一種二氧化鈦納米管透明薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陽極氧化和電泳結(jié)合制備透明二氧化鈦納米管薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦(T12)作為一種寬禁帶半導(dǎo)體，具有高催化活性、低成本、良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、光催化、太陽能電池、氫吸附劑、生物醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域。相對(duì)于常規(guī)固體材料，具有一維結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米管展現(xiàn)了更高的光催化活性和光電轉(zhuǎn)換效率，而這些性質(zhì)主要是由量子效應(yīng)和其大比表面積引起的。
[0003]近年來，采用電泳法制備二氧化鈦納米管的方法引起了科學(xué)界的關(guān)注，其具有可大規(guī)模制造、工藝簡單、適用于各種復(fù)雜形狀的電極、設(shè)備要求簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。然而，采用電泳法沉積的二氧化鈦納米管致密度較低，得到的薄膜很難在保證一定厚度的同時(shí)還保持透明性，透光率較差，限制了其廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種透明二氧化鈦納米管薄膜的制備方法，本發(fā)明制備得到的二氧化鈦納米薄膜具有良好的透光率，在太陽能光伏器件等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種二氧化鈦納米管透明薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:配制濃度為0.16?0.49mol/L的高氯酸水溶液作為電解液，然后將清洗干凈的鈦片作為陽極，鉑電極作為陰極，進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，得到二氧化鈦納米管束的懸濁液；其中，陽極氧化反應(yīng)的條件為:陽極氧化電壓為20?60V，反應(yīng)溫度為25?55°C ；
[0008]步驟2:將步驟I得到的二氧化鈦納米管束的懸濁液過濾，去掉鈦殘片，濾液經(jīng)2?4次“離心分離、清洗”，烘干，得到二氧化鈦納米管粉末；
[0009]步驟3:將步驟2得到的二氧化鈦納米管粉末加入無水乙醇中，進(jìn)行超聲分散，然后加入去離子水、乙酰丙酮和丙三醇，攪拌，得到電泳液；其中，每50mL無水乙醇中加入3?5g步驟2得到的二氧化鈦納米管粉末、0.1?0.5mL去離子水、I?5mL乙酰丙酮、I?3mL
丙二醇；
[0010]步驟4:將透明導(dǎo)電玻璃放入步驟3配制的電泳液中，經(jīng)50?200V/cm的電場強(qiáng)度電泳20?80min后，透明導(dǎo)電玻璃表面會(huì)形成二氧化鈦納米管粉體組成的致密透明薄膜；在烘箱中70?100°C下干燥12?24h后，于450?550°C下退火；即得到本發(fā)明所述二氧化鈦納米管透明薄膜。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明采用陽極氧化和電泳技術(shù)結(jié)合制備二氧化鈦納米管透明薄膜，工藝簡單，效率高，成本低，重復(fù)性好，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量化生產(chǎn)；制備得到的二氧化鈦納米管透明薄膜具有良好的透光率，在太陽能光伏器件等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為實(shí)施例得到的二氧化鈦納米管透明薄膜的SEM圖；
[0013]圖2為實(shí)施例3、4、5、6得到的二氧化鈦納米管透明薄膜的可見光透光率對(duì)比曲線；
[0014]圖3為實(shí)施例3、4、5、6得到的二氧化鈦納米管透明薄膜作為光陽極的電流-電壓曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地介紹。
[0016]一種二氧化鈦納米管透明薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1:將高氯酸溶解于去離子水中，配制得到濃度為0.16?0.49mol/L的高氯酸液，作為電解液；將金屬鈦片依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗lOmin，晾干待用；
[0018]步驟2:將步驟I配制得到的高氯酸液作為電解液，步驟I清洗干凈的鈦片作為陽極，鉑電極作為陰極，進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，得到二氧化鈦納米管束的白色懸濁液；其中，陽極氧化反應(yīng)的條件為:電源為直流恒壓源，陽極氧化電壓為20?60V，反應(yīng)溫度為25?55°C;
[0019]步驟3:將步驟2得到的二氧化鈦納米管束白色懸濁液過濾，去掉鈦殘片，濾液經(jīng)2?4次“離心分離、清洗”，得到的固體在70?100°C下干燥12?24h，得到二氧化鈦納米管粉末；
[0020]步驟4:將步驟3得到的二氧化鈦納米管粉末加入無水乙醇中，進(jìn)行超聲分散，然后加入去離子水、乙酰丙酮和丙三醇，攪拌，得到電泳液；其中，每50mL乙醇中加入3?5g步驟2得到的二氧化鈦納米管粉末、0.1?0.5mL去離子水、I?5mL乙酰丙酮、I?3mL丙二醇;
[0021 ] 步驟5:將透明導(dǎo)電玻璃放入步驟4配制的電泳液中，經(jīng)50?200V/cm的電場強(qiáng)度電泳20?80min后，在透明導(dǎo)電玻璃表面形成二氧化鈦納米管粉體組成的致密透明薄膜；在烘箱中70?100°C下干燥12?24h后，于450?550°C下退火I?2h ;即得到本發(fā)明所述二氧化鈦納米管透明薄膜。
