[发明专利]纺织材料上沉积纳米TiO2薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纺织材料的制备方法，尤其涉及一种纺织材料上沉积纳米TiO2薄膜的方法。

背景技术

薄膜的研究依赖予薄膜的制备技术，高质量的薄膜有利于薄膜物理的研究和薄膜器件应用的开发。随着激光技术、微波技术和离子束技术的应用，人们开发了多种纳米TiO2功能薄膜的制备技术和方法，其中运用最为广泛麴就是溶胶-凝胶法(Sol。gel)、化学气相沉积法(CVD)和以磁控溅射法为代表的物理气相沉积法(PvD)。但是上述几种制备方法均有其缺陷，而溶胶一凝胶法的缺点则是制得薄膜的孔隙、致密度、晶型以及与基体的结合力往往与溶胶的性质、基体性质、干燥和焙烧过程紧密相关，受外界条件影响很大，工业化推广存在一定困难。而化学气相沉积法的缺点则是薄膜制备工艺复杂，控制较为困难。化学气相沉积法制备薄膜的结构和生长形态受基体温度影响较大，同时在反应过程中，反应气体比例和流量往往也会影响到薄膜质量，因而其不利于大批量生产。同时由于基体温度较高，对基体的耐热性能和膨胀系数有较为严格的要求。此外化学气相沉积法在薄膜制备过程中容易释放有害气体，对环境造成污染。但磁控溅射技术也存在着一些问题，主要有磁控溅射所利用的环状磁场使二次电子跳栏式地沿着环状磁场转圈。相应地，环状磁场控制的区域是等离子体密度最高的部位。在磁控溅射时，可以看见溅射气体氩气在这部位发出强烈的淡蓝色辉光，形成一个光环。处于光环下的靶材是被离子轰击最严重的部位，会溅射出一条环状的沟槽。环状磁场是电子运动的轨道，环状的辉光和沟槽将其形象地表现了出来。磁控溅射靶的溅射沟槽一旦穿透靶材，就会导致整块靶材报废，所以靶材的利用率不高，一般低于40％。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纺织材料上沉积纳米TiO2薄膜的方法，从而在非织造布纤维表面沉积较为匀整致密的TiO2薄膜，薄膜平均粒径相对较小，表面粗糙度较低。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术手段：

一种纺织材料上沉积纳米TiO2薄膜的方法，包括如下步骤：

以高纯金属Ti靶为靶材，经预处理的纺织材料为基材，采用直流反应磁控溅射设备在室温条件下制备纺织材料基纳米TiO2薄膜，所有样品均采用基材在上、靶材在下的结构，即由下向上的溅射方式制备纳米TiO2薄膜，以避免杂质颗粒落到基材表面；同时，为控制薄膜沉积时基材的温度，避免由于高温而发生的基材变形，采用水冷装置冷却基片；为保证纳米TiO2薄膜的纯度，先将反应室抽至本底真空，然后通入高纯氩气作为溅射气体，高纯氧气作为反应气体。

进一步地，每次溅射之前，都预先在不加氧的纯氩气中预溅射5min左右，以除去靶表面的氧化物，当观察到靶表面辉光放电颜色由粉红变成蓝白色时，表明氧化物已除去，然后再通入氧气进行反应溅射。

进一步地，为使溅射反应产生的TiO2粒子能均匀附着在基材上，基材以100r/min的速度旋转。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合一个具体实施例对本发明进行详细的说明：一种纺织材料上沉积纳米TiO2薄膜的方法，包括如下步骤：

以高纯金属Ti靶(纯度为99.999％，直径50mm)为靶材，经预处理的纺织材料为基材，采用直流反应磁控溅射设备在室温条件下制备纺织材料基纳米TiO2薄膜。所有样品均采用基材在上、靶材在下的结构，即由下向上的溅射方式制备纳米TiO2薄膜，以避免杂质颗粒落到基材表面；同时，为控制薄膜沉积时基材的温度，避免由于高温而发生的基材变形，采用水冷装置冷却基片；为保证纳米TiO2薄膜的纯度，先将反应室抽至本底真空，然后通入高纯氩气(99.999％)作为溅射气体，高纯氧气(99.999％)作为反应气体。每次溅射之前，都预先在不加氧的纯氩气中预溅射5min左右，以除去靶表面的氧化物，因为表面氧化物的存在会大大降低沉积的速率，当观察到靶表面辉光放电颜色由粉红变成蓝白色时，表明氧化物已除去，然后再通入氧气进行反应溅射；为使溅射反应产生的TiO2粒子能均匀附着在基材上，基材以100r/min的速度旋转。薄膜厚度由膜厚仪(FTM.V)测量控制。