带有有序空心球阵列的TiO2/C复合电极薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种带有有序空心球阵列的TiO2/C复合电极薄膜的制备方法，首先在预处理后的导电玻璃片上制备聚苯乙烯微球模板，然后进行TiO2薄膜的制备，再通过高温退火，使聚苯乙烯微球碳化形成碳膜粘在空心球的内壁上，同时留下带有有序空心球阵列结构的、致密的、结晶性更好的TiO2薄膜。操作简单、成本低，可用于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备电极膜的方法，尤其涉及一种带有有序空心球阵列的Ti02/C复合电极薄膜的制备方法。
技术介绍
带有空心球阵列结构的电极膜在光电器件中有重要的应用前景，其空心球大小、有序性以及膜的致密性是影响其性能的关键因素(例如能大大提高电极薄膜的陷光性)。而在TiO2上复合碳颗粒膜，则可以大大提高电极对电子的传输和收集能力，从而提高电极的性能。现有技术中的单ー TiO2电极薄膜材料，其陷光性较差，对电子的传输收集能力相 对较弱，而且制备过程复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种操作简单、成本低、可用于大規模生产的带有有序空心球阵列的Ti02/c复合电极薄膜的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的本专利技术的带有有序空心球阵列的Ti02/C复合电极薄膜的制备方法，包括步骤导电玻璃片预处理；在所述导电玻璃片上制备聚苯こ烯微球模板使用旋涂仪在所述导电玻璃片上旋涂制备单层或多层密排聚苯こ烯微球的模板；TiO2薄膜的制备配制成浓度为40mM (千分之一摩尔每升)的TiCl4水溶液，放入70°C的恒温水箱中，保温5分钟以上，然后把带有聚苯こ烯微球模板的导电玻璃片水平放入其中，沉积30min后，水平取出导电玻璃片，室温条件下，自然晾干；高温退火将沉积过TiO2薄膜的样品放入退火炉中，在氩气气氛下，450°C退火2小吋。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术提供的带有有序空心球阵列的Ti02/c复合电极薄膜的制备方法，由于首先在预处理后的导电玻璃片上制备聚苯こ烯微球模板，然后进行TiO2薄膜的制备，再通过高温退火，使聚苯こ烯微球碳化形成碳膜粘在空心球的内壁上，同时留下带有有序空心球阵列结构的、致密的、结晶性更好的TiO2薄膜。操作简单、成本低，可用于大規模生产。附图说明图Ia为本专利技术实施例中Ti02/C复合电极薄膜的正面图片；图Ib为本专利技术实施例中Ti02/C复合电极薄膜的剖面图片单层聚苯こ烯微球作为模板，TiO2沉积时间为30min ；图Ic为本专利技术实施例中Ti02/C复合电极薄膜的剖面图片单层聚苯こ烯微球作为模板，TiO2沉积时间为50min ；图Id为本专利技术实施例中双层聚苯こ烯微球作为模板制备的Ti02/C复合电极薄膜；图Ie为本专利技术实施例中三层聚苯こ烯微球作为模板制备的Ti02/C复合电极薄膜；图If为本专利技术实施例中四层聚苯こ烯微球作为模板制备的Ti02/C复合电极薄膜；图2a为本专利技术实施例中能谱选区为聚苯こ烯微球间隙处，TiO2薄膜中不含碳； 图2b为本专利技术实施例中能谱选区为聚苯こ烯微碳化后留下的空心球区处，TiO2薄膜中含碳。具体实施例方式下面将对本专利技术实施例作进ー步地详细描述。本专利技术的带有有序空心球阵列的Ti02/C复合电极薄膜的制备方法，其较佳的具体实施方式包括步骤导电玻璃片预处理；在所述导电玻璃片上制备聚苯こ烯微球模板使用旋涂仪在所述导电玻璃片上旋涂制备单层或多层密排聚苯こ烯微球的模板；TiO2薄膜的制备配制成浓度为40mM的TiCl4水溶液，放入70°C的恒温水箱中，保温5分钟以上，然后把带有聚苯こ烯微球模板的导电玻璃片水平放入其中，沉积30min后，水平取出导电玻璃片，室温条件下，自然晾干；高温退火将沉积过TiO2薄膜的样品放入退火炉中，在氩气气氛下，450°C退火2小吋。所述导电玻璃片预处理步骤包括依次用丙酮、无水こ醇、去离子水超声清洗导电玻璃片。所述在导电玻璃片上制备聚苯こ烯微球模板步骤中聚苯こ烯微球溶液浓度为2. 5% (质量分数)，使用旋涂仪在导电玻璃片上旋涂聚苯こ烯球溶液后，用等离子体清洗机刻蚀聚苯こ烯球，并通过控制刻蚀时间改变聚苯こ烯球的间距。所述TiO2薄膜的制备步骤中将O. 