摘 要

纳米二氧化钛具有许多优异的性能，其中一个比较突出的性能是在太阳光照射下，纳米二氧化钛具有光催化降解有机物、高亲水的性能等。利用这些独特的性能，在玻璃表面镀一层二氧化钛纳米薄膜，能够得到具有自洁净性能的玻璃，在生物医疗，建筑玻璃，电子产业都有很广泛的应用。本毕业设计用湿化学法制备了二氧化钛溶液，并采用提拉法镀膜工艺得到具有自洁净性能的镀膜玻璃。针对镀膜过程的影响因素，探讨了镀膜次数，热处理温度，升温速度等因素对薄膜质量的影响；同时优化了镀膜的工艺参数，成功制备了水润湿角为0°的薄膜；所制备的薄膜铅笔硬度能够达到2H~6H；镀膜玻璃在可见光区的透射率在92％左右，在紫外光区的透射率很低；低于300纳米波长的透射率几乎达到零。

关键字：二氧化钛 薄膜 自洁净 提拉法 湿化学法

Abstract

Titanium Dioxide， as a kind of material which has many excellent properties such as high oxidation efficiency, nontoxicity , high photostability , chemical inertness and environmentally friendly nature ,is a promising versatile material. Based on the property that under UV radiation , TiO₂ can become super hydrophilous and can become very effective to photo-catalytic oxidize organic matter , nano-TiO₂ film is applied to glass substrate in order to make the glass possess the self-cleaning ability. The glass coated with nano TiO₂ film can be widely used in the field of biomedical, building material and electronic industry .In this graduation project , the wet chemical method is used to prepare titanium dioxide solution , and the dip-coating method is employed to obtain thin films on the glass substrate .During this project , experiments are executed to find the influence of different factors such as ,coating times, heat treatment temperature and the speed of heat treatment , on the quality of the film . In the mean time , the parameters of the coating process is optimized . The writer has successfully prepared coated glass with a water wetting angle of 0°. The transmittance of the films is high in visible region of srectrum , which can reach to 92% , however ,the transmittance can be nearly zero when the wavelength is less than 300 nm .The pencil hardness of the prepared TiO₂ film is between 2H and 6H .

Key Words：Titanium Dioxide ，Thin Film ，self-cleaning ，dip-coating method ，wet chemical method

目录

第1章 绪论 1

1.1纳米二氧化钛简介 1

1.2自洁净玻璃机理 2

1.3研究自洁净玻璃的目的和意义 4

1.4自洁净玻璃的研究现状 4

1.5课题研究内容 5

第2章 制备纳米二氧化钛溶液 6

2.1纳米二氧化钛的制备方法 6

2.1.1液相法 6

2.1.2气相法 6

2.1.3 固相法 7

2.2仪器设备及原料 7

2.2.1原料 7

2.2.2仪器 7

2.3制备过程 8

第3章 镀二氧化钛薄膜 9

3.1制备二氧化钛纳米薄膜的方法 9

3.1.1溅射镀膜法 9

3.1.2化学气相沉积(CVD)法 9

3.1.3提拉法 9

3.1.4旋涂法 9

3.2镀膜过程 10

第4章 实验结果与分析 11

4.1 镀膜玻璃膜面SEM测试与分析 11

4.2 镀膜玻璃膜面XRD测试与分析 13

4.3综合热分析 14

4.4膜厚 15

4.5水润湿角 16

4.6镀膜玻璃的膜层硬度 20

4.7镀膜玻璃的光谱透过率 21

4.8镀膜玻璃的光催化效率 22

第5章 结论 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1纳米二氧化钛简介

自步入21世纪以来，人们就在改变能源结构方面做出了许多努力。1972年Fujishima和Honda¹发现二氧化钛电极能在光照下分解水，自那以后二氧化钛就被人们广泛地作为一种能辅助生产氢能源的材料。特别是随着科学技术的发展，以及对二氧化钛的进一步研究，人们发现二氧化钛除了作为最具有发展前景的光催化剂之一，还在环境、医药等方面可以有许多重要的应用。²

经过研究总结发现，二氧化钛具有许多优秀的性能，例如：（1）具有强氧化力和超亲水现象,可以应用于杀菌,自清洁涂层等方面。而且二氧化钛可将几乎所有有机污染物完全氧化为水和二氧化钛,不会对环境造成二次污染；（2）二氧化钛的物化性质十分稳定,能够被重复使用,耐酸耐碱,而且对环境毒性低；（3）易于掺杂改性，能够对其性质进行可控调整。^3,4 二氧化钛的另一个优点是成本低，Ti在地壳中的丰度很高（约为0.44％）。全世界储量超过600万吨，钛金属年生产量约9万吨，年生产TiO ₂约430万吨。⁵

自然界中二氧化钛以三种晶型存在: 金红石(Rutile)、锐钛矿(Anatase}和板钛矿(Brookite)。⁶板钛矿型二氧化钛比较难得到，而且其光致特性没有其他两种晶型好，所以目前主要是锐钛矿型和金红石型二氧化钛应用于商业实际中。如图1.1展示了二氧化钛的三种晶型结构。三种晶型均由相互连接的TiO₆八面体单元组成，每个Ti⁴ 周围有六个O^2-，六个O^2-构成了一个八面体。^7,8这三种结构的不同在于TiO₆八面体的畸变程度以及TiO₆八面体的连接方式是共顶还是共边。