3。3  扫描电子显微镜(SEM)下薄膜的形貌结构 18

3。3。1 薄膜未煅烧处理前 18

3。3。2 薄膜未退火煅烧 18

3。3。3 薄膜退火煅烧 19

3。4  X射线衍射(XRD)分析 20

4。 结论 21

5。 参考文献 22

致谢 24

1 引言

1。1 纳米材料

纳米材料指的是在三维空间中至少有一维处于纳米(1-100nm)尺度范畴或以它们作为基本单元组成的材料。纳米尺度比平常块体材料小而比原子和分子大，是处于微观与宏观体系之间的中心领域，属于介观范畴，一般是指 1~100nm。当一种材料的尺寸进入到纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会明显发生变化。性能的特征性变化和纳米尺度是纳米材料必备的两个基本特性。按纳米尺度在空间的表达特征，可将其分为零维（纳米颗粒材料）、一维（如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维（如纳米膜、纳米盘和超晶格等）和纳米结构材料（如介孔材料）[1]。

按尺度上的特征，纳米材料会表现出一些特殊效应：如表面效应（Surface  Effect）、小尺寸效应（Small Size Effect）、量子尺寸效应（Quantum Size Effect）、宏观量子隧道效应（Macroscopic Quantum Tunneling Effect）。由此衍生出传统固体材料不具备的光、电、热、磁等特殊性质，使得其在化工、电子、医药等领域上有很好的应用前景。图1-1很直观清晰地反映了纳米材料的效应和性能之间的关系及在各领域上的应用。 

图1-1 纳米材料的性能、特殊效应及应用示意图

其中，纳米TiO2是重要的纳米材料之一，因其具有纳米材料的各大效应性质特征；其晶体具有光催化、防紫外线和颜色效应等性能；并且其化学稳定性高，使得纳米TiO2被广泛应用于涂料、纺织、化妆品、高级油漆、精细陶瓷、造纸工业和航天航空等方面。 

1。2 多孔材料

多孔材料是由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的新兴材料体系，具有低密度、高孔隙率、特殊的比表面积和高物质输送能力等特性[2]。按国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的命名规则，多孔材料按孔道尺寸可分为微孔(直径＜2nm)、介孔(直径2～50nm)和大孔(直径＞50nm)材料。多孔TiO2是一种拥有纳米结构的新型半导体材料，具有均匀的孔径，较大的比表面积，易吸附活性物质于表面而形成活性中心，并能增进反应物和产物扩散，故具有普通纳米TiO2无法比拟的优势。然而，多孔纳米TiO2粉末在应用上有一些欠缺，如颗粒细微易团聚、不易分离且难回收、活性成分损失大，不利于产品的再生和再利用等。由于多孔TiO2薄膜，其具备孔道结构，大的比表面积，兼备固定粉末的优点，活性中心可有效提高光催化性能和光电转换效率，因此，多孔TiO2薄膜有着更大的理论研究和实际应用价值，越来越受到人们的关注。

1。3 TiO2的晶体结构

TiO2是一种多晶型物质，钛原子具有22个电子，其中位于3d 轨道的4个价电子与氧原子形成了共价键，它的晶体结构属于闪锌矿结构。TiO2在自然界中存在三种晶体结构，即金红石(Rutile)型、锐钛矿(Anatase) 型和板钛矿(Brookite)型[3]，它们的基本结构单元都为钛氧八面体(Ti-O6)。论文网

锐钛矿型TiO2的结构属于四方晶系，此中每一个八面体与四周8个八面体相接(4个共边，4个共顶角），4个TiO2分子构成一个晶胞，主要应用于受紫外光照射下的光催化剂。因低密度、低介电常数和高电子迁移率，锐钛矿型TiO2在太阳能电池应用中十分受欢迎。金红石型TiO2也归属于四方晶系，Ti原子位于晶格中间位置，6 个氧原子处于八面体的棱角上，每一个八面体与四周10个八面体相连（此中8个共顶角，2条共边），两个TiO2分子构成一个晶胞。在大多温度和压力下，金红石型TiO2都比较稳定。作为催化剂来讲，金红石型TiO2的活性非常低，故其主要用作涂料中的白色颜料。板钛矿型TiO2属于斜方晶系，6 个TiO2分子构成一个晶胞。因板钛矿型晶体结构易变，故在自然界中存在较为稀少[4]。