[发明专利]一种超低密度二氧化钛泡沫的制备方法

权利要求书

1.一种超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、以低密度金属泡沫作为原子层沉积的基底放入原子层沉积设备的反应腔，设置反应腔的温度为120~200℃，分别依次以钛源和氧源作为生成二氧化钛的前躯体，开启原子层沉积设备循环沉积，循环沉积完成后，停止加热；

步骤二、待反应腔温度降低至室温后，取出低密度金属泡沫和二氧化钛泡沫复合块体，将其浸泡于体积分数为5~20%的稀硝酸中，以去除低密度金属泡沫，得到二氧化钛块体材料；将二氧化钛块体材料冲洗，并用超临界二氧化碳干燥，得到低密度二氧化钛泡沫；

所述低密度金属泡沫为泡沫银，所述泡沫银的制备方法为：在避光条件下，将硫化物醇溶液加入聚乙烯吡咯烷酮醇溶液中，搅拌均匀，然后加入硝酸银醇溶液，搅拌均匀后加入高压反应釜中，在160℃~200℃下反应5h~12h；自然冷却至室温，得到悬浮于醇溶液中的银纳米线泡沫；将银纳米线泡沫置于超纯水中交换洗涤多次，至溶液透明澄清后，用丙酮多次交换至水分含量低于4000ppm；冷冻干燥，得到泡沫银。

2.如权利要求1所述的超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，其特征在于，所述泡沫银的制备方法替换为：在避光条件下，将硫化物醇溶液加入聚乙烯吡咯烷酮醇溶液中，加压超声15~30min，然后加入硝酸银醇溶液，搅拌均匀后加入超临界二氧化碳反应器中，密闭后，通入二氧化碳至15~20MPa，在温度为45℃~60℃下保持45~60min，然后泄压，加入高压反应釜中，在160℃~200℃下反应3~8h；自然冷却至室温，得到悬浮于醇溶液中的银纳米线泡沫；将银纳米线泡沫置于超纯水中交换洗涤多次，至溶液透明澄清后，用丙酮多次交换至水分含量低于4000ppm；冷冻干燥，得到泡沫银。

3.如权利要求2所述的超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，其特征在于，所述加压超声的压力0.2~0.4MPa，频率120~150KHz。

4.如权利要求1或2所述的超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，其特征在于，所述硫化物醇溶液的浓度为0.02mol/L~0.05mol/L；所述聚乙烯吡咯烷酮醇溶液的浓度为0.1mol/L~1mol/L；所述硝酸银醇溶液的浓度为0.5mol/L~2mol/L；所述硫化物醇溶液与聚乙烯吡咯烷酮醇溶液的体积比为1:45~55；所述硝酸银醇溶液与聚乙烯吡咯烷酮醇溶液的体积比为1:15~25；所述聚乙烯吡咯烷酮醇溶液在使用前加热至120~160℃，保持10~15min以充分去除多余的水分及溶解氧。

5.如权利要求1或2所述的超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，其特征在于，所述硫化物醇溶液、聚乙烯吡咯烷酮醇溶液和硝酸银醇溶液的溶剂均为乙二醇、丙二醇、丙三醇或丁二醇中的一种或多种；所述硫化物醇溶液的溶质硫化物为硫化钠或硫化钾；所述聚乙烯吡咯烷酮醇溶液中的溶质聚乙烯吡咯烷酮的分子量为5.4万~130万。

6.如权利要求1所述的超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，原子层沉积设备循环沉积的一个循环包括以下过程：第一步：脉冲钛源前驱体进入反应腔并在基体上发生化学吸附；第二步：用氮气吹扫冲洗未反应的钛源及钛源与基体反应产生的副产物；第三步：脉冲氧源并与四氯化钛发生反应；第四步：用氮气吹扫气吹扫未反应的水及副产物。

7.如权利要求6所述的超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，其特征在于，所述钛源为四氯化钛；所述氧源为水或臭氧；所述钛源前驱体在反应腔内沉积的脉冲时间为1s，氮气吹扫冲洗的时间为10s；所述氧源在反应腔内沉积的脉冲时间为0.1s，氮气吹扫冲洗时间为10s。

8.如权利要求1所述的超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，浸泡于体积分数为5~20%的稀硝酸，并采用依次在50KHz、100KHz、180KHz、260KHz的超声频率下处理，每个频率处理时间为5~10min。

9.如权利要求1所述的超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，其特征在于，所述循环沉积的循环次数为500~2000次；超临界二氧化碳干燥的干燥温度为40℃。