[0022]實(shí)施例1
[0023]—種二氧化鈦納米管透明薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0024]步驟1:將高氯酸溶解于去離子水中，配制得到濃度為0.16mol/L的高氯酸液，作為電解液；將金屬鈦片依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗lOmin，晾干待用；
[0025]步驟2:將步驟I清洗后的鈦片夾持固定作為陽極，鉑電極與其平行放置作為陰極，組成電極系統(tǒng)，陽極和陰極間的距離為2.5cm ;
[0026]步驟3:將步驟2組裝的電極系統(tǒng)放入步驟I配制的電解液中進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，以直流恒壓源作為電源，設(shè)置陽極氧化電壓為20V，反應(yīng)溫度為55°C，使金屬鈦片被陽極氧化得到二氧化鈦納米管束的白色懸濁液；
[0027]步驟4:將步驟3得到的二氧化鈦納米管束白色懸濁液過濾，去掉鈦殘片，濾液經(jīng)2次“離心分離、清洗”，得到的固體在70°C下干燥24h，得到白色二氧化鈦納米管粉末；
[0028]步驟5:取3g步驟4得到的白色二氧化鈦納米管粉末，加入50mL無水乙醇中，超聲振蕩20分鐘后，再向其中加入0.1mL去離子水、ImL乙酰丙酮、ImL丙三醇，攪拌均勻，得到包含二氧化鈦納米管粉體的電泳液系統(tǒng)；
[0029]步驟6:將兩片F(xiàn)TO透明導(dǎo)電玻璃放入步驟5配制的電泳液系統(tǒng)中，經(jīng)50V/cm的電場強(qiáng)度電泳SOmin后，在FTO透明導(dǎo)電玻璃表面形成二氧化鈦納米管粉體組成的致密透明薄膜；上述薄膜在烘箱中70°C下干燥12h后，于450°C下退火Ih ;即得到本發(fā)明所述二氧化鈦納米管透明薄膜。
[0030]實(shí)施例2
[0031]—種二氧化鈦納米管透明薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0032]步驟1:將高氯酸溶解于去離子水中，配制得到濃度為0.49mol/L的高氯酸液，作為電解液；將金屬鈦片依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗lOmin，晾干待用；
[0033]步驟2:將步驟I清洗后的鈦片夾持固定作為陽極，鉑電極與其平行放置作為陰極，組成電極系統(tǒng)，陽極和陰極間的距離為2.5cm ;
[0034]步驟3:將步驟2組裝的電極系統(tǒng)放入步驟I配制的電解液中進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，以直流恒壓源作為電源，設(shè)置陽極氧化電壓為60V，反應(yīng)溫度為25°C，使金屬鈦片被陽極氧化得到二氧化鈦納米管束的白色懸濁液；
[0035]步驟4:將步驟3得到的二氧化鈦納米管束白色懸濁液過濾，去掉鈦殘片，濾液經(jīng)2次“離心分離、清洗”，得到的固體在100°C下干燥24h，得到白色二氧化鈦納米管粉末；
[0036]步驟5:取5g步驟4得到的白色二氧化鈦納米管粉末，加入50mL無水乙醇中，超聲振蕩40分鐘后，再向其中加入0.5mL去離子水、5mL乙酰丙酮、3mL丙三醇，攪拌均勻，得到包含二氧化鈦納米管粉體的電泳液系統(tǒng)；
[0037]步驟6:將兩片F(xiàn)TO透明導(dǎo)電玻璃放入步驟5配制的電泳液系統(tǒng)中，經(jīng)200V/cm的電場強(qiáng)度電泳SOmin后，在FTO透明導(dǎo)電玻璃表面形成二氧化鈦納米管粉體組成的致密透明薄膜；上述薄膜在烘箱中100°C下干燥12h后，于550°C下退火Ih ;即得到本發(fā)明所述二氧化鈦納米管透明薄膜。
[0038]實(shí)施例3
[0039]—種二氧化鈦納米管透明薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0040]步驟1:將高氯酸溶解于去離子水中，配制得到濃度為0.20mol/L的高氯酸液，作為電解液；將金屬鈦片依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗lOmin，晾干待用；
[0041]步驟2:將步驟I清洗后的鈦片夾持固定作為陽極，鉑電極與其平行放置作為陰極，組成電極系統(tǒng)，陽極和陰極間的距離為2.5cm ;
[0042]步驟3:將步驟2組裝的電極系統(tǒng)放入步驟I配制的電解液中進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，以直流恒壓源作為電源，設(shè)置陽極氧化電壓為60V，反應(yīng)溫度為25°C，使金屬鈦片被陽極氧化得到二氧化鈦納米管束的白色懸濁液；
[0043]步驟4:將步驟3得到的二氧化鈦納米管束白色懸濁液過濾，去掉鈦殘片，濾液經(jīng)2次“離心分離、清洗”，得到的固體在70°C下干燥24h，得到白色二氧化鈦納米管粉末；
[0044]步驟5:取5g步驟4得到的白色二氧化鈦納米管粉末，加入50mL無水乙醇中，超聲振蕩40分鐘后，再向其中加入0.1mL去離子水、2mL乙酰丙酮、ImL丙三醇，攪拌均勾，得到包含二氧化鈦納米管粉體的電泳液系統(tǒng)；
[0045]步驟6:將兩片F(xiàn)TO透明導(dǎo)電玻璃放入步驟5配制的電泳液系統(tǒng)中，經(jīng)200V/cm的電場強(qiáng)度電泳20min后，在FTO透明導(dǎo)電玻璃表面形成二氧化鈦納米管粉體組成的致密透明薄膜；上述薄膜在烘箱中70°C下干燥24h后，于450°C下退火Ih ;即得到本發(fā)明所述二氧化鈦納米管透明薄膜。
[0046]實(shí)施例4
[0047]—種二氧化鈦納米管透明薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0048]步驟1:將高氯酸溶解于去離子水中，配制得到濃度為0.20mol/L的高氯酸液，作為電解液；將金屬鈦片依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗lOmin，晾干待用；