專利名稱：光觸媒體、光觸媒體的制造方法和光觸媒體的制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于光觸媒體、光觸媒體的制造方法和光觸媒體的制造裝置，特別是關(guān)于通過光照射促進(jìn)產(chǎn)生活性體的光觸媒體、光觸媒體的制造方法和光觸媒體的制造裝置。
背景技術(shù)：
近年來，應(yīng)用二氧化鈦的光觸媒薄體引人關(guān)注。“光觸媒”是指具有半導(dǎo)體特性，當(dāng)受到比其本身傳導(dǎo)電子帶和電荷帶的帶隙能量還大的能量光線照射時(shí)，就會(huì)處于激發(fā)狀態(tài)，生成電子·空穴對(duì)的物質(zhì)。
銳鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的二氧化鈦被387nm以下波長(zhǎng)的光照射后，發(fā)生光激發(fā)，同時(shí)引起基于氧化還原反應(yīng)的分解反應(yīng)，以及與該分解反應(yīng)(活性)相反的親水反應(yīng)?，F(xiàn)在，已知同時(shí)引起這兩種反應(yīng)的金屬氧化物有氧化鈦、氧化錫、氧化鋅，只引起分解反應(yīng)的金屬氧化物有鈦酸鍶和氧化亞鐵，只引起親水反應(yīng)的金屬氧化物有三氧化鎢。
而且，可以利用上述物質(zhì)的特性，能夠得到自身清洗效果、除臭效果、抗菌效果等，已提出采用覆蓋光觸媒體的各種材料和商品。
作為這種光觸媒體的制造方法，已提出采用粘合劑法、溶膠凝膠法、真空蒸餾法等各種方法。
粘合劑法是指將微粒狀的氧化鈦灑落在具有粘合性的粘合劑中，涂抹在規(guī)定的基質(zhì)上后，加熱使其干燥的方法。但是，采用這種方法會(huì)使微粒狀的氧化鈦埋沒在粘合劑之間，所以容易出現(xiàn)影響光觸媒體作用的問題。
另外，溶膠凝膠法是指把含有鈦的螯合鈦和烷氧鈦等溶劑涂抹到規(guī)定的基質(zhì)上，使其干燥后，在500℃以上的高溫下煅燒制成光觸媒膜。但是，由于必須經(jīng)過500℃以上的高溫煅燒工程，所以在耐熱點(diǎn)方面，容易出現(xiàn)基質(zhì)選材極端受限制的問題。
針對(duì)這些制造方法的缺點(diǎn)，建議使用真空蒸餾法和濺射法等制造方法。
例如，在專利第2901550號(hào)公報(bào)中，已經(jīng)明確提出采用真空蒸餾法形成氧化鈦與氧化硅的層疊結(jié)構(gòu)的光觸媒體。
另外，在專利第2000-126613號(hào)公報(bào)中，已經(jīng)明確提出采用反應(yīng)性濺射法淀積氧化硅的方法。
對(duì)此，本發(fā)明者采用濺射法在各種條件下形成氧化鈦膜，評(píng)價(jià)各種物質(zhì)性質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在與以往不同的條件下形成的氧化鈦膜具有與以往不同的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。而且，在這些氧化鈦膜與上述以往的氧化鈦膜相比，可以發(fā)現(xiàn)明顯改善了光觸媒體的特性。
本發(fā)明是建立在已知的原理基礎(chǔ)上，其目的是為了優(yōu)化光觸媒體特性、提高生產(chǎn)性能，同時(shí)也提供了暗處維持特性良好的光觸媒體、光觸媒體的制造方法和光觸媒體的制造裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第1種光觸媒體是具有由鈦氧化合物構(gòu)成的光觸媒膜的光觸媒體，上述光觸媒膜呈多孔狀，其表面的算術(shù)平均光潔度Ra與膜厚度的比值在0.02以上，這是該催化劑的特征。
