TiO2薄膜是由TiO2纳米粒子组成的无机半导体纳米结构材料，具有量子尺寸效应和不同于TiO2传统材料的物理特性，可作为新一类性能稳定的半导体材料。

更由于其良好的光催化性以及优异的化学热稳定性和亲水性，使其在光催化处理、绿色环保催化剂、空气净化剂、抗反射涂层等有很大的发展空间，近年来成为研究的新趋势。

TiO2有3种晶型:锐钛矿、金红石矿和板钛矿。TiO2薄膜的制备方法很多，主要有真空蒸发法、溅射法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、电化学法等，采用不同的方法，所要求的实验设备各不相同。

制备的TiO2成分、结构、性能、厚度各不相同，根据相应的用途，选择适宜的制膜方法，以达到设备及药品的最大利用价值。

本文介绍了近几年TiO2薄膜的制备新方法及应用的新领域进行评述和优缺点的总结，并对未来的发展前景作了展望。

1.真空蒸发法

真空蒸发法的特点是纳米薄膜的状态可在制备过程中通过调节加热温度、压力和气氛等参数进行调整，特别适用于金属纳米薄膜的制备。

根据真空蒸发法加热蒸发源的不同，可分为电阻加热法、等离子体加热法、高频感应蒸发法、激光加热法、电子束加热、太阳能反应炉加热等。

各种加热方法各有优缺点，根据实际条件，采用不同的加热方法。

王东亮等采用真空蒸发法，在铜、玻璃板、不锈钢3种不同材料上负载TiO2薄膜，并用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)对薄膜进行分析和表征，以苯酚废水为对象，进行光催化降解实验。

该方法制备的TiO2薄膜具有催化剂用量少、活性高、易回收的优点，三者的催化活性依次是不锈钢、玻璃和铜，研究表明，不同的基材，TiO2薄膜的光基催化活性不同。

美国喷气制造公司Zhang在真空和蒸发法工艺的基础上，采用旋转衬底的手段，成功制备出多组的纳米TiO2薄膜和多层复合纳米膜。

2.溅射法溅射法是指核能粒子轰击固体表面(靶)，使固体原子或分子从表面射出的现象。

被溅射出来的粒子带有更高的能量，并且具有方向性和沉积成膜特性，因此可以将溅射出来的物质沉积到基片或工件表面形成薄膜。

根据激发溅射离子和沉积薄膜方式的不同，可分为直流溅射、离子溅射、射频溅射和磁控溅射。

其中磁控溅射金属Ti靶的方法，能制备出较高折射率的高质量的纳米TiO2薄膜，其制备工艺稳定、条件易于控制，以及掺杂在实际中的应用。

林志东等采用磁控溅射法制备了TiO2纳米薄膜，考察了溅射功率、溅射时真空室压力等工艺参数对薄膜结晶状态、晶粒尺寸的影响。

结果表明，在室温下，只有溅射功率大于100W以上时，才能形成粒子结晶完全的纳米薄膜，随着溅射功率的增加，真空室溅射气压的降低，薄膜中TiO2粒子尺寸显著增大;随着溅射时间的延长，薄膜厚度增加。

张安邦等利用磁控溅射法以不同的条件在掺硼硅片(p+-Si)上制备Ti薄膜，经过一定条件下的氧化转化为TiO2薄膜，从而形成TiO2/(p+-Si)异质结。

研究表明，要使TiO2/(p+-Si)异质结产生显著的电致发光，其中的TiO2薄膜必须呈现单一的锐钛矿相，这就要求在较低的功率下溅射，获得晶粒尺寸较小的Ti薄膜。此外，TiO2薄膜的厚度需要控制在合理的范围。

4.化学气相沉积法

化学气相沉积法是指直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体，让一种或数种气体通过热、光、电、磁和化学等的作用而发生热分解、还原或其他反应。

从气相中析出纳米粒子，冷却后得到金属单质、合金和非金属的氢、氧、氮、碳化合物等各类纳米薄膜。

根据反应物和控制条件的不同，可分为常压化学气相法(APCVD)、等离子化学气相沉积技术(PCVD)金属有机化合法等，随着科学技术的提高，这种制膜方法得到了蓬勃的发展和完善。

