提拉法制备TiO2薄膜实验--实验指导书.doc

提拉法制备TiO2薄膜一、实验目的1. 了解溶胶-凝胶法（Sol-gel method）的原理和特点；2. 掌握提拉法制备TiO2薄膜的方法。二、实验原理1. 溶胶-凝胶法概述溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶-凝胶法可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂，透明且稳定，本实验采用溶胶-凝胶法来制备纳米二氧化钛薄膜材料。目前利用溶胶凝胶技术制备薄膜的方法主要有3种：提拉法、旋涂法、层流法 ，这3种方法各有其特点。其中提拉法和旋涂法较为常用，可根据衬底材料的尺寸与形状以及对所制薄膜的要求而选择不同的方法。采用这几种方法制备纳米薄膜时，凝胶膜都是由于溶剂的快速蒸发而不是由于缩聚反应的不断进行形成的。然后再根据需要加热处理凝胶膜，即可得到所要求的薄膜材料。本实验选取提拉法。2. 溶胶-凝胶法的原理本实验制备溶胶所用的原料为钛酸丁脂(TBOT,AR.溶剂)、蒸馏水、无水乙醇(AR.先驱体)以及硝酸。反应物为Ti(O-C4H9)4和水，分相介质为C2H5OH，使Ti(O-C4H9)4在C2H5OH中水解生成Ti(OH)4，脱水后即可获得TiO2。在后续的热处理过程中，只要控制适当的温度条件和反应时间，就可以获得金红石型和锐钛型二氧化钛。钛酸丁脂总水解反应表示为下式，水解产物为含钛离子溶胶。Ti(OC4H9)4+4H2O=Ti(OH)4+4C4H9OH一般认为，在含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相互作用形成复杂的网状基团。上述溶胶体系静置一段时间后，由于发生胶凝作用，最后形成稳定凝胶。三、仪器和试剂实验试剂：钛酸丁酯，无水乙醇，硝酸、冰乙酸、去离子水。玻璃器皿与仪器等：恒温磁力搅拌器，马弗炉，烘箱，移液管（1 mL），移液管（2 mL），量筒(10 mL)，量筒（50 mL)，烧杯(150 mL)，干净载波片，滴管。四、实验步骤1、取10ml钛酸丁酯、30ml无水乙醇、2ml冰乙酸混合，搅拌20min，得到溶液1。2、取1ml去离子水、10ml无水乙醇混合均匀，加入0.5ml硝酸，得到溶液2；3、将溶液2逐滴滴加到溶液1中。4、继续搅拌1h得到淡黄色的TiO2溶胶，清澈透明；5、在步骤4进行时可以取一些干净载波片，用清水洗净后用蒸馏水洗净，再用丙酮润洗后晾干，放在烘箱里（40）烘干；6、将载波片浸入步骤4后得到的溶胶里，10S后缓慢提拉，速度约1mm/s，提拉后就得到一层薄膜；7、将步骤6后的载波片自然晾干后，再提拉第二层膜，如此可以拉完多层薄膜；8、将完全拉完的载波片放入40烘箱10min，冷却后测量薄膜的透光度；（由于时间有限，只测试了1次提拉和3次提拉的载波片）9、将载波片放入马弗炉（450）煅烧6h后取出冷却；五、注意事项1. 醇盐种类、溶剂、加水量、酸催化剂、络合物、添加剂等。水的加入量是溶胶凝胶法工艺中的一项关键参数，此外，对于一些水解活性高的醇盐，如钛醇盐，往往需要控制加入速度(滴加)，否则极易生成沉淀。2. 提拉薄膜一定要保持匀速，中途不能暂停。六