因此，上述光觸媒體表面的算術(shù)平均光潔度Ra能夠在1.3nm以上。
本發(fā)明的第2種光觸媒體是具有由鈦氧化合物構(gòu)成的光觸媒膜的光觸媒體，上述光觸媒膜呈多孔狀，氧化鈦銳鈦礦結(jié)構(gòu)的(112)衍射峰與氧化鈦銳鈦礦結(jié)構(gòu)的(101)衍射峰的強(qiáng)度比在5以下，這是該催化劑的特征。
本發(fā)明的第3種光觸媒體是具有由鈦氧化合物構(gòu)成的光觸媒膜的光觸媒體，上述光觸媒膜呈多孔狀，氧化鈦銳鈦礦結(jié)構(gòu)的(215)衍射峰與氧化鈦銳鈦礦結(jié)構(gòu)的(101)衍射峰的強(qiáng)度比在100以下，這是該催化劑的特征。
上述任何一種光觸媒體中，光觸媒膜的厚度在40nm至100nm之間。
在上述光觸媒膜的下方可以設(shè)置由氧化硅構(gòu)成的緩沖層。
上述光觸媒體的折射率在2.7以下。
在上述光觸媒膜的上方可以設(shè)置氧化硅膜。
在這種情況下，上述氧化硅膜的厚度在3nm至7nm之間。
另外，本發(fā)明的光觸媒體制造方法是具有由鈦氧化合物構(gòu)成的光觸媒膜的光觸媒體制造方法，通過在含有氧的大氣條件下濺射含有鈦的靶，以小于0.6nm/秒的膜形成速度淀積上述光觸媒膜，這是該催化劑的特征。
因此，設(shè)上述成膜速度為R、上述光觸媒膜淀積的表面溫度為T時(shí)，只要在滿足公式R≤2.36exp(-410(1/T))的溫度下就可以淀積上述光觸媒膜。
本發(fā)明的第2種光觸媒體制造方法是具有由鈦氧化合物構(gòu)成的光觸媒膜的光觸媒體制造方法，通過在含有3帕斯卡至5帕斯卡氧的大氣條件下濺射含有鈦的靶，淀積上述光觸媒膜，這是該催化劑的特征。
本發(fā)明的第3種光觸媒體制造方法是具有由鈦氧化合物構(gòu)成的光觸媒膜的光觸媒體制造方法，通過在含有10％至30％氧的大氣條件下濺射含有鈦的靶，淀積上述光觸媒膜，這是該催化劑的特征。
在第1種至第3種光觸媒體制造方法中，可以在淀積上述光觸媒膜之前淀積由氧化硅構(gòu)成的緩沖層。
而且，可以包括在所述光觸媒體上淀積氧化硅的步驟。
另外，本發(fā)明的光觸媒體制造裝置是具有由鈦氧化合物構(gòu)成的光觸媒膜的光觸媒體制造裝置，配備了可以維持比大氣壓低的第1種成膜室、在上述第1種成膜室設(shè)置了給靶供給電壓的電源、加熱基板的加熱手段、向上述第1種成膜室內(nèi)導(dǎo)入包括氧氣的反應(yīng)氣體的氣體導(dǎo)入裝置、可以控制上述加熱裝置的控制器，在上述第1種成膜室內(nèi)利用濺射在上述基板上形成由鈦氧化合物構(gòu)成的光觸媒膜，上述控制器控制上述加熱手段，使上述光觸媒體的上述成膜速度R和上述基板表面的溫度T滿足公式R≤2.36exp(-410(1/T))，這是該制造裝置的特征。
因此，上述控制器在濺射上述光觸媒膜時(shí)，控制上述氣體導(dǎo)入裝置，使上述第1種成膜室內(nèi)的壓力在3帕斯卡至5帕斯卡的條件下。
上述控制器在濺射上述光觸媒膜時(shí)，控制上述氣體導(dǎo)入裝置，使上述第1種成膜室內(nèi)的氧氣含量在10％至30％之間。
甚至配備了具有上述加熱裝置的加熱室、把上述基板從上述加熱室搬運(yùn)至上述第1種成膜室的搬運(yùn)裝置，在上述加熱室內(nèi)加熱上述基板后，利用上述搬運(yùn)裝置就可以把上述基板搬運(yùn)至上述第1種成膜室，濺射上述光觸媒膜。
配備了可以氧化硅成膜的第2種成膜室，可以在濺射上述光觸媒體之前，在上述基板上形成氧化硅膜。
配備了可以氧化硅成膜的第3種成膜室，可以在濺射上述光觸媒體之后，在上述基板上形成氧化硅膜。


第1圖是表示實(shí)施本發(fā)明狀態(tài)的光觸媒體結(jié)構(gòu)模式圖。
