一种TiO₂/WO₃复合薄膜的制备方法及所得薄膜的应用的制作方法

专利名称：一种TiO₂/WO₃复合薄膜的制备方法及所得薄膜的应用的制作方法
技术领域：
本发明属于光电材料新能源领域，特别涉及Ti02/W03复合薄膜的制备方法。
背景技术：
近些年来，随着能源枯竭、环境污染等问题的日益严峻，寻求合适的材料来解决当前能源和环境问题引起人们的极大关注。在众多金属氧化物半导体材料中，T^2以其无毒、 吸附性强、稳定性好、活性高等特点得到了广泛的关注和研究，尤其在光催化以及太阳能的存储与利用方面有着广阔的应用前景。然而，由于T^2为宽禁带半导体，对太阳光的利用仅局限于紫外部分，并且光生电子-空穴对的复合几率很高，导致了其应用效率的降低。因此，为了提高其电荷分离效率，减小电子空穴复合几率，通常采用阴离子掺杂或者采用复合薄膜的形式来实现。由于WO3金属氧化物半导体与TiA在电学、光学与电化学等方面具有很好的相似性和互补性，因此在实际应用中通常采用WO3作为耦合半导体材料。到目前为止，对于TiO2/ WO3复合薄膜的制备多采用溶胶-凝胶法，虽然此方法比较简单，但由于在干燥处理过程中薄膜容易开裂，并且膜层与基底的附着力较差，很难形成大面积质量完好的薄膜，从而限制了复合薄膜的实际应用。

发明内容
本发明的目的在于提供一种Ti02/W03复合薄膜的制备方法，以克服溶胶-凝胶法制备的薄膜易开裂、与基底附着力差等缺点。本发明采用的技术方案如下
一种Ti02/W03复合薄膜的制备方法，首先使用双极脉冲磁控溅射在基底上溅射TiA薄膜，然后在溅射好的TiA薄膜上二次沉积WO3薄膜，将获得的复合薄膜进行退火处理即得 Ti02/W03复合薄膜。在基底上溅射TiA薄膜时，条件如下本底真空3-4X 10_3 Pa，通入氩气与氧气的体积比例为2:1，工作气压0. 5-0. 8Pa，溅射功率为60 W，基底温度200-300°C，溅射时间为 50-70min 优选 Ih。采用纯度为99. 99%的金属钛靶，在溅射腔内通入一定比例的氧气，可以同步溅射金属钛及氧化，生成TW2薄膜；以上所用氩气与氧气纯度皆不小于99. 999%。在溅射好的TiA薄膜上二次沉积WO3薄膜的条件为以制得的TiA薄膜为基底， 本底真空3-4X 10_3 Pa，在溅射腔内通入体积比例为3:4的氩气与氧气，工作气压0. 5-0. 8 Pa，溅射功率为35 W，基底温度200-300°C，溅射时间为15s-lmin。采用纯度为99. 99%的金属钨靶，并在溅射腔内通入一定比例的氧气，同步溅射金属钨及氧化，生成Ti02/W03复合薄膜；所用氩气与氧气纯度皆不小于99. 999%。双层复合薄膜粒径约100纳米。复合薄膜退火的条件为，于400-500°C退火1. 5小时。复合薄膜的退火处理可在中温箱式炉中进行。升温速度为3°C/min。溅射的基底可选择FT0、普通玻璃或硅片，为了便于检测，优选采用FTO基底。本发明采用双极脉冲磁控溅射法，首先在掺氟二氧化锡导电玻璃(FTO)基底上，采用金属钛靶，并在溅射腔内通入一定比例的氧气，同步溅射金属钛及氧化，生成一定厚度的TW2簿膜；然后在TiA薄膜上，采用金属钨靶，并在溅射腔内通入一定比例的氧气， 同步溅射金属钨及氧化，二次沉积三氧化钨(WO3 )薄膜，通过实验条件控制WO3薄膜的厚度，得到Ti02/W03复合薄膜，该复合薄膜在一定条件下进行退火处理。得到的复合薄膜具有高效光电荷分离能力。原理如下1102在光照下，产生光生电子与空穴，在表面与污染物发生氧化还原反应。对于Ti02/W03复合薄膜，在光照下，光生电子与空穴明显强于TiO2薄膜，加速了氧化还原反应，使薄膜的催化性能增强。因此本制备方法获得的Ti02/W03复合薄膜可在光催化中进行应用。另外本申请方法获得的复合薄膜超声后用刮刀进行剥离，事实证明，薄膜很难从基底上完全剥离，可见薄膜与基底的附着力大大增强。本发明相对于现有技术，有以下优点
本发明获得的薄膜与基底的附着力大大增强；采用双极脉冲磁控溅射法，制备灵活、可控性好，有望在工业中形成规模化生产。


