TiO2薄膜的自组装制备及表征.pdfVIP

第27卷第1期 东 南 大 学 学 报 VO1．27 NO．1 1997年1月 JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY Jan．1 997 1 TiO。薄膜的自组装制备及表征’ 黄 丹 黄宁平V 袁春伟 一丁^／；D 2／ (东南太学分干与生特分干电干学实验室，南京210018) (=) 。／ 摘 要 表实验通过水解政酸四T酯的方法得到TiO。超微粒腔体溶液，并在室温下将 其淀积在表面磺酸基化的有机自组蓑单层上，制成透明的TiO z薄膜．俄歇电干能谱 (AES)、X一射线光电干能谱(XPS)测定结秉表明：TiO 薄膜是均匀的，膜厚约为30 rim． 关键词 三墨兰 Tioz ；皇璺篓兰墨fSAM)~硅烷偶联荆 j备 中圉法分类号 O 614．411 TiO 薄膜的制备一般采用化学气相淀积(CVD)、金属有机化学气相淀积(MOcVD)和溶 胶一凝胶(sol-ge1)等技术．但用CVD法，在薄膜淀积时TiO。的形态随基底温度的改变而改变； 用sobgel法，则要在高的退火温度下才能形成稳定的金红石薄膜．而近年来发展起来的有机 自组装单层上(SAMs)淀积的技术能在低温下制备TiO 薄膜，且能控制薄膜的形态和膜液界 面粒子生长的大小 ]，生成一种高度有序且紧密堆积的单层薄膜．Shin等 报道了在单晶硅上 用1一硫代醋酸酯基一16-三氯硅烷基十六烷、1一三氟代醋酸酯一16-三氟代硅烷基十六烷作为自组 装单层，淀积出了性能良好的TiO 薄膜． 本文报道了在普通载玻片表面上，用硅烷偶联剂KH一590[(cH。)。SiCH。CH。CHzSH]作为 自组装单层，淀积出了TiO 薄膜．由于选用了水解性较三氯硅烷类弱的硅烷偶联剂，组装反应 不必在惰性气氛中进行．在室温下制得了具有良好透明性、表面均匀的TiC) 薄膜． 1 实验部分 1)试剂的纯化 将硅烷偶联剂KH一590(由南京曙光化工一厂提供)减压蒸馏，收集 94℃／1333．22 Pa的馏分；溶剂苯和异丙醇进行无水处理． 2)基片的准备 取普通载玻片用洗涤剂洗，然后在铬酸洗液中浸泡数小时．用大量蒸馏 水冲洗后，依次在氯仿、异丙醇溶液中超声洗1 5 min．最后保存在无水异丙醇中待用． 3)功能化基片的制备 以无水苯为溶剂配制浓度为5．0×10 mol／L的KH一590溶液，基 片干燥后浸入所配溶液中，在室温下分别组装2～20 h间的一系列时间．取出基片依次用苯、 氯仿、水淋洗．然后在氯仿中超声5min．干燥后用日本AVELV公司的AES．350型俄歇电子能 ·国家自然科学基金(No 6937]092)资助的部分工作， 收稿日期；】996—04—04．修改稿收到日期：1996—09—12． 第l期 黄 丹等：TiO 薄膜的自组装制备及表征 69 谱仪表征． 玻璃表面有机单层端基的原位转化(一SH~SO H)是将上述制得的基片放入过氧化钠饱和 水溶液中，在室温下反应l hE ，或放入35 的HNO 溶液中，在≤80~C时反应2 h，反应后基片 用蒸馏水i中洗，进行XPS分析． 4)SAMs上TiO 薄膜的淀积 用钛酸四丁酯制备TiO 超微粒胶体溶液0 (O．07 mol／L， pH一2～3)，把组装有有机单层的基片浸入该溶液中，在室温下淀积4 h，基片取出后用蒸馏水 i中洗，干燥后测XPS．用裸露的玻片做同样的试验． 2 结果与讨论 2．1 SAMs的表征 最初淀积硫醇的SAMs的AES测定结果(图1)表明，各种组装时间的基片表面均有硫的 吸收峰(152．0 eV)，但组装时间在10 h以下时，虽然AES测得了硫的信号，但此时基底的硅信 号非常强(图l(a)、(b))，说明还有基底暴露在外，即玻片表面未能被KH一590完全覆盖，而组 装l 5 h后(图l(c))AES测得的硫信号(与苯底硅信号比较)较强，可以认为KH一590已完全结 合到玻片表面；为