專利名稱：金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法
金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種金屬工件表面制備高催化活、性二氧化鈦薄膜的方法，特別是 一種制程簡單、高效與環(huán)保的金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法。背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的涂裝技術(shù)主要有噴涂、靜電、粉體等方式的涂裝，但在環(huán)保方面都 有不可避免的環(huán)境污染問題，如采用吹氣式噴槍涂裝作業(yè)，不但浪費油漆而且作 業(yè)效率低。而龜泳涂裝則是將金屬工件浸漬在電泳涂料槽子中作為陽極(或陰 極)，在槽中另設(shè)對應(yīng)的陰極(或陽極)，在兩極間通一定時間的直流電，在 被涂物上析出均一、水不溶涂膜的一種涂裝方法。電泳涂裝方法有如下優(yōu)點 a.提高了產(chǎn)品的防腐性和裝飾性，同時簡化了表面處理的工藝流程和減少貴重 金屬廢水排放量；b.大大減少廢水的排放量，從而降低成本。電泳涂裝在環(huán)境 污染和所使用的有機化學(xué)物方面也有很高的環(huán)保性。其具體表現(xiàn)為電泳涂裝 使用水溶性涂料，涂料中80%以上是水分。與其它水溶性涂料相比，溶劑含量 少，且因低濃度，無火災(zāi)危險，涂料回收好，溶劑含量低，對水質(zhì)和大氣污染 少，對環(huán)境的污染也相應(yīng)減少。電泳涂裝主要使用丙烯酸樹脂或環(huán)氧樹脂(無 鉛)，對人體無特別的毒性。電泳涂裝過程中帶出的涂料可100%的回收利用。 與噴涂法等相比，涂料的有效利用率可高于95%。電泳涂裝在實際應(yīng)用中顯示出 高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、經(jīng)濟等優(yōu)點，受到世界各國涂裝界的重視，所以電泳涂裝 是今后涂裝發(fā)展最有前途的工藝之一。
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的健康和環(huán)境意識逐漸增強，越來越希望生活在更 加干凈美麗的環(huán)境中，市場對抗菌制品的需求也會越來越旺盛。
二氧化鈦薄膜在光照射下具有分解有機物和超親水性現(xiàn)象，因而引起廣泛 關(guān)注。其防污、除臭、殺菌、防霧和"自清潔"等功能已被廣為開發(fā)。但是，二氧 化鈦禁帶寬度較寬(E =3.2 eV)，只能吸收短波范圍(〈387 nm)的太陽光能(只 占全部太陽光能的1%)，使得太陽光能的利用率較低。因此，降低二氧化鈦的 禁帶寬度，促使其光吸收范圍向可見光波長方向移動，是提高二氧化鈦光催化 效能的有效手段之一。
常見的二氧化鈦薄膜的制備方法采用溶膠-凝膠法(Sol-gel),化學(xué)氣相沉積 法(CVD)，物理氣相沉積(PVD)、陰/陽極電沉積法、自組裝制膜等等；其制 備方法和設(shè)備都相對比較復(fù)雜，成本高。曾有電泳涂裝方法(electrophoresis) 在導(dǎo)電玻璃上鍍納米二氧化鈦薄膜，結(jié)果表明納米二氧化鈦薄膜在紫外光下是
一種有較好催化效果的納米材料，但電泳涂裝方法制備二氧化鈦薄膜主要應(yīng)用
在導(dǎo)電玻璃、太陽能電池以及建筑材料行業(yè)，在3C產(chǎn)品的外觀件上還未見相關(guān) 的報道，且該二氧化鈦薄膜無法在可見光下達到光催化的效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種制程簡單、高效與環(huán)保的金屬工件表面制 備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法。
為達上述目的，本發(fā)明提供一種金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄
膜的方法，其包括以下步驟提供一金屬工件；將該金屬工件的表面進行脫脂、 酸洗、清洗及烘干處理；將烘干后的金屬工件的表面進行電泳涂裝處理，以形 成二氧化鈦涂膜；將經(jīng)電泳涂裝處理的金屬工件的表面進行稀土摻雜處理。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的 方法具有以下優(yōu)點
1. 制程和工藝簡單，量產(chǎn)性高(即高效)；
2. 適合所有的金屬基材；
3. 制備的涂膜具有抗菌/自潔等功效；
4. 環(huán)保幾乎不產(chǎn)生任何廢棄物，對環(huán)境相當友好；
5. 光催化反應(yīng)效果明顯改善。
在金屬工件上采用此電泳法制備二氧化鈦涂膜，制備的二氧化鈦涂膜可達 到抗菌/自潔等功效。此法制備的產(chǎn)品，膜層均勻、厚度可控。且通過本方法處 理的金屬工件表面具有抗菌、自潔等多種光催化功能，可以用在需要抗菌/自潔 等訴求的3C產(chǎn)品的外飾件上，具有極好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法的流程圖。
具體實施方式
請參閱圖1所示，本發(fā)明金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法包括以下步驟-
步驟101:提供一金屬工件，其中，該金屬工件可為鋁、鎂、鈦、不銹鋼或 合金，該金屬王"f?？蓱?yīng)用于3C(Computer & Communication & Consumer & electronic,電腦產(chǎn)品&通訊產(chǎn)品&消費電子產(chǎn)品)產(chǎn)品中。