第2圖是光觸媒膜10表面的模式圖。
第3圖是表示光觸媒膜10斷面結(jié)構(gòu)模式圖。
第4圖是表示用于實(shí)驗(yàn)的濺射裝置重要部件構(gòu)成的模式圖。
第5圖是表示濺射中基板100溫度變化的圖表。
第6圖是利用反應(yīng)性濺射得到的光觸媒膜表面的電子顯微鏡照片。
第7圖是利用反應(yīng)性濺射得到的光觸媒膜表面的電子顯微鏡照片。
第8圖是一例采用本發(fā)明進(jìn)行光觸媒膜10的石蠟分解親水實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖表。
第9圖是表示利用AMF(Atomic Force Microscopy原子間力顯微鏡)測(cè)定的光觸媒膜的表面光潔度和接觸角的關(guān)系圖表。
第10圖是對(duì)于樣本A～D的表面光潔度Ra與各自膜厚度的比值Ra/T，描繪接觸角的圖表。
第11圖是表示樣本C的光觸媒膜X線衍射圖形的圖表。
第12圖是對(duì)第10圖的衍射圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，除去背景噪音后的衍射圖形。
第13圖是對(duì)樣本A的光觸媒膜進(jìn)行相同的X線衍射圖形測(cè)定，除去背景噪音后的圖表。
第14圖是在全部壓力下分別標(biāo)繪折射率和密度比的圖表。
第15圖是本發(fā)明者采用DC濺射法，匯總實(shí)施實(shí)例的光觸媒膜形成條件的一覽表。
第16圖是本發(fā)明者采用DC濺射法，匯總對(duì)比實(shí)例的光觸媒膜的成膜條件的一覽表。
第17圖是表示濺射時(shí)的氧分壓和得到的光觸媒膜接觸角的關(guān)系圖表。
第18圖是表示濺射時(shí)的全部壓力和得到的光觸媒膜接觸角的關(guān)系圖表。
第19圖是表示濺射時(shí)的成膜速度和得到的光觸媒膜接觸角的關(guān)系圖表。
第20圖是利用濺射形成的光觸媒膜的膜厚度和接觸角的關(guān)系圖表。
第21圖是表示濕式分解性能試驗(yàn)步驟的流程圖。
第22圖是示例表示濕式分解性能試驗(yàn)結(jié)果的圖表。
第23圖是示例表示設(shè)置了緩沖層的光觸媒體斷面結(jié)構(gòu)的模式圖。
第24圖是表示石蠟分解親水試驗(yàn)結(jié)果的圖表。
第25圖是表示本發(fā)明第2種實(shí)施形態(tài)的光觸媒體斷面結(jié)構(gòu)模式圖。
第26圖是示例表示具有第25圖層疊結(jié)構(gòu)的光觸媒膜的石蠟分解親水試驗(yàn)結(jié)果圖表。
第27圖是示例表示本發(fā)明第2種實(shí)施形態(tài)的光觸媒膜的石蠟分解親水試驗(yàn)結(jié)果圖表。
第28圖是示例表示本發(fā)明第2種實(shí)施形態(tài)的光觸媒膜的石蠟分解親水試驗(yàn)結(jié)果圖表。
第29圖是示例表示本發(fā)明第2種實(shí)施形態(tài)的光觸媒膜的石蠟分解親水試驗(yàn)結(jié)果圖表。
第30圖是表示在暗處維持本發(fā)明第2種實(shí)施形態(tài)的光觸媒膜時(shí)的接觸角變化的圖表。
第31圖是表示本發(fā)明和對(duì)比實(shí)例的光觸媒體的光催化作用的圖表。
第32圖是表示樣本DX線衍射圖形的圖表。
第33圖是表示對(duì)比實(shí)例1X線衍射圖形的圖表。
第34圖是對(duì)比表示本發(fā)明和對(duì)比實(shí)例的光觸媒體的光催化作用的圖表。
第35圖是對(duì)比表示本發(fā)明和對(duì)比實(shí)例的光觸媒體光催化作用的圖表。
第36圖是示例表示本發(fā)明的光觸媒體的制造裝置的重要部件構(gòu)成的概念圖。
