[发明专利]一种银掺杂二氧化钛薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于贵金属掺杂氧化物半导体薄膜材料领域，特别涉及一种Ag/TiO₂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半导体材料，具有无毒、环保、价格低廉等优点，广泛应用于建筑涂料、光催化、太阳能电池等方面。其中纳米TiO₂光催化抗菌材料具有抗菌和杀菌双重功效，且杀菌效果迅速、杀菌力强、对人安全无毒，然而它对光的依赖性较强，一般只有在紫外灯照射下才能够发挥作用，这就使其应用范围受到一定限制。银系抗菌剂主要有载银沸石、载银磷酸锆、载银磷酸钙、可溶性载银玻璃以及载银硅胶、粘土矿、活性碳等，它们主要是利用载体的多孔特性，将Ag以离子交换或物理吸附的方式与载体结合，虽杀菌效果较好，但普遍存在银离子初期释放量大、后期释放不足的缺点。因此，制备Ag/TiO₂复合抗菌材料，有望兼具两种材料的优点，获得优异的抗菌性能。

制备Ag/TiO2复合材料的方法已由很多文章与专利涉及，包括浸渍法、溶胶凝胶法、水热法等，制备出不同组成和形貌的Ag/TiO₂复合材料，其中亦有提高Ag/TiO₂复合材料暗处抗菌性能报导。Martha Ec-Souni等(Adv.Funct.Mater.2008，18，3179)利用浸渍法在金属基底上制备Ag/TiO₂纳米复合薄膜，银的掺杂量为50.00wt％，在没有紫外灯照射的情况下薄膜具有优异的抗菌效果和低的细胞粘附率。Boris Mahltig等(J.Mater.Chem.2007，17，2367)以钛酸四异丙酯、硝酸银和无水乙醇为原料，采用溶剂热法制备了Ag/TiO₂纳米复合溶胶，银的掺杂量为4.80atom％，在黑暗条件下对大肠杆菌也具有一定的抗菌效果。鞠剑峰等(《精细化工》，2005，22(1)：59)采用溶胶凝胶法制备了掺杂不同质量分数银的纳米Ag/TiO₂复合材料，抗菌测试结果表明，银掺杂后的复合材料和应用其整理的纺织品不需紫外光照射就具有较强的抗菌性能，对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的透明抑菌圈达到13～17mm。杨辉等(CN200610104711.9)以硝酸银、氨水和硫酸钛为原料，采用溶胶凝胶及煅烧后处理制备纳米Ag/TiO₂复合材料，颗粒尺寸4～5nm，主要晶体组成为锐钛矿型TiO₂，在没有紫外线激发的情况下仍然具有较强的杀菌作用。林昌健等(CN200510126613.0)以无水乙醇、钛酸正四丁酯、乙酰乙酸乙酯和硝酸银乙醇溶液为原料，采用溶胶凝胶法和煅烧后处理得到掺杂银纳米粒子的二氧化钛纳米颗粒，然后加入氢氧化钠溶液进行水热反应制备了掺杂银纳米粒子的二氧化钛纳米管和纳米带，银纳米粒子的直径为2～10nm。刘河洲等(CN200510029892.9)利用液相共沉淀法和后续热处理制备载银羟基磷灰石/纳米二氧化钛复合粉体。申乾宏等(CN200910100623.5)采用低温湿化学原位还原法制备了载银纳米二氧化钛防霉抗菌剂。

本发明人利用溶胶凝胶法在基底表面(如玻璃、硅片、陶瓷片等)上制备一层TiO₂种子层，然后利用溶剂热合成法在覆盖有TiO₂种子层的基底表面生长出Ag/TiO₂纳米片，由于TiO₂晶粒的高各向异性，在有机酸溶液中，TiO₂晶粒沿ab-轴的生长速率明显大于沿c-轴的生长速率，最终导致获得的纳米片垂直于基底生长，得到垂直基底生长的Ag/TiO₂纳米片组成的Ag/TiO₂薄膜材料，银的掺杂量为0.16～5atom％，在光照及黑暗条件下本发明的材料均具有优异的抗菌作用。本发明人使用的制备方法以及依据该制备方法制备的Ag/TiO₂纳米片薄膜材料尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ag/TiO₂薄膜材料。

本发明的再一目的是提供Ag/TiO₂薄膜材料的制备方法。

本发明的银掺杂二氧化钛薄膜材料是由垂直生长在基底上的Ag/TiO₂纳米片构成，所述的Ag/TiO₂纳米片的高度为0.4～2μm，厚度为5～15nm，银掺杂量为0.16～5atom％。

本发明的银掺杂二氧化钛薄膜材料的制备是结合溶胶凝胶法和溶剂热合成法两步制得。