多功能材料制造技术

本发明专利技术的多功能材料可以容易地吸附甚至ＶＯＣ，由于大的表面积而显示高的光催化活性并用作可见光响应型光催化剂，而且掺杂有碳，而且其具有高的硬度，并显示优异型耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。该多功能材料在材料的至少一部分表面上具有许多氧化钛或钛合金氧化物的突起（例如，氧化钛的微柱丛）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种多功能材料，更特别地涉及这样一种多功能材料，其依靠在其至少一部分表面上形成的许多二氧化钛或钛合金氧化物的突起而可以容易地吸附甚至挥发性有机化合物(VOC)；其凭借大的表面积和掺杂碳而显示高的光催化活性并用作可见光响应型光催化剂；而且其具有高的硬度并显示优异的耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。
技术介绍
迄今，已经知道二氧化钛(TiO2)(在本说明书和附录权利要求中简单称为“氧化钛”)是一种显示光催化功能的物质。从20世纪70年代起就试图在金属钛的表面上形成氧化钛膜。已知的氧化钛膜形成方法包括通过阳极氧化在金属钛的表面上形成氧化钛膜；在供给氧的电炉中于金属钛片的表面上热形成氧化钛膜；和在1,100-1,400℃的城市煤气燃烧火焰中加热金属钛片，从而在该金属钛片的表面上形成氧化钛膜(见非专利文件1)。为了制造凭借其光催化功能而显示除臭、抗菌、防雾或防污效果的光催化制品，通常通过喷涂、旋涂、浸渍或类似的方法用氧化钛溶胶涂覆基材，从而形成膜(例如，见专利文件1-3)。然而，形成的涂膜可能会受到剥离或磨损，因此这样制造的产品难以长期使用。同时，还已经知道了通过溅射形成光催化涂层的方法(例如，见专利文件4和5)。还已知，当将通过任一工艺(例如，CVD或PVD)制造的晶核置于含有无机或有机金属化合物的溶胶中，从而由晶核开始生长氧化钛晶体时，或当将溶胶施加到晶核上，随后固化并热处理，从而由晶核开始生长氧化钛晶体时，这样生长的氧化钛晶体呈柱状，并显示高的光催化活性(例如，见专利文件6-8)。然而，在这种情况下，柱状晶仅仅从基材上提供的晶种开始生长，因此这样生长的柱状晶与基材的结合强度不够。因此，这样制造的光催化剂在耐用性(例如，耐磨性)方面必定不能令人满意。-->同时，为了显示光催化功能，氧化钛必须接收波长为400nm或更短的UV射线。因此，对于用各种元素掺杂氧化钛已经进行了许多研究以实现可见光作用的氧化钛光催化剂。例如，已经报道了在各自用F、N、C、S、P、Ni或类似元素掺杂的氧化钛样品之中，氮掺杂的氧化钛样品用作一种优异的可见光响应型催化剂(见非专利文件2)。还提出了用掺杂有其它元素的氧化钛形成的光催化剂；例如其中用其它原子如氮取代氧位置的钛化合物，在化合物的间隙空间中掺杂有其它元素如氮的钛化合物和其中将原子如氮引入大量氧化钛多晶的晶界中的钛化合物(例如，见专利文件9-12)。然而，这些光催化剂显示不能令人满意的耐用性如差的耐磨性。专利文件1：日本专利申请特许公开JP 09-241038专利文件2：日本专利申请特许公开JP 09-262481专利文件3：日本专利申请特许公开JP 10-053437专利文件4：日本专利申请特许公开JP 11-012720专利文件5：日本专利申请特许公开JP 2001-205105专利文件6：日本专利申请特许公开JP 2002-253975专利文件7：日本专利申请特许公开JP 2002-370027专利文件8：日本专利申请特许公开JP 2002-370034专利文件9：日本专利申请特许公开JP 2001-205103专利文件10：日本专利申请特许公开JP 2001-205094专利文件11：日本专利申请特许公开JP 2002-95976专利文件12：WO01/10553的小册子非专利文件1：A.Fujishima等人，J.Electrochem.Soc.，第122卷，第11期，第1487-1489页，1975年11月非专利文件2：R.Asahi等人，Science，第293卷，7月13日(2001)，第269-271页。专利技术公开本专利技术的一个目的是提供一种多功能材料，其可以容易地吸附甚至VOC，其凭借大的表面积和掺杂有碳而显示高的光催化活性并用作可见光响应型光催化剂，而且其具有高的硬度，并显示优异的耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。为了实现上述目的，本专利技术人进行了广泛的-->研究。