第37圖是示例TiO2成膜室230(或者240)的重要部件構(gòu)成的概念圖。
第38圖是表示本發(fā)明光觸媒體的制造裝置的變形實(shí)例。
第39圖是TiO2成膜室230、240的垂直方向斷面圖。
具體實(shí)施例方式
為了更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，根據(jù)

本發(fā)明。本發(fā)明人獨(dú)自進(jìn)行了研究試驗(yàn)的結(jié)果表明，使氧化鈦等光催化材料形成多孔狀后，其活性度明顯提高。采用反應(yīng)性濺射法，與過去相比大幅度提高了成膜速度，同時(shí)通過在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)濺射壓力和基板溫度等成膜參數(shù)，獲得這種多孔狀光觸媒體材料，該材料具有與過去不同的物質(zhì)特性。
而且可以在這種多孔狀光觸媒體材料上覆蓋規(guī)定膜厚度的氧化硅，實(shí)際上不會(huì)阻礙光觸媒體作用，能夠起到保護(hù)表面的作用，同時(shí)具有優(yōu)良的暗處維持特性。
以下參照具體實(shí)例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
(第1種實(shí)施形態(tài))首先，說明本發(fā)明第1種實(shí)施形態(tài)的多孔狀光觸媒膜及其制造方法。
第1圖是示例表示本發(fā)明的實(shí)施狀態(tài)的光觸媒體結(jié)構(gòu)模式圖。
也就是說，本發(fā)明的光觸媒體在規(guī)定的基板100上被覆蓋了薄膜狀的光觸媒膜10。使用氧化鈦(TiOx)作為光觸媒膜10的材料，在本發(fā)明中，由這種氧化鈦構(gòu)成的光觸媒膜10呈多孔狀。
第2圖是光觸媒膜10表面狀態(tài)的模式圖。也就是說，該圖表示在基板上使氧化鈦形成膜厚度為135nm的光觸媒膜的表面。在這種表面上可以看到10nm或者更小的大量粒子G，但是這些粒子必須致密填滿，形成粒子間的間隙S。
第3圖是表示光觸媒膜10斷面圖的模式圖。如該圖所示，在無數(shù)粒子G之間形成了間隙S，從而得到表面積非常大的膜結(jié)構(gòu)。
這種多孔狀的光觸媒膜10與過去相比，大幅度提高了光觸媒體的作用。
以下，參照其制造方法，詳細(xì)說明本發(fā)明的光觸媒膜。
采用反應(yīng)性濺射法制作本發(fā)明的光觸媒膜。
第4圖是表示用于實(shí)驗(yàn)的濺射裝置重要部件構(gòu)成的模式圖。也就是說，在真空室101內(nèi)部，設(shè)置由金屬鈦構(gòu)成的靶102與陰極103相接。相反，在陽(yáng)極104側(cè)設(shè)置了淀積光觸媒膜的基板100。
在成膜時(shí)，首先，利用真空排氣泵106令室101內(nèi)成為真空狀態(tài)，從氣體供給源107導(dǎo)入氬(Ar)和氧氣(O2)的放電氣體。然后，利用電源110在陽(yáng)極104和陰極103之間施加電場(chǎng)，開始等離子放電108。于是，開始濺射至靶102的表面，金屬鈦和氧氣在基板100上結(jié)合形成氧化鈦膜10。因此，從電源110供應(yīng)的電力即可以是DC(直流)電源，也可以是RF(高頻波)電源。
在以下具體實(shí)例中，只要沒有特殊說明，均采用DC電源的DC濺射法形成光觸媒膜。
而且，在濺射時(shí)，基板100被放置在反應(yīng)室101(接地電位)內(nèi)。
如后述，在這種濺射裝置中，通過調(diào)節(jié)等離子放電的供給電力、濺射時(shí)的周圍氣體壓力以及組成、基板的溫度等，得到規(guī)定膜質(zhì)量的光觸媒膜。
