(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211276874.0 (22)申请日 2022.10.18 (71)申请人 常州大学 地址 213164 江苏省常州市武进区滆湖中 路21号 (72)发明人 赵晓兵　赵雅廷　 (74)专利代理 机构 常州市英 诺创信专利代理事 务所(普通 合伙) 32258 专利代理师 李楠 (51)Int.Cl. C23C 22/34(2006.01) C23C 22/78(2006.01) C23G 1/10(2006.01) B82Y 20/00(2011.01) B82Y 30/00(2011.01)B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 一种钛合金表面原位生长二氧化钛薄膜的 方法及其应用 (57)摘要 本发明属于材料表 面改性技术领域， 具体涉 及一种钛合金表面原位生长二氧化钛薄膜的方 法及其应用， 通过对钛及钛合金进行水热湿蒸处 理， 在其表面原位生长出纳米TiO2薄膜。 该方法 通过调控纳米二氧化钛薄膜的形貌和颗粒尺寸 大小， 从而达到在不同波长范围内具有不同的光 响应特性。 本方法制备工艺简单、 安全、 样品易回 收， 与基体结合力强， 避免了酸直接与基体接触 从而降低对基体的腐蚀。 所制备的二氧化钛具有 可调控的光响应范围， 在光催化、 生物医用、 传感 器、 耐磨防腐、 自清洁等领域均具有较好的应用 前景。 权利要求书1页 说明书8页 附图6页 CN 115537792 A 2022.12.30 CN 115537792 A 1.一种钛 合金表面原位 生长二氧化 钛薄膜的方法， 其特 征在于， 所述方法步骤如下： (1)将钛合金在硝酸和氢氟酸混合溶液中超声清洗， 去除表面的氧化层， 然后用去离子 水冲洗干净， 接着在无 水乙醇中超声清洗， 并用氮气将钛 合金表面吹干； (2)将清洗干净的钛合金放入聚四氟乙烯支架中， 采用水热溶液浸泡， 然后将该支架置 于装有具有腐蚀溶液 的反应釜中， 进行水热湿蒸处理， 在钛合金表面原位生长二氧化钛薄 膜。 2.根据权利要求1所述的钛合金表面原位生长二氧化钛薄膜的方法， 其特征在于， 步骤 (1)所述清洗钛合金的混合酸为HF、 HNO3和去离子水按照3： 2： 10的体积比得到的混合酸， 稀 释15倍。 3.根据权利要求1所述的钛合金表面原位生长二氧化钛薄膜的方法， 其特征在于， 步骤 (2)所述水热溶液为纯水或者含有氯离子、 碳酸根离子或硫酸根离子的盐溶液， 水热溶液中 盐浓度为1M 。 4.根据权利要求3所述的钛合金表面原位生长二氧化钛薄膜的方法， 其特征在于， 步骤 (2)所述水 热溶液中的盐为MgCl2、 CaCl2、 SrCl2、 CaCO3或Na2SO4。 5.根据权利要求1所述的钛合金表面原位生长二氧化钛薄膜的方法， 其特征在于， 步骤 (2)所述腐蚀溶 液为氢氟酸溶 液。 6.根据权利要求1所述的钛合金表面原位生长二氧化钛薄膜的方法， 其特征在于， 步骤 (2)所述氢氟酸溶 液中氢氟酸与水的体积比为0 ‑1％。 7.根据权利要求1所述的钛合金表面原位生长二氧化钛薄膜的方法， 其特征在于， 步骤 (2)所述水 热湿蒸的温度为10 0‑200℃， 处理的时间1h ‑10h。 8.根据权利要求1 ‑7任一项所述方法得到的二氧化钛薄膜的应用， 其特征在于， 所述薄 膜用于光催化、 生物医用、 传感器、 耐磨防腐、 自清洁领域。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115537792 A 2一种钛合金表面原位生长二氧化 钛薄膜的方 法及其应用 技术领域 [0001]本发明属于材料表面改性技术领域， 具体涉及一种钛合金表面原位生长二氧化钛 薄膜的方法及其应用。 背景技术 [0002]TiO2为其具有优良的生物相容性， 光电性能和电磁性能， 一直以来被广泛应用于 涂料、 防腐防污、 自清洁玻璃、 太阳能电池、 光催化降解有机污染物、 医用金属植入体涂层等 领域。 [0003]纳米TiO2是一种n型半导体材料， 禁带宽度较宽， 其中， 锐钛矿型为3.2ev， 金红石 型为3.02ev， 因为纳米TiO2具有小尺寸效应、 表面效应、 量子尺寸效应、 宏观量子隧道效应 和介电限域效应等特点， 这些特性使得纳米二氧化钛半导体光催化活性均得到提高， 所以 使纳米二氧化钛作为光催化剂得到普遍应用。 目前， 二氧化钛光催化机理被认 为如下： 二氧 化钛作为一种半导体， 具有区别于金属或绝缘物质的特别能带结构， 即在价带和导带之间 存在一个禁带。 当光照射半导体， 光子能量高于半导体吸收阈值时， 半导体价带电子就会获 得能量发生带价跃迁至导带， 从而形成光生电子和光生空穴。 此时， 吸附在二氧化钛表面的 溶解氧俘获电子形成超氧负离子， 而光生空穴可以将吸附在二氧化钛表面的氢氧根和水分 子氧化成氢氧根自由基。 超氧负离子和氢氧根自由基具有很强的氧化性， 可以将大部分的 有机物氧化成二氧化 碳和水。 [0004]当光照结束时电子和空穴将会瞬间复位， 因此光催化对紫外光的依赖性很强， 太 阳光中紫外光能到达地面的只有6.5％， 而且紫外光可以被吸收， 在空气中传播也有很大的 损失， 这大大影响了光催化的利用效率， 在没有太阳光的室内就必须使用紫外荧光灯， 这大 大增加了设备费用。 [0005]目前研究的二氧化钛主要有粉体和薄膜两种。 粉体二氧化钛由于存在易失活、 易 团聚、 难回收的缺点， 使它的应用被限制。 近年来对二氧化钛的研究更倾向于二氧化钛薄 膜， 在载体上制各种形貌的二氧化 钛薄膜。 发明内容 [0006]针对现有二氧化钛存在的问题， 本发明开发一种工艺简单、 操作安全、 能耗较低且 利于减小二氧化钛带隙， 提高二氧化钛光催化性能的改性方法。 TiO2纳米薄膜的组成、 晶 型、 结构、 孔隙大小、 颗粒 大小、 膜的厚度等， 都在很大程度上影响薄膜的性能。 [0007]本发明的主要目的在于在钛或钛合金的表面原位生长出可见光响应二氧化钛纳 米薄膜， 并对其进行改性。 通过调控纳米二氧化钛的形貌尺寸从而去减小二氧化钛的禁带 宽度， 增强其可见光响应。 还通过添加形貌引导液从而去抑制晶粒的生长， 产生量子尺寸效 应扩大能隙宽度增强氧化还原电位。 使其具有优异的光吸收和光催化能力， 从而显著提升 其抗菌能力， 有利于其在光催化、 生物医用、 传感器、 耐磨防腐、 自清洁等领域中的应用。 [0008]为实现上述目的， 本发明采用了如下技 术方案：说　明　书 1/8 页 3 CN 115537792 A 3