一種高性能二氧化鈦薄膜的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種高性能二氧化鈦薄膜的制備方法，首先利用溶膠凝膠法制備二氧化鈦膠體，在制備TiO<subgt;2</subgt;溶膠的過程中，添加陰離子表面活性劑1?辛烷磺酸鈉，增加膠體顆粒之間的排斥力，從而防止膠體顆粒聚集和沉降，提高膠體的穩定性；然后選擇P型(100)晶面的硅片作為底選，旋涂后通過熱處理得到二氧化鈦薄膜。因硅片具有較高的載流子(電子和空穴)遷移率提高了材料的電導率；其結構上具有較高的平坦度和晶格參數的一致性，提高了制備過程中的重復性。本發明專利技術制備方法操作方便，設備簡單，成本低，制得的二氧化鈦薄膜的穩定性強、與基底結合緊密、壓電常數高、催化性能突出，在傳感器和環境污染治理和人工智能領域有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于薄膜制備，具體涉及一種高性能二氧化鈦薄膜及其制備方法。

技術介紹

1、隨著科技的發展，半導體催化材料在環境污染治理、傳感器和人工智能領域有廣闊的應用前景。傳統的半導體催化材料(pzt)所含的鉛元素對動物和人類的大腦產生嚴重威脅，不符合當前對環境友好型材料的要求。目前被廣泛研究的材料的壓電和催化性能在高溫高壓環境下會失效或顯著降低，限制了它們的應用范圍，而且這些材料的成本高、制備工藝復雜、性能平庸，難于產業化。二氧化鈦因其化學性質穩定、無毒、可有效去除大氣和水中的污染物而成為傳感器、環境污染治理和人工智能領域的理想材料。然而，傳統的二氧化鈦材料壓電性能較弱，限制了其在壓電應用領域的潛力。

技術實現思路

1、本專利技術的目的是解決現有二氧化鈦薄膜壓電常數低、催化性能差、制備工藝要求高以及薄膜與基底結合力弱的問題，提供一種物理化學穩定性強、與基底結合緊密、壓電常數高、催化性能突出的二氧化鈦薄膜的制備方法，同時降低制備成本，以滿足應用需求。

2、本專利技術提供的高性能二氧化鈦薄膜的制備方法由下述步驟組成：

3、步驟1：制備tio2溶膠

4、將鈦酸四丁酯、無水乙醇混合均勻，磁力攪拌后得到溶液a；將去離子水、冰乙酸、硝酸混合后，添加1-辛烷磺酸鈉并磁力攪拌得到溶液b；將溶液b逐滴滴入溶液a中，攪拌均勻，得到tio2溶膠。

5、步驟2：制備tio2薄膜

6、將p型(100)晶面的硅片依次在去離子水和無水乙醇中超聲清洗后烘干，將步驟1得到的tio2溶膠旋涂在硅片上，干燥處理后反復旋涂3～5次，將旋涂完成的硅片進行退火處理，得到以硅片為基底的tio2薄膜。

7、上述步驟1中，優選所述鈦酸四丁酯、無水乙醇、去離子水、冰乙酸、硝酸的體積比為1:1.5～2:1.5～2:0.5～1:0.1～0.2。

8、上述步驟1中，優選所述1-辛烷磺酸鈉與鈦酸四丁酯的質量-體積比為0.15～0.3g:1ml。

9、上述步驟2中，優選所述干燥處理的溫度為150～180℃，干燥時間為20～60min。

10、上述步驟2中，所述旋涂是先在轉速為300～500rpm下旋涂10～20s，然后在轉速為2500～3500rpm下旋涂20～30s。

11、上述步驟2中，優選所述退火處理的溫度為800～900℃，退火時間為60～90min。

12、本專利技術的有益效果如下：

13、1、本專利技術在制備tio2溶膠的過程中，添加陰離子表面活性劑1-辛烷磺酸鈉，由于其良好的表面活性，吸附在膠體顆粒的表面，增加膠體顆粒之間的排斥力，從而防止膠體顆粒聚集和沉降，提高膠體的穩定性。

14、2、本專利技術基底選擇p型(100)晶面的硅片，因其具有較高的載流子(電子和空穴)遷移率提高了材料的電導率；其結構上具有較高的平坦度和晶格參數的一致性，提高了制備過程中的重復性；具有較好的匹配性和兼容性，可以與許多常用的半導體材料和層疊結構相匹配。

15、3、本專利技術采用旋涂法制備薄膜，操作簡單，不需要復雜的設備和高溫高壓條件，具有較高的膠體利用率和較低的成本，通過調節旋轉速度、涂布時間和涂布液體的濃度等參數，可以精確控制薄膜的厚度和質量，薄膜厚度可以在30nm到2000nm之間精確可控，具有良好的重復性；需要的覆膜材料較少，材料利用率高，對于逐層涂覆多層覆膜，可減少對前一層的二次溶解。

16、4、本專利技術制備的二氧化鈦薄膜物理化學穩定性強、與基底結合緊密、壓電常數高、催化性能突出，在傳感器和環境污染治理和人工智能領域有廣闊的應用前景。

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【技術保護點】

1.一種高性能二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括下述步驟：

2.根據權利要求1所述的高性能二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于：步驟1中，所述鈦酸四丁酯、無水乙醇、去離子水、冰乙酸、硝酸的體積比為1:1.5～2:1.5～2:0.5～1:0.1～0.2。

3.根據權利要求1或2所述的高性能二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于：步驟1中，所述1-辛烷磺酸鈉與鈦酸四丁酯的質量-體積比為0.15～0.3g:1mL。

4.根據權利要求1所述的高性能二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于：步驟2中，所述干燥處理的溫度為150～180℃，干燥時間為20～60min。

5.根據權利要求1所述的高性能二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于：步驟2中，所述旋涂是先在轉速為300～500rpm下旋涂10～20s，然后在轉速為2500～3500rpm下旋涂20～30s。

6.根據權利要求1所述的高性能二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于：步驟2中，所述退火處理的溫度為800～900℃，退火時間為60～90min。

【技術特征摘要】

1.一種高性能二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括下述步驟：

2.根據權利要求1所述的高性能二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于：步驟1中，所述鈦酸四丁酯、無水乙醇、去離子水、冰乙酸、硝酸的體積比為1:1.5～2:1.5～2:0.5～1:0.1～0.2。

3.根據權利要求1或2所述的高性能二氧化鈦薄膜的制備方法，其特征在于：步驟1中，所述1-辛烷磺酸鈉與鈦酸四丁酯的質量-體積比為0.15～0.3g:1ml。

4.根據權利要求1所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡成西，郭鐵硯，胡諧朝，柏欣，蘭千陽，
申請(專利權)人：西安航空學院，
類型：發明
國別省市：