刘鹏等研究了以TiCl4为钛源，用APCVD法在玻璃基片上制备TiO2薄膜的工艺，研究了不同基板反应温度下薄膜的表面形貌和晶体结构，分析了表面形貌和结构对亲水性的影响。

结果表明，通过改变反应温度，可以控制锐钛矿和金红石的相对量，薄膜的亲水性和表面形貌粗糙度有密切的关系。

王薇薇等采用APCVD方法，以TiCl4、O2、NH3作为先驱体，成功制备了掺氮TiO2薄膜。

结果表明，掺杂后的膜中引入Ti4O7相，抑制了锐钛矿向金红石相的转变，光吸收发生红移，提高了薄膜在可见光照射下的光催化效率，并改善了薄膜表面的亲水性能。

用等离子体对膜层进行表面处理、控制，得到不同表面性质的TiO2纳米粒子薄膜。

5.电化学气相法电化学气相法是在含有被镀物质离子的水溶液中通直流电，正离子在阴极放电，得到相应的纳米薄膜。

按沉积所用的溶液，可分为水溶液电沉积、非水溶液电沉积、熔盐电沉积。

此方法是可在常温下进行，可以在各种形状复杂和表面多孔的基底上制备均匀的薄膜材料，可通过控制电流、电压、溶液的组分、pH值、温度和浓度等参数，来方便精确的控制薄膜的厚度、化学组分、结构及孔隙率等。

缺点就是必须在导电的基底上沉积薄膜，且制备的薄膜必须进行热处理才能晶化。An等以TiCl4为前驱体，电解液中加入阴离子表面活性剂溴化十六烷三甲基铵(CTAB)，通过阴极电沉积法，制备了TiO2薄膜。

在相同的条件下，向KNO3电解液中加入CTAB，比不加时制得的薄膜要厚，而加入CTAB后所得的薄膜，用于燃料敏化太阳能电池能量转化效率会有相应提高。

Minoura等直接以商品TiOSO4为原料，在阴极电沉积，得到多孔TiO2薄膜，SEM测试表明，TiO2薄膜呈现多孔性，用染料对电极进行敏化后，TiO2电极入射光电流转换率达到了35%。

黄平等采用微弧氧化-水热合成法，在钛合金表面制备出有生物活性的TiO2薄膜。

6.喷雾热分解沉积技术(SPD)

喷雾热分解沉积法是一种将反应物溶解在适当的溶剂中，通过一定的方式使该溶液雾化，将微小液滴喷洒在热的玻璃基板上方，经热分解沉积在玻璃板表面的薄膜制备方法。

具有设备简单、成本低廉、无需真空设备、具有较高的沉积速率、也易于控制薄膜的组分，得到的粒径分布均匀以及适合于大规模连续生产等优点，缺点就是有机钛化合物原料较贵，制备的薄膜需进行热处理。

郎波用热分解法制备了TiO2薄膜，分析了不同热解温度对薄膜的微观结构和光学性能的影响，并对光催化性进行了分析，实验表明，热解温度在500℃,喷雾量控制在1．5~2mL/s，喷雾距离控制在35～45cm时，所形成的TiO2薄膜质量最佳，具有很好的光催化性，该薄膜可见光透过率达89%。

马铭等研究发现，雾化液滴到达基底表面的分散度对薄膜微观结构有直接的影响，先驱液体分散度较小，薄膜表面粗糙，且不均匀;热分散度好，薄膜表面则十分平整。最近Fu-jishima等报道了喷雾热分解沉积法制备ZnO和TiO2薄膜，并研究了薄膜亲水性机理。

7.自组装制备方法

自组装制备方法是指原子、分子或纳米材料在底物上自发地排列成一维、二维甚至三维有序的空间结构。

自组装主要方法有LB膜技术、软刻技术、自组装技术、静电组装技术、模板组装技术，采用此方法可以避免膜的厚度不均匀及膜上有空洞。

此外，利用静电自组装法可制备出有机-无机复合TiO2薄膜。王洪波等采用全氟化离子聚合物Na-fion117薄膜作衬底，制备了Nafion117/MMT复合膜，并在超声作用下，通过溶胶-凝胶法制备了Na-fion117/TiO2复合膜。

利用红外和扫描电镜对微观结构进行表征，结果表明，TiO2粒子可均匀地分布在Nafion117/TiO2复合膜表面，且粒子尺寸均匀。

张晟卯等采用蒸发诱导的超分子自组装法，以TiCl4、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为原料，制备了TiO2/CTAB复合薄膜并对其进行了表征。

