粉状二氧化钛由于其易失活、易凝聚和难回收等致命缺点，严重限制了二氧化钛在各个领域的应用发展，为克服这一缺点，将其负载于合适的基板材料，即制备薄膜型二氧化钛材料已逐渐成为新的研究热点。
为提高二氧化钛薄膜材料某些方面的特殊性能，如减少薄膜反射、提高透过率、提高薄膜防雾性能、增大光利用率、比表面等，薄膜结构的设计及制备已成为研究二氧化钛薄膜的最新热点。通常采用模板法、刻蚀法、电化学法等来有效改造薄膜的表面结构，以达到提高薄膜性能的要求，但这些方法一方面比较复杂、耗时长、可重复性及均匀性比较差；另一方面，这些方法只适用于制备比较小面积的二氧化钛薄膜。不适合大面积批量二氧化钛薄膜的生产。因此，如何简单并有效的制备出具有特殊形貌的并可大面积生产的二氧化钛薄膜，成为本发明的主要出发点。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种二氧化钛薄膜的制备方法，解决了现有制备二氧化钛薄膜的方法步骤复杂且无法大规模生产的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种二氧化钛薄膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、二氧化钛前驱体的制备，具体步骤如下：
步骤1.1、用导管将四氧化钛慢慢滴加到蒸馏水中进行水解得到a，边搅拌边向a中缓慢加入草酸，待草酸溶解后，加热60℃～70℃，并保温沉淀15h～17h，生成草酸氧钛；
步骤1.2、将草酸氧钛装入瓷蒸发皿中，在马弗炉中灼烧，升温至600℃～850℃，恒温2h～5h时，取出冷却后，得到初二氧化钛前驱体；
步骤1.3、向上述得到的初二氧化钛前驱体中加入一定质量分数的聚乙烯吡咯烷酮，密封搅拌至溶解完全，静置陈化，得到二氧化钛前驱体；
步骤2、涂抹与后处理，具体过程如下：
将基片在超声作用下清洗后，将步骤1.3制备好的二氧化钛前驱体涂膜于清洗后的基片表面，将涂膜样品进行烘干、热处理后，冷却至室温即可。
本发明的特点还在于：
步骤1.1中的蒸馏水与四氧化钛的质量比为1：1～2。
步骤1.1中草酸与四氧化钛的质量比为0.1～0.2：1。
步骤1.3中聚乙烯吡咯烷酮的分子量为55000。
步骤1.3中的静置陈化的时间为5h～25h。
步骤2中的基片依次用丙酮、乙醇、去离子水在超声作用下清洗各10min。
步骤2中的烘干温度为80℃～100℃，烘干时间为15min～30min。
步骤2中将烘干后的样品于500℃～600℃下管式炉或马弗炉中进行热处理2h～3h。
步骤1.3中的聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为0.5％～2％。
本发明的有益效果是：
本发明一种二氧化钛薄膜的制备方法，首先通过二氧化钛前驱体的制备步骤得出纯度较高的初二氧化钛前驱体，采用聚乙烯吡咯烷酮作为致孔剂制备出有序多孔二氧化钛薄膜，极大的增加了比表面积，因而光催化更加有效。本发明通过调整前驱体液各物料的配比，得到了形成高透过率的二氧化钛薄膜的最佳配比和条件，尔后将制得的二氧化钛薄膜涂膜于清洗后的基片上烘干并进行热处理，最后冷却至室温，本发明的制备方法成本较低，工艺环保，可大规模化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种二氧化钛薄膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、二氧化钛前驱体的制备，具体步骤如下：
