专利名称：一种抗雾自清洁玻璃的制备方法
技术领域：
本发明属于半导体薄膜领域，具体涉及到一种抗雾自清洁玻璃的制备方法。
背景技术：
1997年二氧化钛薄膜光致超亲水性被发现以来，二氧化钛薄膜用于抗雾和自清洁材料的设计就一直是材料研究的热点。抗雾和自清洁玻璃在汽车业和建筑外墙装饰业有着巨大的需求市场。具有超亲水性的二氧化钛薄膜玻璃不但能保持外表始终整洁如新，还具有净化空气、杀菌、除臭、防污等环保功能，具有很强的研究、开发和应用价值。现有的二氧化钛薄膜的制备方法很多，主要有电子束沉积(EBD)，离子束辅助沉积(LAD)，离子束溅射沉积(IBSD)，活化反应蒸发(ARE)，离子镀(IP)，射频溅射(RFS)，还有溶胶-凝胶法。但这些制备二氧化钛薄膜的方法最大的缺陷就是膜和衬底的附着力不是特别稳固。离子注入是指将气体或金属蒸气通入电离室后形成正离子，将正离子从电离室引出进入高压电场中加速，使其得到很高速度而打入固体中的物理过程。离子注入技术的特点有以下几个方面:注入元素可以任意选取，几乎可以注入所有元素；注入时不受温度的限制；注入原子不受被注入样品固溶度的限制，不受扩散系数和化合结合力的影响，特别适合在样品表面附近形成过饱和固溶体；通过控制注入的能量和剂量，可精确控制掺杂浓度和深度；离子注入的纯度高，横向扩散可忽略，深度均匀；直接离子注入不改变工件的尺寸，特别适合于精密机械零件的表面处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种二氧化钛薄膜与衬底附着力强的抗雾自清洁玻璃的制备方法。本发明采用将钛离子注入玻璃并进行后期热处理的方法在材料表面形成TiO2薄膜，所包括的具体制备步骤如下:
1)以光学玻璃为衬底，将能量为10 100kV的Ti+注入到衬底中，在衬底中形成Ti纳米颗粒，Ti离子的注入剂量不小于IXlO17 ions/cm2 ；
2)将注入Ti+后的光学玻璃升温至400 500°C，并在氧气气氛中保温退火，退火的时间为2小时，退火完后进行自然降温。退火是为了使衬底中的Ti原子逐渐充分扩散到衬底的表面并在其表面氧化形成TiO2薄膜。用于注入Ti+的注入机可选用已用于工业生产的金属蒸发多弧离子(MEVVA)源注入机。 本发明方法克服现有技术中二氧化钛薄膜与衬底附着力不理想的不足，所制备的自清洁玻璃中，可获得接触角小于4°的超亲水二氧化钛薄膜，该薄膜与衬底有很好附着力，并且具有良好的自清洁、透光率等性能。本发明方法采用离子注入结合热退火处理的方法制备自清洁玻璃，具有以下几种优势和有益效果:
第一，用于注入Ti+的注入机可选用已用于工业生产的金属蒸发多弧离子(MEVVA)源注入机。(MEVVA)源注入机的特点是束斑大并且均匀，束流较强(达mA级)，可在短时间内进行高剂量的离子注入，因而大大降低了注入成本。第二，对退火炉的设备要求简单，普通的退火炉就可以。第三，整个薄膜制备的过程简单，仅仅需要离子注入和热退火处理两个过程就可以。第四，制备的二氧化钛薄膜质量好，膜均匀并且与衬底的附着力极强，不会脱落。
图1是能量为20 KV, Ti离子注入剂量为2 X IO17 ions/cm2，在氧气环境下的退火炉中500°C退火2小时所得样品的扫描电镜(SEM)图像。图2实施例1样品的接触角测量实时照片。图3是能量为20 KV, Ti离子注入剂量为2 X IO17 ions/cm2,在氧气环境下的退火炉中500°C退火8小时所得样品的扫描电镜(SEM)图像。
具体实施例方式下面结合实施实例对本发明作进一步的说明。实施例1用成都同创材料表面新技术工程中心生产的MEVVA源复合离子注入机将Ti注入到光学玻璃中，离子注入的能量为20 KV，其中剂量为2 X IO17 ions/cm2，然后将光学玻璃样品在常规管式退火炉中氧气气流下退火，退火的温度为500°C，并保持2小时，之后自然降温。其中离子注入的整个过程中样品台在同一平面上自转来保持注入的均匀性，同时采用循环冷却系统使样品保持在较低的室温，以避免注入过程中产生过高的热效应。对本实施例制备的样品进行分析，图1是用本实例制备的二氧化钛薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图片，从图中可看出玻璃表面形成了短棒状颗粒组成的薄膜。图2是用本实例制备的二氧化钛薄膜的接触角测量实时照片(a)滴之前，(b)滴下数秒后稳定，接触角为 3.3。。实施例2用MEVVA源复合离子注入机将Ti注入到光学玻璃中，离子注入的能量为20 KV，其中剂量为2X1017 ions/cm2，然后将光学玻璃样品在常规管式退火炉中氧气气流下退火，退火的温度为500°C，并保持8小时，之后自然降温。对本实施例制 备的样品进行分析，图3是用本实例制备的二氧化钛薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图片，从图中可看出玻璃表面形成了更为致密的小颗粒组成的薄膜。接触角测试显示接触角增大为40°，薄膜失去亲水性。
权利要求
1.一种抗雾自清洁玻璃的制备方法，其特征在于，包括步骤如下: 1)以光学玻璃为衬底，将能量为10 100kV的Ti+注入到衬底中，在衬底中形成Ti纳米颗粒，Ti离子的注入剂量不小于IXlO17 ions/cm2 ； 2)将注入Ti+后的光学玻璃升温至400 500°C，并在氧气气氛中保温退火，退火的时间在2小时，退火完后进行自然降温。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:用于注入Ti+的注入机选用金属蒸发多弧离子源注 入机。
全文摘要
本发明公开了一种在普通光学玻璃上制备超亲水抗雾二氧化钛薄膜的方法。利用离子注入技术，将能量为10～100KV钛离子注入到普通光学玻璃材料中，通过调控注入离子剂量和适合的退火温度来制备二氧化钛薄膜。注入的剂量不小于1×1017ions/cm2，退火温度为400～500℃。制备的二氧化钛薄膜有良好的致密性且与衬底附着力强，薄膜厚度可控，同时薄膜具有超亲水性，不起雾的优异性能。该方法制备的二氧化钛薄膜玻璃可用作抗雾自清洁材料。
文档编号C03C17/06GK103074590SQ201310063069
公开日2013年5月1日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者任峰, 蔡光旭, 刘艺超, 吴伟, 肖湘衡, 蒋昌忠 申请人:武汉大学