步驟102:將該金屬工件的表面進行脫脂、酸洗、清洗及烘干處理，其中， 對金屬工件的表面進行清洗處理所采用的設(shè)備是超聲波設(shè)備。
步驟103:將烘干后的金屬工件的表面進行電泳涂裝處理，以形成二氧化鈦 涂膜。
電泳涂裝處理的具體步驟為在制好的二氧化釹膠體溶液(其濃度可為 0. 05 lg/mL)中插入烘干后的金屬工件作鍍膜電極，而以不銹鋼電極作指示電 極，并連接直流穩(wěn)壓電源(20 60 V)進行電泳涂裝處理，電泳涂裝的時間為10s
5min，便可在該金屬工件表面形成二氧化鈦涂膜，其中，二氧化鈦涂膜的厚度為 0.1 12uia;其中，該二氧化鈦膠體溶液的制備方法如下將一定量的納米二 氧化鈦粉體(該納米二氧化鈦粉體可以是銳鈦礦、銳鈦礦、金紅石型混合型、二 氧化硅混合型或二氧化鋯混合型)放入瑪瑙研缽中研磨，同時加入含羥基的極性 溶劑異丙醇，繼續(xù)研磨，得到高濃度的二氧化鈦膠體溶液后轉(zhuǎn)移至燒杯中，使 用前將二氧化鈦膠體溶液攪拌分散0. 5 lh。
電泳涂裝方法制備二氧化鈦薄膜是利用帶正電二氧化鈦粒子的遷移現(xiàn)象， 在一定的直流偏壓下，使粒子聚集在導(dǎo)電基底上形成均勻的薄膜。電泳涂裝方 法制備二氧化鈦薄膜具有高平整度與高粗糙度，薄膜的厚度可以通過成膜電流 及成膜時間來控制。
步驟104:將經(jīng)電泳涂裝處理的金屬工件的表面進行稀土摻雜處理。
稀土摻雜處理的具體步驟為在0.5 3xl(T2 mol/L的稀土離子溶液(如 Ce3+/La37 Ce"等)中將經(jīng)電泳涂裝處理的金屬工件浸漬提拉，然后烘干。根據(jù) 需要可以將浸漬提拉及烘干處理的過程重復(fù)若干次，以得到需要的濃度，再自 然冷卻至室溫后取出。
稀土元素具有f電子，易產(chǎn)生多電子組態(tài)，其氧化物也具有晶型多、吸附 選擇性強、電子型導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性好等特點。稀土元素摻雜就是利用物理或 化學(xué)方法，將稀土元素引入二氧化鈦晶格結(jié)構(gòu)，從而在其中引入新電荷、形成 缺陷或改變晶格類型，進而影響光生電子和空穴的運動狀況、調(diào)整其分布狀態(tài) 或者改變二氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致二氧化鈦的光催化活性發(fā)生改變。合 理的稀土摻雜可以使二氧化鈦光催化劑的吸光波長發(fā)生紅移、光吸收能力提高、 光生電荷復(fù)合減少、傳遞加快、表面缺陷增加、表面吸附加強、粒徑減小、焙 燒過程向金紅石型的轉(zhuǎn)變減緩，從而使光催化反應(yīng)效果明顯改善。
權(quán)利要求
1. 一種金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法，其特征在于包括以下步驟(1)提供一金屬工件；(2)將該金屬工件的表面進行脫脂、酸洗、清洗及烘干處理；(3)將烘干后的金屬工件的表面進行電泳涂裝處理，以形成二氧化鈦涂膜；(4)將經(jīng)電泳涂裝處理的金屬工件的表面進行稀土摻雜處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于該金屬工件應(yīng)用于電腦產(chǎn)品、通訊產(chǎn)品或消費電子產(chǎn)品中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于該金屬工件為鋁、鎂、鈦、不銹鋼或合金。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(2)采用超聲波設(shè)備對金屬工件的表面進行清洗處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(3)中的二氧化鈦涂膜的厚度為0.1 12tim。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法，其特征在于步驟(4)的具體步驟為，在一定濃度的稀土離子溶液中將經(jīng)電泳涂裝處理的金屬工件浸漬提拉，然后烘干。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方 法，其特征在于步驟(4)中的稀土離子溶液為Ce3+、 1^3+或Ce"的溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬工件表面制備高催化活性二氧化鈦薄膜的方法，其包括以下步驟提供一金屬工件；將該金屬工件的表面進行脫脂、酸洗、清洗及烘干處理；將烘干后的金屬工件的表面進行電泳涂裝處理，以形成二氧化鈦涂膜；將經(jīng)電泳涂裝處理的金屬工件的表面進行稀土摻雜處理。由于電泳涂裝技術(shù)在實際應(yīng)用中顯示出簡單、高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、經(jīng)濟等優(yōu)點，將電泳涂裝技術(shù)應(yīng)用于二氧化鈦涂膜制程中，可使得二氧化鈦涂膜制程也變得簡單、高效與環(huán)保。且二氧化鈦涂膜在稀土摻雜處理后，其光催化反應(yīng)效果明顯改善。
文檔編號B01J37/00GK101377004SQ20071013134
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者郭雪梅 申請人:漢達精密電子(昆山)有限公司