44ml的TiCl4加入到IOOml的冷水中配制成浓度为40mM的TiCl4水溶液，水温保持0-2 °C。本专利技术的带有有序空心球阵列的Ti02/C复合电极薄膜的制备方法，使用基片(例如硅片、玻璃等)表面覆盖有密排球形颗粒(例如聚苯こ烯微球)阵列的模板作为可移除模板，采用四氯化钛(TiCl4)溶液水解沉积技术，以及聚苯こ烯微球(PS微球)高温碳化技术(惰性气体气氛下)，来制备带有有序空心球阵列的Ti02/c复合电极薄膜，这种方法操作简单、成本低，可用于大規模生产。本专利技术的方法的特点有以下几点I、TiO2薄膜的沉积和结晶分两步进行。2、聚苯こ烯微球高温碳化后，在TiO2薄膜中留下有序的空心球结构。3、Ti02/C复合电极薄膜中空心球阵列可以是单层，也可以是多层(可以通过控制聚苯こ烯微球模板中微球层数来调控)。4、Ti02/C复合电极薄膜中空心球的周期和直径可通过改变聚苯こ烯球模板中聚苯こ烯球的周期和直径来调控。5、聚苯こ烯微球既起到模板的作用，又是Ti02/C复合电极的碳源。6、高温退火时，聚苯こ烯微球的碳化、TiO2薄膜中空心球的形成以及TiO2的结晶同时发生。 7、Ti02/C复合电极薄膜的制备过程只需用到恒温水箱及高温退火炉，操作方便、简单。具体实施例所用设备超声机、旋涂仪、等离子体清洗机、恒温箱、退火炉等。具体步骤导电玻璃片预处理依次用丙酮、无水こ醇、去离子水超声清洗导电玻璃片。导电玻璃片上聚苯こ烯微球模板的制备使用旋涂仪在导电玻璃片上旋涂制备密排聚苯こ烯球模板(按需要可制备单层或多层)。聚苯こ烯微球溶液浓度为2. 5% (买来后不做进ー步处理，直接使用)。用等离子体清洗机刻蚀聚苯こ烯球一定时间，改变聚苯こ烯球间距(时间越长，聚苯こ烯球的直径越小，球之间的间距越大)以此来改变所制备电极膜中的空心球直径以及球间的间距，于此同时，可使聚苯こ烯微球与导电玻璃衬底粘连在一起。TiO2薄膜的制备将O. 44ml的TiCl4 (优级纯)加入到IOOml的冷水(水温0_2°C之间)中配制成浓度为40mM的TiCl4水溶液，把配好的溶液放入70°C的恒温水箱中，保温5分钟，然后把带有聚苯こ烯模板的导电玻璃片水平放入其中，沉积30min后(TiCl4水分解得到的TiO2沉积在聚苯こ烯球的表面以及间隙位置。沉积时间不同，TiO2薄膜厚度不同)，用镊子取出导电玻璃片，取出过程中要始終保持导电玻璃片处于水平。室温条件下，自然晾干。高温退火将沉积过TiO2薄膜的样品放入退火炉中，在氩气气氛下，450°C退火2h,以此使聚苯こ烯微球碳化形成碳膜粘在空心球的内壁上，同时留下帯有有序空心球阵列结构的、致密的、结晶性更好的TiO2薄膜。本专利技术采用四氯化钛水解的溶液生长方法，通过调控四氯化钛水解液的溶液浓度、反应时间和温度，在聚苯こ烯微球模板球表面以及间隙中沉积TiO2薄膜，然后对样品进行高温退火(惰性气体气氛中),就可得到大面积高质量的带有有序空心球阵列的Ti02/C复合电极薄膜。空心球的周期和直径可通过聚苯こ烯球模板中聚苯こ烯微球的周期和直径来调控，薄膜的厚度可以通过调控样品在四氯化钛水解液中的放置时间来调控。专利技术的效果如图Ia—图If所示，带有有序空心球阵列的Ti02/C复合电极薄膜的扫描电子显微镜图像，薄膜中空心球周期为500nm。图Ia为Ti02/C复合电极薄膜的正面图片；图Ib为Ti02/C复合电极薄膜的剖面图片单层聚苯こ烯微球作为模板，TiO2沉积时间为30min ；图Ic为Ti02/C复合电极薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有有序空心球阵列的Ti02/c复合电极薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤 导电玻璃片预处理； 在所述导电玻璃片上制备聚苯こ烯微球模板使用旋涂仪在所述导电玻璃片上旋涂制备单层或多层密排聚苯こ烯微球的模板； TiO2薄膜的制备配制成浓度为40mM的TiCl4水溶液，放入70°C的恒温水箱中，保温5分钟以上，然后把带有聚苯こ烯微球模板的导电玻璃片水平放入其中，沉积30min后，水平取出导电玻璃片，室温条件下，自然晾干； 高温退火将沉积过TiO2薄膜的样品放入退火炉中，在氩气气氛下，450°C退火2小吋。2.根据权利要求I所述的带有有序空心球阵列的Ti02/C复合电极薄膜的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张煜欣，吴摞，叶长辉，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：