[发明专利]一种在钛基底上制备TiO2多尺度微纳复合结构的方法

说明书

本发明涉及表面微纳米功能结构的制备技术领域，具体为一种在钛基底上制备TiO₂多尺度微纳复合结构的方法。首先采用超快激光在去离子水或无水乙醇中对纯Ti片表面刻蚀制备一级微米结构，超声清洗；然后通过磁控溅射在激光刻蚀后的Ti片表面镀金膜；最后将镀金膜后的Ti片置于马弗炉中进行热处理，在微米结构表面制备二级纳米结构，获得结晶型TiO₂多尺度复合微纳米结构。

技术领域

本发明涉及表面微纳米功能结构的制备技术领域，具体为一种在钛基底上制备TiO₂多尺度微纳复合结构的方法。

背景技术

TiO₂因为其高化学稳定性、无毒无害、低成本等优点，广泛应用于光催化、光电转化、耐蚀防污、医疗、军事等领域。

目前已有很多种构建三维TiO₂结构的方法：主要包含有水热法，溶胶-凝胶法还有胶体晶体模板技术。水热法，溶胶-凝胶法等化学方法所构造的三维结构的二氧化钛主要为纳米级的球状结构，易发生团聚，不易回收和重复利用。而以胶体晶体模板技术为基础所构造的TiO₂结构主要为三维有序孔结构，但这种结构的构造仍需要配合溶胶-凝胶法或沉积法进行填充，步骤较为复杂。也有采用超快激光与水热、溶胶凝胶相结合的方法，但此类方法步骤较多，且生成的结构单一，易产生杂质，污染环境。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种简单，高效，可控的制备结晶型TiO₂多尺度复合微纳米结构的新方法。具有工艺简单、结构稳定、易回收循环使用、可规模化生产等优点，可应用于光催化、表面增强拉曼散射和表面增强荧光、抗菌防污、光电转化等领域。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种在钛基底上制备TiO₂多尺度微纳复合结构的方法，其特征是：首先采用超快激光在去离子水或无水乙醇中对纯Ti片表面刻蚀制备一级微米结构，超声清洗；然后通过磁控溅射在激光刻蚀后的Ti片表面镀金膜；最后将镀金膜后的Ti片置于马弗炉中进行热处理，在微米结构表面制备二级纳米结构，获得结晶型TiO₂多尺度复合微纳米结构。

进一步，Ti片的纯度在95wt.％以上。

进一步，超快激光可以包括脉宽小于10皮秒的皮秒到飞秒激光，超快激光刻蚀的能量密度范围为：3J/cm²～35J/cm²；去离子水中，扫线速度200-600μm/s；无水乙醇中100-500μm/s。

进一步，采用日本株式会社研制的JFC-1100型磁控溅射仪，以金作为靶材，用双面胶将钛片磁控溅射仪内的样品台上，抽真空至压强为0.5Pa后即可开始溅射；溅射参数：溅射温度25℃，溅射压强0.5Pa，溅射功率150W；磁控溅射的时间为30s-15min。

进一步，在马弗炉中进行热处理，温度为750-800℃，保温时间4-8h。

本发明的优点是：

1)本方法工艺简单，基底上制备出的金红石型TiO₂多尺度复合微纳米结构，分布均匀，重复性好；结构稳定，可重复利用。

2)超快激光刻蚀参数和热处理参数可以分别对微米结构的形貌种类和尺寸与纳米结构的形貌种类和尺寸进行调控，以适应于不同领域的应用需求。

3)其具有多尺度复合微纳米结构，比表面积更高，吸附性能和吸光性能都得到提高。

4)多尺度复合微纳米结构与基底直接结合使得电荷传输阻抗小，结构上负载有金颗粒可以减小TiO₂的禁带宽度，有效阻止电子-空穴对的复合，加快光生电子转移速率，从而提高进一步提高了对光的吸收和利用。