然后，基板100的溫度通過貼在其上的恒溫標(biāo)簽109確認(rèn)。
第5圖是示例表示濺射中基板100溫度變化的圖表。成膜條件A～C為基板溫度從室溫到開始濺射時(shí)的溫度變化。條件如下所示。
條件 供給DC電力 淀積速度全部壓力 氧分壓A2kW18nm/分 1Pa 30％B2kW22nm/分 3.5Pa30％C3kW36nm/分 5Pa 30％從第5圖可以知道，以室溫作為基板溫度開始濺射時(shí)，由于濺射源來的熱輻射，基板100的溫度隨時(shí)間而上升，對(duì)應(yīng)供給電力達(dá)到飽和溫度的趨勢(shì)。
該飽和溫度主要依靠供給電力，當(dāng)電力為2kW時(shí)，溫度大約為230℃；當(dāng)電力為3kW時(shí)，溫度大約為300℃。
但是，薄膜淀積有時(shí)也在到達(dá)飽和溫度前結(jié)束。例如，條件C的淀積速度為36nm/分，膜厚度為135nm的氧化鈦成膜所需時(shí)間為3分45秒，所以從室溫開始淀積時(shí)的最大基板溫度為230℃左右。另外，在濺射前，由于需要除去空氣，可以事先加熱基板，從比室溫高的狀態(tài)下開始濺射。在這種情況下，由于開始升溫的狀態(tài)接近于飽和溫度，所以在事先加熱的情況下，在淀積中溫度有時(shí)可能低于飽和溫度。
第6圖和第7圖是利用反應(yīng)性濺射得到的光觸媒膜表面的電子顯微鏡照片。也就是說，圖(a)～(d)分別是氧化鈦膜的樣本A～D的表面照片。
第6圖和第7圖是同一樣本在不同倍率下得到的照片，第6圖照片右下角的棒長(zhǎng)度為300nm，相當(dāng)于第7圖的119nm。
樣本A在上述條件A下成膜，樣本B在上述條件B下成膜，樣本C及D在上述條件C下成膜。而且，任何一個(gè)樣本均在作為基板100使用的硅片晶片上，通過SiO2緩沖層，淀積作為光觸媒膜的氧化鈦，氧化鈦10的膜厚度樣本A～C為135nm，樣本D為50nm。
如第6圖和第7圖所示，樣本A的表面呈細(xì)小顆粒密集結(jié)構(gòu)，顆粒間致密填滿。
與此相反，在樣本B～D表面上也可以看到無數(shù)個(gè)直徑數(shù)十nm或以下的顆粒，這些顆粒之間并不致密，有間隙。也就是呈多孔狀。
因此，樣本D的顆粒比樣本B、C都小，可以認(rèn)為由于膜厚度差異很大的緣故。
這樣得到的光觸媒膜10的光催化作用通過“石蠟(WAX)分解親水試驗(yàn)”給予評(píng)價(jià)。這種試驗(yàn)在具有光觸媒膜10的光觸媒體作用之后，通過“分解作用”和“親水作用”進(jìn)行評(píng)價(jià)的試驗(yàn)?！胺纸庾饔谩笔侵咐迷诠庥|媒體表面產(chǎn)生的羥自由基和超氧化物等活性氧，分解石蠟等有機(jī)材料的作用?！坝H水作用”是指提高光觸媒膜表面親水性的作用。本發(fā)明者實(shí)施的石蠟分解親水試驗(yàn)內(nèi)容如下所述(1)用中性洗液清洗光觸媒膜10的表面，使之親水化。
(2)用固體石蠟涂抹在光觸媒膜10的表面，在室溫下干燥1小時(shí)。這里使用的固體石蠟是舒爾拉斯特公司生產(chǎn)的商標(biāo)為“英雄”，其主要成分為巴西棕櫚蠟。
(3)用中性洗液清洗光觸媒膜10的表面后，在50℃下干燥。
(4)用不可見光線(BLB)照射的同時(shí)，定期測(cè)定在光觸媒膜10表面形成的水滴的接觸角。光觸媒膜10表面形成的石蠟由于被不可見光線(BLB)照射，在光觸媒體的作用下分解。在表面殘留石蠟的狀態(tài)下，水滴的接觸角大，石蠟分解后，水滴的接觸角變小。
因此可以說，即使不可見光線的照射強(qiáng)度小，越分解或者規(guī)定時(shí)間照射后的水滴接觸角越小，光觸媒體作用活性就越強(qiáng)。
