[发明专利]氧化锌与二氧化钛复合薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化物半导体薄膜材料领域，特别涉及氧化锌与二氧化钛复合薄膜材料及其制备方法。 

发明背景 

二氧化钛是一种性能优异的粉体材料，具有无毒、环保、价格低廉等优点，广泛用于建筑涂料、光催化、太阳能电池等方面，但是其带隙宽，仅能吸收太阳光谱中的紫外光部分，光能利用效率低。氧化锌是一种带隙较窄的的氧化物半导体，在可见光区有较好的吸收，广泛应用于压敏材料、气敏材料等领域。但是其价带电位低，光稳定性差。因此，制备氧化锌/二氧化钛复合材料，有望兼具两种材料的优点，获得优异的综合性能。 

丁士文等(《无机化学学报》，2003，Vol.19(6)：631)利用水热法制备出二氧化钛/氧化锌非晶态纳米粉末，平均粒径20nm，其光催化降解有机物的效率明显高于单纯氧化锌纳米材料。王志义等(《硅酸盐学报》，2006，Vol.34(9)：1078)利用液相共沉淀法制备二氧化钛/氧化锌纳米复合粉体，复合材料平均粒径12～50nm之间，二氧化钛的组分在30％～70％之间，晶型以金红石型为主，紫外可见吸收光谱表明，复合材料较单一的二氧化钛纳米材料的吸收光谱红移。陈凯等(《激光技术》，2001，Vol.25(3)：209)采用溶胶-凝胶法制备出氧化锌/二氧化钛的多层薄膜，每层的厚度在20nm～120nm之间，用于氨气的检测，在选择性和灵敏度等方面较传统简单混合单层膜的方法均有所提高。杨安丽(《无机材料学报》2006，21(5)：1092)以硝酸锌和六次甲基四胺为原料，采用水热法在预先制备的二氧化钛薄膜表面生长氧化锌纳米棒。Sun等(Chem.Eur.J.2007，13，9087)利用两步气相-固相法制备了氧化锌/氧化锡复合纳米材料。 

静电纺丝是一种便捷的方法，其概念提出于上个世纪60年代 (USP1975504)，用于制备高分子纤维无纺布。近年来，该方法也被用于制备无机材料纳微米纤维及薄膜。Guan等(Inorganic Chemistry Communications，2003，6：1302)以聚乙烯醇和醋酸镍的混合物为原料，利用溶胶一凝胶过程和静电纺丝技术得到复合先驱体纤维，再进行烧结制成纳米或亚微米的氧化镍纤维，直径为50～150nm；Sung等(J.Mater.Lett.，2003，22：891)在12～16kV的电压下制备硅纤维；Rainer Ostermann等(Nano lett.2006，6，1297.)利用电纺以及煅烧后处理制备了五氧化二钒/二氧化钛复合纤维。Eric Formo等(Nanolett.2008，8，2)首先通过电纺方法制备了二氧化钛纤维，在利用水浴还原的方法沉积了金属铂纳米球以及铂纳米线，具有很好的催化应用。 

本发明人在发明专利申请号为200810101213.8中利用静电纺丝法制备出了二氧化钛纤维组成的薄膜，然后利用水热法在纤维表面生长出了二氧化钛纳米棒，得到具有分级结构的自支撑二氧化钛薄膜。但对于类似的氧化锌与二氧化钛复合薄膜材料尚未见报道。 

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化锌与二氧化钛复合薄膜材料。 

本发明的再一目的是提供氧化锌与二氧化钛复合薄膜的制备方法。 

本发明的氧化锌与二氧化钛复合薄膜材料是由直径为2～8微米的氧化锌与二氧化钛复合材料纤维交织构成的、复合薄膜的厚度为20～100微米。 

所述的氧化锌与二氧化钛复合材料纤维是由以锐钛矿型的二氧化钛线为轴和有序生长在二氧化钛线上的六方纤锌矿型的氧化锌纳米晶粒构成。 

所述的二氧化钛线的直径在0.2～5微米之间。 

所述的氧化锌纳米晶粒的形状可以是直径约为100～300nm、长度约为1～5微米的纳米棒，也可以是厚度为100～300nm、直径约为1～3微米的纳米片。 

所述的二氧化钛线使用静电纺丝法制得，所述的氧化锌纳米晶粒由水热合成法制备。 

所述的静电纺丝法是一种新型的制备纤维及无纺薄膜的方法，其原理和工艺可参考“Three-point bending of electrospun TiO₂ nanofibers”(Sung-HwanLee，Materials Science and EngineeringA，Volume 398，Issues 1～2，2005，p77) 和US2005109385-A1。