一种钛氧化合物柔性光电腐蚀薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钛氧化合物柔性光电腐蚀薄膜及其制备方法，借助双阴极辉光等离子放电作用在不锈钢箔基体表面溅射沉积钛氧化合物薄膜，将基体用丙酮进行超声清洗；之后将预处理好的基体放入等离子体炉内的试样台上完成样品表面钛氧化合物薄膜的制备。本发明专利技术以高纯金属元素为靶材，为了提高元素反应的供应量和供应效率，在基片和靶材周围形成双层辉光等离子放电，成膜仅需要10‑30min。本发明专利技术得到的薄膜与基体之间发生了互渗，因此基体与薄膜之间的结合强度高。本发明专利技术得到的薄膜表面质量高，且制备方法成本低，无污染，工艺流程较为简单，对基体本身的性能几乎无影响，不损伤基体。

【技术实现步骤摘要】
一种钛氧化合物柔性光电腐蚀薄膜及其制备方法
本专利技术涉及薄膜制备
，具体涉及一种钛氧化合物柔性光电腐蚀薄膜及其制备方法。
技术介绍
过去几十年见证了全球经济的快速发展，但与此同时也带来了许多环境和能源问题。TiO2由于其强大的氧化能力、无毒、高化学稳定性和光稳定性，已被广泛应用于光催化领域。然而由于TiO2具有较宽的带隙使其对太阳光的利用率不高。具有氧空位的TiOx有着TiO2不可比拟的导电性和可见光响应能力，吸引了人们的注意。二氧化钛纳米材料是用于制氢和治理环境污染的重要材料之一。TiO2有以下常见的晶相：四方晶锐钛矿，四方晶金红石，斜方晶板钛矿。其中金红石相和锐钛矿相具有较高的光活性，然而由于具有较宽的带隙限制了其对太阳光的利用。TiOx是一系列具有氧缺陷的亚氧态化合物，具有TiO2不可比拟的导电性和光响应能力，而且具有成本优越性，因此TiOx成为极具研究价值的和拥有广泛应用前景的材料。TiOx中存在的氧缺陷影响了材料本身的光吸收性能和导电性能，TiOx相比于TiO2禁带较窄，对可见光具有较强的响应能力；TiOx具有高电导率，此外，TiOx在腐蚀介质中具有化学惰性和较稳定的电化学稳定性。这使得其在惰性电极和电池等光电领域有广泛的应用。目前已有的钛氧化合物薄膜的制备方法有喷雾热解法、溶胶-凝胶法、自组装电化学阳极氧化法、化学浴沉积法等，但是上述化学制备方法所制备出来的薄膜化学组成复杂，薄膜的厚度较厚，且涂覆不均匀。目前通过等离子物理溅射沉积方法制备该薄膜制备尚未有研究。
技术实现思路
本专利技术针对钛氧化合物薄膜在高质量、大面积等快速制备方面的问题，提出以等离子物理溅射沉积的方法在不锈钢箔基体上制备钛氧化合物薄膜的方法，该工艺可控性好、速度快、成本低，制备得到的薄膜均匀性好，组成成分单一，适合大面积制备。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种钛氧化合物柔性光电腐蚀薄膜及其制备方法，包括以下步骤：1)将不锈钢箔基体分别用丙酮及去离子水超声清洗，将预处理好的基体放入等离子溅射炉体内的载物台上，并用保温套罩住，样品上方的钛为源极靶材；2)基片表面形成一层等离子辉光放电，同时靶材表面也形成一层等离子辉光放电区，两层等离子辉光放电区交叠增强成膜效率，辉光放电提高基体表面活化能力，促使与靶材元素之间形成互扩散界面层；3)打开等离子溅射成膜设备及冷水泵，使用机械泵将镀膜炉体气压抽至2-5Pa，再使用分子泵将炉体背底真空度抽至(3-6)×10-4Pa，使炉内保持高真空状态；4)将炉内充入氩气，再重新抽到极限真空度，以排出炉内的空气；5)向炉体按比例充入氩气和氧气，打开工件电源并施加300-350V电压，对试样进行10-30分钟预轰击；6)预轰击之后调节工作电压和源极电压，使工件和源极达到工作温度，稳定各工艺参数并开始保温镀膜；7)依次关闭源极电源、阴极电源和气源，然后将真空炉内抽至(2-5)×10-4Pa真空度，冷却到室温出炉取出，即得到Fe-Cr-Ni共掺入TixOy薄膜中形成多元素复合合金层。