结果表明，所制备的薄膜具有有序交替层状结构，这种方法制备的纳米多层膜具有成膜速度快和薄膜有序性更高等优点，还可以通过改变成膜物质浓度和拉膜速度来控制膜的厚度。

1.空气净化

室内空气主要有害物质是甲醛、甲苯，市场上有很多清除甲醛、甲苯等有毒气体的产品，效果不是很理想，现在的纳米TiO2光催化剂能很好的解决这一问题，它有很强的氧化能力，可以将其分解为CO2和H2O。

在室内、建筑物表面涂上纳米TiO2光催化剂，可以有效的降解有害物质，达到净化空气的效果。

2．抗菌自洁作用

采用先进的镀膜技术，在玻璃表面形成纳米级微粒和纳米级微孔结构的TiO2的光催化薄膜。

在阳光的作用下，光催化剂产生了电子空穴对，以其特有的强氧化能力，将玻璃表面的几乎所有的有机物完全氧化，并降解为相应的无害无机物，在雨水冲刷下便可自洁，从而对环境不会产生二次污染。

玻璃表面在催化剂本身的光致两亲性(即亲水、亲油性)的共同作用下，使玻璃表面具有超亲水性，从而使玻璃表面具有自洁、防雾和不易再被污染的功能。

日本已经研究开发出TiO2光催化剂数十种，并应用在陶瓷、瓷砖、玻璃纤维等产品中，已取得显著成绩。在我国，北京首都体育馆、北京工人体育场、北京奥体中心采用了光催化自洁材料。

TiO2光催化剂不仅有很强的杀菌能力，而且能分解由细菌释放出来的有毒物质，对大肠杆菌的实验证明，紫外光照射30min后，TiO2薄膜表面大肠杆菌死亡率接近80%，约2h后，大肠杆菌完全消除。

在医院病房、手术室以及人群密集的区域安放TiO2光催化剂后，可有效杀死细菌，防止感染。

3.光催化有机废水处理

TiO2薄膜光催化处理废水已成为目前人类日益关注的问题，这项新的污染治理技术具有能耗低、操作简单、反应条件温和、具有可利用太阳光、能耗低、可减少二次污染等突出优点，能有效地将有机污

染物转化为H2O2、CO2、PO+、SO－、NO3－、卤素离子

等无机小分子，达到完全无机化的目的。许多难降解或用其他方法难以去除的物质，如氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等也可利用此法有效去除。

仇雁翎等在玻璃纤维网上制备TiO2膜，利用各种测定手段，较为系统地描述了不同热处理温度条件下膜的形貌特点和结构特征，考察了热处理温度对催化剂活性的影响，随着温度的升高，膜催化降解水中有机物的能力提高。

当苯酚初始质量浓度为2mg/L，反应2h，采用4个焙烧温度条件下制得的TiO2薄膜催化剂，对苯酚的去除率都可达90%以上。

但这些研究目前大多停留在实验室阶段，故把工业废水深度净化处理推广到实际应用中，将成为今后研究的目标。

结语

正是由于TiO2薄膜具有优良的光致亲水性和光催化性能，在我们的日常工作和生活中有非常广泛的用途。

随着社会的发展、科学技术的进步以及广大学者不断地努力，TiO2薄膜的应用价值将会不断地提高，将会更好地应用于空气净化、污水处理、医疗卫生等方面。

根据TiO2薄膜的最新研究进展，不同的制备方法，用途不一样，需要的设备条件各有差别，根据实验室条件和制备工艺的要求采用相应的方法。

掺杂将会成为今后研究的重点方向，要提高TiO2薄膜光催化反应效率，主要问题是减小禁带宽度，使激活波段移到可见光区，能够制备出各种催化活性高、亲水性强等特性的复合纳米材料。

目前为止，人们对纳米TiO2薄膜的应用还处于试验性阶段，如何能够使TiO2薄膜长期稳定地附着在机体表面，有效地发挥作用，成为急需解决的问题。

大规模应用于实际还需进一步努力，希望能够在不久的将来掌握纳米TiO2薄膜的工业化制备技术，能更好的应用于生活，为人类创造更好的生活环境。