图1为实施例1中的TiA薄膜的原子力(AFM )形貌图； 图2为实施例1中的Ti02/W03复合薄膜的原子力(AFM)形貌图3为实施例1中产物Ti02/W03复合薄膜的瞬态光电压图谱(TPV )； 图4为实施例1中产物Ti02/W03复合薄膜的稳态光电压图谱(SPS )。
具体实施例方式以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此
实施例1
(1)把纯度为99. 99%的钛靶与清洗好的两片FTO放入溅射室后，首先使用机械泵与分子泵把溅射腔室的真空度抽到3.0X 10_3 Pa，然后按照比例为2:1 (标况下的体积比，下同) 充入氩气与氧气(两者纯度彡99. 999%)，使真空度达到8 X KT1 Pa,加热基底，使基底温度为200°C，调节电流为0. 3A、电压为200V，溅射时间1小时，得到TW2薄膜。(2)溅射室通入空气，取出钛靶，换上纯度为99. 99%的钨靶，取出一片溅射好的样品，再放入一片清洗好的FTO导电玻璃，真空度抽到3. OX 10_3 1 后充入比例为3:4的氩气与氧气，使真空度达到8ΧΚΓ1 Pa,加热基底，使温度为200°C，调节电流为0. 1A，电压为 350 V，溅射时间1分钟，即得到Ti02/W03复合薄膜与WO3薄膜。(3)将步骤(1 )、( 2 )所得到的薄膜放入中温箱式炉中，在空气气氛下400°C退火1. 5小时，升温速度为3 V /min,即得到Ti02、Ti02/W03薄膜，表征见附图1_4。从图3中可以看出，复合薄膜光压信号极性发生了翻转，并且强度明显增强，说明TiO2薄膜与WO3薄膜界面处起到了重要作用，使电荷分离能力显著增强。图4中也同样可以表明复合薄膜的光压信号明显强于单层膜。
权利要求
1.一种Ti02/W03复合薄膜的制备方法，其特征在于，首先使用双极脉冲磁控溅射在基底上溅射TiA薄膜，然后在溅射好的TiA薄膜上二次沉积WO3薄膜，将获得的复合薄膜进行退火处理即得Ti02/W03复合薄膜。
2.如权利要求1所述的Ti02/W03复合薄膜的制备方法，其特征在于，在基底上溅射TiA 薄膜时，条件如下本底真空3 X 10_3 -4 ΧΙΟ"3 Pa，通入氩气与氧气的体积比例为2:1，工作气压5 X KT1-SX 10—1 Pa，溅射功率为60 W，基底温度200-300°C，溅射时间为50_70min。
3.如权利要求2所述的Ti02/W03复合薄膜的制备方法，其特征在于，在溅射好的TW2 薄膜上二次沉积WO3薄膜的条件为以制得的TiA薄膜为基底，本底真空3X 10_3-4X 10_3 Pa，溅射腔内通入的氩气与氧气的体积比例为3:4，工作气压5 X KT1-S X KT1 Pa，溅射功率为35 W，基底温度200-300°C，溅射时间为15s_lmin。
4.如权利要求3所述的Ti02/W03复合薄膜的制备方法，其特征在于，复合薄膜退火的条件为，于400-500°C退火1. 5小时。
5.如权利要求4所述的Ti02/W03复合薄膜的制备方法，其特征在于，升温速度为30C/min0
6.如权利要求1-5之一所述的Ti02/W03复合薄膜的制备方法，其特征在于，基底为 FT0、普通玻璃或硅片。
7.权利要求1-5之一制备方法获得的Ti02/W03复合薄膜在光催化中的应用。
全文摘要
本发明属于光电材料新能源领域，特别涉及TiO2/WO3复合薄膜的制备方法。首先使用双极脉冲磁控溅射在基底上溅射TiO2薄膜，然后在溅射好的TiO2薄膜上二次沉积WO3薄膜，将获得的复合薄膜进行退火处理即得TiO2/WO3复合薄膜。本发明采用双极脉冲磁控溅射法，制备灵活、可控性好，有望在工业中形成规模化生产。
文档编号B01J23/30GK102168247SQ20111009405
公开日2011年8月31日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者乔振聪, 庞山, 杜祖亮, 程轲 申请人:河南大学