步骤1)中，不锈钢箔基体分别用丙酮及去离子水超声各清洗2-4小时。步骤1)中，样品与靶材之间的极间距保持在18-22mm。步骤4)中，将炉内充入氩气至15-25Pa，再抽到极限真空度，重复2-3次，以尽可能排出炉内的空气。步骤5)中，氩气和氧气体积比为5:1-9:1，使得炉体气压达到35Pa。步骤6)中，预轰击之后调工作电压至300-350V，将源极电压调到800-950V，使工件和源极达到工作温度500-650℃，稳定各工艺参数并开始保温30min镀膜。多元素复合合金层中，Fe-Cr-Ni基体复合元素的成分分布较为稳定，而Ti和O的质量百分比随着随氩氧比变化较为明显。材料表层中Ti的质量百分含量为3.27％-7.08％，O的质量百分含量为12.29％-20.44％，Ti和O的质量百分比变化区间在0.1-0.5之间。本专利技术提供了一种以钛为钛氧化合物溅射的靶材元素，借助双阴极辉光等离子放电作用在不锈钢箔基体表面溅射沉积钛氧化合物薄膜，将基体用丙酮进行超声清洗；之后将预处理好的基体放入等离子体炉内的试样台上完成样品表面钛氧化合物薄膜的制备。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术以高纯金属元素为靶材，为了提高元素反应的供应量和供应效率，在基片和靶材周围形成双层辉光等离子放电，成膜仅需要10-30min.2.本专利技术得到的薄膜与基体之间发生了互渗，因此基体与薄膜之间的结合强度高。3.本专利技术得到的薄膜表面质量高，且制备方法成本低，无污染，工艺流程较为简单，对基体本身的性能几乎无影响，不损伤基体。附图说明图1：本专利技术实施例制备的钛氧化合物薄膜的瞬态时间-光电流谱图。图2：本专利技术实施例制备的钛氧化合物薄膜的Tafel曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：一种以钛为钛氧化合物溅射的靶材元素，借助双阴极辉光等离子放电作用在不锈钢箔基体表面溅射沉积钛氧化合物薄膜的方法，其工艺过程和步骤如下：(1)将不锈钢箔基体用丙酮进行超声清洗，将预处理好的基体放入等离子溅射炉体内的载物台上，并用保温套罩住，样品上方的钛为源极靶材，样品与靶材之间的间距为工件的极间距，极间距保持在20mm。(2)基片表面形成一层等离子辉光放电，同时靶材表面也形成一层等离子辉光放电区，由两层等离子辉光放电区交叠增强成膜效率。(3)打开等离子溅射成膜设备以及与其配套的冷水泵等，使用机械泵将镀膜炉体气压抽至3Pa，再使用分子泵将炉体气压进一步抽至3×10-4Pa，使炉内保持高真空状态；(4)将炉内充入氩气至15Pa，重新抽到极限真空度，如此往复3次，以尽可能排除炉内的空气。(5)向炉体充入氩气和氧气的比例为5:1，使得炉体气压达到35Pa，打开工件电源并施加300V电压，对试样进行10分钟左右预轰击，一方面对试样进行清洗，另一方面活化表面以便于活性原子的吸附。(6)预轰击之后调至350V工作气压，将源极电压调整到试验值850V，使工件和源极达到工作温度550℃，稳定各工艺参数并开始保温30min镀膜。(7)依次关闭源极电源、阴极电源和气源，然后将真空炉内抽至3×10-4Pa真空度，并随炉冷却到室温。(8)该工艺所制备的钛氧化合物薄膜，通过EDS能谱分析观察薄膜各组成成分的含量，见表1所示。薄膜的元素能谱分析表明，当氩氧比为5:1时，该薄膜中Ti和O的质量百分比为1:4，e-Cr-Ni基体中复合元素共掺入TixOy薄膜中形成含多元素的复合合金层。