第8圖是一例采用本發(fā)明進(jìn)行光觸媒膜10的石蠟分解親水實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖表。這里，顯示了關(guān)于第5圖至第7圖的上述樣本D的數(shù)據(jù)。而且，不可見光線的照射強(qiáng)度分別為500μW/cm2、50μW/cm2、10μW/cm2的數(shù)據(jù)。
這里，500μW/cm2的照射強(qiáng)度接近于通常進(jìn)行的石蠟分解親水試驗(yàn)，50μW/cm2的照射強(qiáng)度條件略低，10μW/cm2的照射強(qiáng)度條件最低。
從第8圖可以知道，不可見光線照射前的接觸角約為83度，但是在照射強(qiáng)度為500μW/cm2和50μW/cm2時(shí)，在不可見光線的照射的同時(shí)接觸角急劇下降，1個(gè)小時(shí)后約為9度，2個(gè)小時(shí)后約為5度，10個(gè)小時(shí)后約為3度，石蠟迅速得以分解。
而且，更加引人關(guān)注的是，即使用照射強(qiáng)度為10μW/cm2的超微弱光照射，也能得到光催化作用。也就是說，接觸角的下降速度非常緩慢，3小時(shí)后約為56度，6小時(shí)后約為22度，12小時(shí)后下降到4度。如下詳細(xì)描述，與過去的光觸媒膜相比，在這種超微弱光下也能得到光觸媒體作用應(yīng)該被特別說明。
本發(fā)明者通過在反應(yīng)性濺射法中調(diào)節(jié)各種成膜條件，形成各種膜質(zhì)的光觸媒膜。以下，依次說明光觸媒膜的物質(zhì)特性和成膜參數(shù)的關(guān)系。
首先，統(tǒng)一定義光觸媒膜“多孔度”的參數(shù)，關(guān)注膜的“表面光潔度”。
第9圖是表示利用AMF(Atomic Force Microscopy原子間力顯微鏡)測(cè)定的光觸媒膜的表面光潔度和接觸角的關(guān)系圖表。也就是說，該圖的橫軸表示由氧化鈦構(gòu)成的光觸媒膜表面光潔度。而且，第9圖的縱軸在與上述相同的石蠟分解親水試驗(yàn)中，表示不可見光線(照射強(qiáng)度為500μW/cm2)照射1個(gè)小時(shí)后的水滴接觸角。
第9圖中描繪的4個(gè)樣本A～D與第5圖～第8圖中描述的樣本A～D相同。
從第9圖可以知道，當(dāng)表面光潔度Ra約為0.9nm的光觸媒膜(樣本A)時(shí)，即使不可見光線照射1個(gè)小時(shí)，接觸角約為83度，非常大。與此相反，當(dāng)表面光潔度Ra為1.3nm(樣本D)時(shí)，在相同的條件下接觸角迅速下降至9度；當(dāng)表面光潔度Ra為3.5nm(樣本B)時(shí)，接觸角約為8度；當(dāng)表面光潔度Ra為3.65nm(樣本C)時(shí)，接觸角下降至8度以下。
也就是說，如果表面光潔度Ra大于1nm時(shí)，光觸媒體作用迅速提高。
這里我們關(guān)注成膜條件、膜厚度、表面光潔度的關(guān)系，得出以下結(jié)論樣本 淀積速度全部壓力 膜厚度表面光潔度A18nm/分 1Pa135nm 0.9nmB22nm/分 3.5Pa 135nm 3.5nmC36nm/分 5Pa135nm 3.65nmD36nm/分 5Pa50nm 1.3nm也就是說，由于“淀積速度”和“全部壓力”的增加，表面光潔度Ra也增大。從第6圖和第7圖的表面照片可以看出，這種表面光潔度越大，“粒子”之間的間隙也就增大。
如以下實(shí)施實(shí)例所述，樣本B～D的淀積速度與過去利用反應(yīng)性濺射法的光觸媒膜形成實(shí)例相比，提高了10倍或者更快。