因此，本专利技术人已经发现，当在特定条件下，通过将不饱和烃，特别是乙炔的燃烧火焰直接施加到至少其表面层是由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成的基材的表面上而热处理该基材时，或当在特定条件下，于通过不饱和烃，特别是乙炔燃烧形成的排气气氛中热处理该基材的表面时，在该表面层的内部形成由氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛形成的层；而且发现当平行于该表面层切割该由微柱丛形成的层时，产生了两种材料，一种材料包含基材和由暴露在基材至少一部分上的氧化钛或钛合金氧化物形成的微柱丛形成的层，另一种材料包含薄膜、于其上形成的许多连续的小宽度突起和在该突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由氧化钛或钛合金氧化物形成的，并暴露于该薄膜上。就是说，本专利技术人已经发现这两种材料都在材料的至少一部分表面上具有氧化钛或钛合金氧化物的大量突起；这两种材料可用作多功能材料；并且氧化钛或钛合金氧化物的微柱(突起)和连续的小宽度突起掺杂有碳，由此可以制造这样一种多功能材料，其显示高的光催化的活性，并用作可见光响应型光催化剂，其可以容易地吸附甚至挥发性有机化合物(VOC)，而且其具有高的硬度，并显示优异的耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。已经基于这些发现实现了本专利技术。换句话说，本专利技术多功能材料的特征在于该材料在材料的至少一部分表面上具有大量氧化钛或钛合金氧化物的突起(例如，氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛暴露于该材料的至少一部分表面上)，或该材料具有薄膜、于其上形成的许多连续的小宽度突起和于该突起上形成的微柱丛，其中突起和微柱是由氧化钛或钛合金氧化物形成的，并暴露于薄膜上，其中突起(例如，微柱)和小宽度突起掺杂有碳。专利技术效果本专利技术的多功能材料显示高的光催化活性，并用作可见光响应型光催化剂，其可以容易地吸附甚至挥发性有机化合物(VOC)，具有高的硬度，并显示优异的耐剥离性、耐磨性、耐化学性和耐热性。附图简述图1是实施例1中获得的多功能材料的显微照片。图2是说明碎片材料3的薄膜的表面状态的显微照片，该照片是从-->与其上具有由氧化钛形成的许多连续的白色小宽度突起的薄膜表面相对的一侧观察的，其中林立的微柱暴露于该突起上。图3是说明碎片材料3的薄膜的表面状态的显微照片，该照片是从薄膜在其上具有由氧化钛形成的许多连续的白色小宽度突起的一侧观察的，其中林立的微柱暴露于该突起上。图4是说明由白色的氧化钛微柱丛形成的层2之状态的显微照片。图5是说明在测试实施例4(防污测试)中获得的结果的图。图6是说明在测试实施例5(晶体结构和键特征)中获得的结果的图。图7是说明在实施例7中加热120秒的试件的SEM显微照片。图8是说明在实施例7中加热180秒的试件的SEM显微照片。图9是说明在实施例7中加热480秒的试件的SEM显微照片。实施本专利技术的最佳方式可以这样制造本专利技术的多功能材料：通过将例如不饱和烃(特别是乙炔)的燃烧火焰施加到至少其表面层是由钛、氧化钛、钛合金或钛合金氧化物形成的基材的表面上而热处理该基材，从而在表面层的内部提供由氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛形成的层；随后通过施加例如热应力、剪切应力或张力而平行于该表面层分割该由微柱丛形成的层而产生两种材料，一种材料包含基材和由暴露在至少一部分(通常是绝大部分)基材上的氧化钛或钛合金氧化物形成的微柱丛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能材料，其特征为在该材料的至少一部分表面上具有许多氧化钛或钛合金氧化物的突起，其中该突起掺杂有碳。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-2-24 049785/20051.一种多功能材料，其特征为在该材料的至少一部分表面上具有许多氧化钛或钛合金氧化物的突起，其中该突起掺杂有碳。2.如权利要求1所述的多功能材料，其在该材料的至少一部分表面上具有由氧化钛或钛合金氧化物的微柱丛形成的层，该层暴露于该表面上，其中微柱掺杂有碳。3.如权利要求1所述的多功能材料，其包含薄膜、在其上形成的许多连续的小宽度突起和在该突起上形成的微柱丛，其中该突起和该微柱是由氧化钛或钛合金氧化物形成的，掺杂有碳并暴露于该薄膜上。4.如权利要求1、2或3所述的多功能材料，其中通过掺杂引入到该材料中的碳形成Ti-C键。5.如权利要求1-4中任一项所述的多功能材料，其用作可见光响应型光催...

【专利技术属性】
技术研发人员：古谷正裕，
申请(专利权)人：财团法人电力中央研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]