步骤1.1、用导管将四氧化钛慢慢滴加到蒸馏水中进行水解得到a，边搅拌边向a中缓慢加入草酸，待草酸溶解后，加热60℃～70℃，并保温沉淀15h～17h，生成草酸氧钛；
蒸馏水与四氧化钛的质量比为1：1～2；草酸与四氧化钛的质量比为0.1～0.2：1。
步骤1.2、将草酸氧钛装入瓷蒸发皿中，在马弗炉中灼烧，升温至600℃～850℃，恒温2h～5h时，取出冷却后，得到初二氧化钛前驱体；
步骤1.3、向上述得到的初二氧化钛前驱体中加入质量分数为0.5％～2％的聚乙烯吡咯烷酮，密封搅拌至溶解完全，静置陈化5h～25h，得到二氧化钛前驱体；
其中，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为55000。
步骤2、涂抹与后处理，具体过程如下：
将基片依次用丙酮、乙醇、去离子水在超声作用下清洗各10min后，将步骤1.3制备好的二氧化钛前驱体涂膜于清洗后的基片表面，将涂膜样品在80℃～100℃下烘干15min～30min，将烘干后的样品于500℃～600℃下管式炉或马弗炉中进行热处理2h～3h，冷却至室温即可。
实施例1
步骤1、二氧化钛前驱体的制备，具体步骤如下：
步骤1.1、用导管将四氧化钛慢慢滴加到蒸馏水中进行水解得到a，边搅拌边向a中缓慢加入草酸，待草酸溶解后，加热60℃，并保温沉淀15h，生成草酸氧钛；
蒸馏水与四氧化钛的质量比为1：1；草酸与四氧化钛的质量比为0.1：1。
步骤1.2、将草酸氧钛装入瓷蒸发皿中，在马弗炉中灼烧，升温至600℃，恒温2h时，取出冷却后，得到初二氧化钛前驱体；
步骤1.3、向上述得到的初二氧化钛前驱体中加入0.5％的聚乙烯吡咯烷酮，密封搅拌至溶解完全，静置陈化5h，得到二氧化钛前驱体；
其中，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为55000。
步骤2、涂抹与后处理，具体过程如下：
将基片依次用丙酮、乙醇、去离子水在超声作用下清洗各10min后，将步骤1.3制备好的二氧化钛前驱体涂膜于清洗后的基片表面，将涂膜样品在80℃下烘干15min，将烘干后的样品于500℃下管式炉或马弗炉中进行热处理2h，冷却至室温即可。
实施例1制得的二氧化钛薄膜孔径平均尺寸约为70nm，且在紫外-可见光区域的透过率提高了15％。
实施例2
步骤1、二氧化钛前驱体的制备，具体步骤如下：
步骤1.1、用导管将四氧化钛慢慢滴加到蒸馏水中进行水解得到a，边搅拌边向a中缓慢加入草酸，待草酸溶解后，加热65℃，并保温沉淀16h，生成草酸氧钛；
蒸馏水与四氧化钛的质量比为1：1.5；草酸与四氧化钛的质量比为0.2：1。
步骤1.2、将草酸氧钛装入瓷蒸发皿中，在马弗炉中灼烧，升温至700℃，恒温3h时，取出冷却后，得到初二氧化钛前驱体；
步骤1.3、向上述得到的初二氧化钛前驱体中加入质量分数为1.0％的聚乙烯吡咯烷酮，密封搅拌至溶解完全，静置陈化10h，得到二氧化钛前驱体；
其中，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为55000。
步骤2、涂抹与后处理，具体过程如下：
将基片依次用丙酮、乙醇、去离子水在超声作用下清洗各10min后，将步骤1.3制备好的二氧化钛前驱体涂膜于清洗后的基片表面，将涂膜样品在90℃下烘干20min，将烘干后的样品于550℃下管式炉或马弗炉中进行热处理2.5h，冷却至室温即可。
实施例2制得的二氧化钛薄膜孔径平均尺寸约为100nm，且在紫外-可见光区域的透过率提高了20％。
实施例3
步骤1、二氧化钛前驱体的制备，具体步骤如下：
