本发明属于光催化材料技术领域，特别涉及一种自清洁用氮掺杂二氧化钛薄膜的制备方法。
技术背景
二氧化钛薄膜是一种重要的半导体光催化材料，自从1972年Fujishima和Honda发现了TiO2半导体可在紫外光照下将水光解成H2和O2以来，半导体光催化研究因其在能源与环境等方面的应用而得到重视。由于TiO2无毒、活性高、耐腐蚀等特点而成为应用前景最好的光催化剂。常用在玻璃等基片表面，制备具有自清洁的产品。如可以用在建筑玻璃、幕墙玻璃、装饰玻璃、汽车挡风玻璃、反光镜、灯具灯罩玻璃、盖板玻璃、、厨房玻璃、镜片玻璃、家电玻璃、仪器仪表玻璃等物品表面。
但由于TiO2禁带宽度较大，只能在紫外光下才能激发其光催化作用，为了提高对太阳光的有效利用，对TiO2进行掺杂以扩展其光响应范围从而提高其光催化活性已成为目前TiO2光催化领域最具挑战性的研究课题之一。近年来，对TiO2的掺杂研究分为金属掺杂和非金属掺杂。N掺杂由于其优异的性能，越来越得到人们的重视。2001年R.Asahi等报道了N掺杂的TiO2具有可见光响应，并发现氮替代少量的晶格氧可以使二氧化钛的带隙变窄，在不降低紫外光下活性的同时使二氧化钛具有可见光活性。
目前N掺杂TiO2薄膜的制备方法主要有溅射法、脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法等。然而目前大多数的制备方法都存在比表面积小、催化效果差等缺点。
技术实现要素：
本发明的目的就是提供一种用于自清洁的氮掺杂二氧化钛薄膜的制备方法，该方法制备的薄膜性能优异，大大提高了光催化的效率。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种自清洁用氮掺杂二氧化钛薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）清洗玻璃基片，后用高压N2吹干；
（2）采用反应离子束技术对所述玻璃基片表面进行刻蚀，使所述玻璃基片表面具有凹凸不平的微结构；
（3）采用磁控溅射技术在所述玻璃基片表面的微结构上沉积氮掺杂二氧化钛薄膜。
本发明技术方案中，所述步骤（1）清洗玻璃基片，包括先用丙酮超声20min，再用酒精超声20min，最后用去离子水超声20min；
所述步骤（2）中的刻蚀气体为Ar和三氟甲烷（CHF3）的混合气体，其流量比为1：1.5～3；
所述步骤（2）采用的反应离子束刻蚀设备，本底真空≤6×10-3Pa；工作压强为4～8×10-1 Pa；离子束流能量为350～450eV；束流为60～80mA；加速电压200～300V；入射角为20～40°；刻蚀时间5～8min；
所述步骤（3）中磁控溅射镀氮掺杂二氧化钛薄膜中，本底真空≤6×10-4Pa；工作压强4～8×10-1Pa；射频溅射功率150～200W；靶材为TiO2陶瓷靶；溅射工艺气体Ar流量20～30sccm；反应气体N2流量4～8sccm；膜层厚度400～600nm。
本发明开发了一种新的用于自清洁的氮掺杂二氧化钛薄膜的制备方法，先采用反应离子束技术，对玻璃基片表面进行刻蚀处理，获得微结构的玻璃基片，然后在玻璃基片上以磁控溅射技术沉积氮掺杂二氧化钛薄膜，从而得到具有更大比表面积、更广光催化反应波长范围的薄膜，提高了光催化的效率。
以下通过示例说明本发明主旨的描述，以清楚本发明的其他方面和优点。
本发明以反应离子镀刻蚀得到的微结构为基底，通过磁控溅射法在其表面制备N掺杂TiO2薄膜。这种方法有利于克服薄膜比表面积小，光催化性能差的缺点。得到的N掺杂TiO2薄膜与基底连接性能好，光催化效果好，可利用的波长范围广。同时，微结构具有抗反射性能，在使用时可以提高薄膜对太阳光的利用率，提高光催化性能。
具体实施方式
实施例一
（1）玻璃基片表面的清洗：选用厚度为1.1mm的玻璃基片放入超声波清洗机内，先用丙酮超声20min，再用酒精超声20min，最后用去离子水超声20min，用高压N2吹干。
（2）将清洗好的玻璃基片放置于离子束设备中，刻蚀气体为Ar和CHF3的混合气体，其流量比为1：1.7，基本参数如下：
本底真空≤6×10-3Pa；
工作压强：5×10-1Pa；
离子束流能量：400eV；
束流：70mA；
加速电压：240V；
入射角：25°；
刻蚀时间：5min。
（3）取出玻璃基片，放入磁控溅射设备中沉积氮掺杂二氧化钛薄膜，制备工艺参数如下：
靶材：TiO2陶瓷靶（纯度：99.99%）
本底真空≤6×10-4 Pa；
工作压强：5×10-1 Pa；
射频溅射功率：150W；
溅射工艺气体Ar流量： 30sccm；
反应气体N2流量：6sccm；
沉积厚度：400nm。
实施例二
（1）玻璃基片表面的清洗：选用厚度为0.7mm的玻璃基片放入超声波清洗机内，先用丙酮超声20min，再用酒精超声20min，最后用去离子水超声20min，用高压N2吹干。
（2）将清洗好的玻璃基片放置于离子束设备中，刻蚀气体为Ar和CHF3的混合气体，其流量比为1：2，基本参数如下：
本底真空≤6×10-3Pa；
工作压强：6×10-1Pa；
离子束流能量：350eV；
束流：80mA；
加速电压：260V；
入射角：35°；
刻蚀时间：6min。
（3）取出玻璃基片，放入磁控溅射设备中沉积氮掺杂二氧化钛薄膜，制备工艺参数如下：
靶材：TiO2陶瓷靶（纯度：99.99%）
本底真空≤6×10-4 Pa；
工作压强：6×10-1 Pa；
溅射功率：175W；
溅射工艺气体Ar流量： 25sccm；
反应气体N2流量：6sccm；
沉积厚度：500nm。
本发明与现有技术相比具有如下优势，
（1）由于对玻璃基底表面进行了反应离子束刻蚀，使玻璃基底表面产生了凹凸不平的微结构，然后在玻璃基底表面镀制氮掺杂二氧化钛薄膜，薄膜的表面也存在凹凸不平的微结构，这样就增大薄膜的比表面积，大大提高了薄膜光催化的效率。
（2）玻璃基底表面存在凹凸不平的微结构，增加了膜层与基底之间的附着力，增加了薄膜的使用寿命。
（3）凹凸不平的玻璃基底表面和薄膜表面存在抗反射作用，提高了太阳光的利用率，进而提高了光催化效率。
（4）氮的掺杂，使薄膜光催化响应区间得到了拓宽，使其在可见光范围内也能进行光催化反应，大大提高了光催化的效率。