紫外灯开启时，光电流的稳定值为0.28mA,自腐蚀电位为-408mV。实施例2：一种以钛为钛氧化合物溅射的靶材元素，借助双阴极辉光等离子放电作用在不锈钢箔基体表面溅射沉积钛氧化合物薄膜的方法，其工艺过程和步骤如下：(1)将不锈钢箔基体用丙酮进行超声清洗，将预处理好的基体放入等离子溅射炉体内的载物台上，并用保温套罩住，样品上方的钛为源极靶材，样品与靶材之间的间距为工件的极间距，极间距保持在20mm。(2)基片表面形成一层等离子辉光放电，同时靶材表面也形成一层等离子辉光放电区，由两层等离子辉光放电区交叠增强成膜效率。(3)打开等离子溅射成膜设备以及与其配套的冷水泵等，使用机械泵将镀膜炉体气压抽至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛氧化合物柔性光电腐蚀薄膜及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将不锈钢箔基体分别用丙酮及去离子水超声清洗，将预处理好的基体放入等离子溅射炉体内的载物台上，并用保温套罩住，样品上方的钛为源极靶材；2)基片表面形成一层等离子辉光放电，同时靶材表面也形成一层等离子辉光放电区，两层等离子辉光放电区交叠增强成膜效率，辉光放电提高基体表面活化能力，促使与靶材元素之间形成互扩散界面层；3)打开等离子溅射成膜设备及冷水泵，使用机械泵将镀膜炉体气压抽至2‑5Pa，再使用分子泵将炉体背底真空度抽至(3‑6)×10‑4Pa，使炉内保持高真空状态；4)将炉内充入氩气，再重新抽到极限真空度，以排出炉内的空气；5)向炉体按比例充入氩气和氧气，打开工件电源并施加300‑350V电压，对试样进行10‑30分钟预轰击；6)预轰击之后调节工作电压和源极电压，使工件和源极达到工作温度，稳定各工艺参数并开始保温镀膜；7)依次关闭源极电源、阴极电源和气源，然后将真空炉内抽至(2‑5)×10‑4Pa真空度，冷却到室温出炉取出，即得到Fe‑Cr‑Ni共掺入TixOy薄膜中形成多元素复合合金层。

【技术特征摘要】
1.一种钛氧化合物柔性光电腐蚀薄膜及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将不锈钢箔基体分别用丙酮及去离子水超声清洗，将预处理好的基体放入等离子溅射炉体内的载物台上，并用保温套罩住，样品上方的钛为源极靶材；2)基片表面形成一层等离子辉光放电，同时靶材表面也形成一层等离子辉光放电区，两层等离子辉光放电区交叠增强成膜效率，辉光放电提高基体表面活化能力，促使与靶材元素之间形成互扩散界面层；3)打开等离子溅射成膜设备及冷水泵，使用机械泵将镀膜炉体气压抽至2-5Pa，再使用分子泵将炉体背底真空度抽至(3-6)×10-4Pa，使炉内保持高真空状态；4)将炉内充入氩气，再重新抽到极限真空度，以排出炉内的空气；5)向炉体按比例充入氩气和氧气，打开工件电源并施加300-350V电压，对试样进行10-30分钟预轰击；6)预轰击之后调节工作电压和源极电压，使工件和源极达到工作温度，稳定各工艺参数并开始保温镀膜；7)依次关闭源极电源、阴极电源和气源，然后将真空炉内抽至(2-5)×10-4Pa真空度，冷却到室温出炉取出，即得到Fe-Cr-Ni共掺入TixOy薄膜中形成多元素复合合金层。2.根据权利要求1所述的钛氧化合物柔性光电腐蚀薄膜及其制备方法，其特征在于：步骤1)中，不锈钢箔基体分别用丙酮及去离子水超声各清洗2-4小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：费佳蕾，谷卓欣，吴红艳，张成远，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32