也就是說，比過去大幅度地提高了淀積速度，調(diào)節(jié)全部壓力和基板溫度等參數(shù)，得到多孔質(zhì)的光觸媒膜。樣本B～D膜厚度作為光觸媒膜在通常的膜厚度范圍內(nèi)。因此，如果表面光潔度Ra大于1.3nm，就會(huì)得到具有優(yōu)質(zhì)光觸媒體作用的多孔質(zhì)狀薄膜。
樣本D的表面光潔度Ra比相同成膜條件的樣本C小，這是因?yàn)槟ず穸炔煌?。根?jù)第9圖的數(shù)據(jù)，通過膜厚度的規(guī)一化描繪出表面光潔度Ra。
第10圖是對(duì)于樣本A～D的表面光潔度Ra與各自膜厚度的比值Ra/T，描繪接觸角的圖表。
從該圖可以知道，樣本A的Ra/T約為0.0062，樣本B～D的Ra/T集中在0.026～0.027范圍內(nèi)，共分2組。前者(樣本A)的情況下，不可見光線照射后的接觸角約為83度或者更大；而后者(樣本B～D)的情況下，不可見光線照射1小時(shí)后的接觸角為7度～9度，急劇減小。
例如，如果把不可見光線照射1小時(shí)后的接觸角小于30度規(guī)定為本發(fā)明的范圍，膜厚度與表面光潔度的比值即Ra/T最好在0.02以上。同樣，如果把接觸角小于10度規(guī)定為本發(fā)明的范圍，膜厚度與表面光潔度的比值即Ra/T最好在0.025以上。
也就是說，在本發(fā)明中淀積速度比過去大幅度地提高的同時(shí)，通過調(diào)節(jié)全部壓力和基板溫度等，降低了形成的光觸媒膜致密度，顆粒更加細(xì)小，這種顆粒間的間隙形成多孔質(zhì)狀的光觸媒膜。因此，可以知道，對(duì)于這種多孔質(zhì)狀的光觸媒膜而言，如果表面光潔度超過規(guī)定值，光觸媒體特性就會(huì)被大幅度地提高。
而且，可以推測(cè)，這種多孔程度增加后，光催化作用得以激活的理由是由于多孔化和光觸媒膜表面積的增加，同時(shí)在粒子表面附近對(duì)催化作用的缺陷給予適度的改善。
本發(fā)明與過去相比，大幅度地加快了淀積速度、迅速成膜，所以成膜時(shí)間被大幅度地縮短，這是本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)。例如，膜厚度為200nm的光觸媒體成膜時(shí)，淀積時(shí)間過去需要100分鐘(1小時(shí)40分鐘)，現(xiàn)在采用本發(fā)明后，縮短至10分鐘以內(nèi)。結(jié)果是飛躍性地改善了光觸媒膜的產(chǎn)量，降低了成本。
本發(fā)明與過去相比，能在更低的基板溫度下成膜，所以大幅度地降低了對(duì)基板耐熱性的要求。也就是說，可以使用過去不能使用的耐熱性差的塑料等有機(jī)材料作為基板，拓寬了光觸媒膜的應(yīng)用范圍。
以下，列舉成膜參數(shù)和相關(guān)條件說明本發(fā)明的光觸媒膜的各種特性。
第11圖是表示樣本C的光觸媒膜X線衍射圖形的圖表。
如該圖所示，背景值很高，TiO2的衍射峰非常微弱，很寬闊。也就是說，結(jié)晶紊亂，結(jié)晶顆粒微細(xì)，含有許多缺陷。
第12圖是對(duì)第11圖的衍射圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，除去背景噪音后的衍射圖形。這里描述的衍射圖形與具有“銳鈦礦結(jié)構(gòu)”的TiO2衍射峰對(duì)應(yīng)，能夠到達(dá)高次反射。
第13圖是對(duì)樣本A的光觸媒膜進(jìn)行相同的X線衍射圖形測(cè)定，除去背景噪音后的圖表。