步骤1.1、用导管将四氧化钛慢慢滴加到蒸馏水中进行水解得到a，边搅拌边向a中缓慢加入草酸，待草酸溶解后，加热68℃，并保温沉淀17h，生成草酸氧钛；
蒸馏水与四氧化钛的质量比为1：2；草酸与四氧化钛的质量比为0.2：1。
步骤1.2、将草酸氧钛装入瓷蒸发皿中，在马弗炉中灼烧，升温至800℃，恒温4h时，取出冷却后，得到初二氧化钛前驱体；
步骤1.3、向上述得到的初二氧化钛前驱体中加入质量分数为1.5％的聚乙烯吡咯烷酮，密封搅拌至溶解完全，静置陈化15h，得到二氧化钛前驱体；
其中，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为55000。
步骤2、涂抹与后处理，具体过程如下：
将基片依次用丙酮、乙醇、去离子水在超声作用下清洗各10min后，将步骤1.3制备好的二氧化钛前驱体涂膜于清洗后的基片表面，将涂膜样品在95℃下烘干25min，将烘干后的样品于600℃下管式炉或马弗炉中进行热处理3h，冷却至室温即可。
实施例3制得的二氧化钛薄膜孔径平均尺寸约为125nm，且在紫外-可见光区域的透过率提高了30％。
实施例4
步骤1、二氧化钛前驱体的制备，具体步骤如下：
步骤1.1、用导管将四氧化钛慢慢滴加到蒸馏水中进行水解得到a，边搅拌边向a中缓慢加入草酸，待草酸溶解后，加热70℃，并保温沉淀17h，生成草酸氧钛；
蒸馏水与四氧化钛的质量比为1：2；草酸与四氧化钛的质量比为0.2：1。
步骤1.2、将草酸氧钛装入瓷蒸发皿中，在马弗炉中灼烧，升温至800℃，恒温5h时，取出冷却后，得到初二氧化钛前驱体；
步骤1.3、向上述得到的初二氧化钛前驱体中加入质量分数为2％的聚乙烯吡咯烷酮，密封搅拌至溶解完全，静置陈化20h，得到二氧化钛前驱体；
其中，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为55000。
步骤2、涂抹与后处理，具体过程如下：
将基片依次用丙酮、乙醇、去离子水在超声作用下清洗各10min后，将步骤1.3制备好的二氧化钛前驱体涂膜于清洗后的基片表面，将涂膜样品在97℃下烘干27min，将烘干后的样品于570℃下管式炉或马弗炉中进行热处理2.5h，冷却至室温即可。
实施例4制得的二氧化钛薄膜孔径平均尺寸约为150nm，且在紫外-可见光区域的透过率提高了35％。
实施例5
步骤1、二氧化钛前驱体的制备，具体步骤如下：
步骤1.1、用导管将四氧化钛慢慢滴加到蒸馏水中进行水解得到a，边搅拌边向a中缓慢加入草酸，待草酸溶解后，加热70℃，并保温沉淀17h，生成草酸氧钛；
蒸馏水与四氧化钛的质量比为1：2；草酸与四氧化钛的质量比为0.2：1。
步骤1.2、将草酸氧钛装入瓷蒸发皿中，在马弗炉中灼烧，升温至850℃，恒温5h时，取出冷却后，得到初二氧化钛前驱体；
步骤1.3、向上述得到的初二氧化钛前驱体中加入质量分数为2％的聚乙烯吡咯烷酮，密封搅拌至溶解完全，静置陈化25h，得到二氧化钛前驱体；
其中，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为55000。
步骤2、涂抹与后处理，具体过程如下：
将基片依次用丙酮、乙醇、去离子水在超声作用下清洗各10min后，将步骤1.3制备好的二氧化钛前驱体涂膜于清洗后的基片表面，将涂膜样品在100℃下烘干30min，将烘干后的样品于600℃下管式炉或马弗炉中进行热处理3h，冷却至室温即可。
实施例5制得的二氧化钛薄膜孔径平均尺寸约为170nm，且在紫外-可见光区域的透过率提高了45％。