如第13圖所示，雖然得到銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2衍射峰，但是與12圖(樣本C)相比，出現(xiàn)的反射峰的高度對(duì)照表不同。具體地說，與衍射角度為25度左右時(shí)出現(xiàn)的銳鈦礦(101)衍射峰相對(duì)應(yīng)的衍射峰強(qiáng)度對(duì)照表和樣本C(第12圖)相比，樣本A(第13圖)中主峰的相對(duì)強(qiáng)度更高。
其它主要的衍射峰強(qiáng)度與(101)衍射峰的強(qiáng)度比如下所述衍射峰的強(qiáng)度比 樣本A樣本C(101)/(112)10.4 3.8(101)/(200)7.5 3.7(101)/(105)6.3 2.2(101)/(204)10.7 3.9(101)/(215)＞3009.6從上述強(qiáng)度比可以知道，樣本A中(101)衍射峰的強(qiáng)度比非常高，得到了與[110]方向相同的薄膜結(jié)構(gòu)。與此相反，樣本C中(101)衍射峰的強(qiáng)度比非常低。也就是說，樣本C中這種同向性很低，形成了具有無序列方位關(guān)系的多數(shù)結(jié)晶體集合。
即使從X線衍射數(shù)據(jù)來看，本發(fā)明由于采用了比過去更快速、高壓、低溫條件下淀積光觸媒膜，形成了含有很多縫隙的多孔狀薄膜。正是由于這種獨(dú)特的多孔狀結(jié)構(gòu)，飛躍性地提高了光觸媒體的作用。
從石蠟分解親水試驗(yàn)的結(jié)果(第9圖和第10圖)來看，作為本發(fā)明的光觸媒膜，(112)衍射峰與(101)衍射峰的強(qiáng)度比大約在5以下，或者(105)衍射峰與(101)衍射峰的強(qiáng)度比大約在4以下，(215)衍射峰與(101)衍射峰的強(qiáng)度比大約在100以下。
接下來，說明濺射時(shí)對(duì)全部壓力的膜質(zhì)量依賴性。
設(shè)定濺射時(shí)的DC供給電力為2kW，氧分壓固定為30％，淀積氧化鈦膜，測(cè)定折射率和密度比。結(jié)果如下所示全部壓力 折射率N 密度比
1Pa 2.73 12Pa 2.69 0.943Pa 2.63 0.885Pa 2.30.829采用氦氖(He-Ne)激光偏振光橢圓率測(cè)量?jī)x測(cè)定上述折射率。而且，采用分光偏振光橢圓率測(cè)量?jī)x的有效介質(zhì)近似法評(píng)價(jià)密度比。
第14圖是在全部壓力下分別描繪折射率和密度比的圖表。
從該圖表可以知道，如果提高成膜時(shí)的全部壓力，折射率、密度會(huì)慢慢下降。這是因?yàn)殡S著全部壓力升高，多孔質(zhì)狀的光觸媒膜質(zhì)也會(huì)相應(yīng)地變粗糙。
另外，采用盧瑟福后方散射分析法(RBS)測(cè)定樣本B(在全部壓力3.5Pa下成膜)的光觸媒膜的組成和密度絕對(duì)值。測(cè)定條件如下所述能量分解能力24keV入射能量2.0MeV入射角 0度入射離子4He+入射光束直徑1.0mm試驗(yàn)電流10nA樣本B的RBS測(cè)定結(jié)果如下O/Ti2.02密度4.45g/cm3這里，O/Ti值的測(cè)定精度為±5％左右，密度的測(cè)定精度也為±5％左右。
在本發(fā)明中，樣本B由于為多孔質(zhì)狀，并且形成密度低的光觸媒膜，得到了上述的優(yōu)良光觸媒體特性。也就是說，從上述測(cè)定結(jié)果可以知道，在本發(fā)明中如果光觸媒體密度小于4.45g/cm3時(shí)，就會(huì)達(dá)到光催化作用優(yōu)良的多孔質(zhì)狀的光觸媒膜。
接下來，說明濺射時(shí)的成膜條件和光觸媒膜的特性之間的關(guān)系。本發(fā)明者使用第4圖中的DC濺射裝置，改變各種反應(yīng)性濺射條件，形成光觸媒膜，研究其特性。
第15圖是本發(fā)明者采用DC濺射法，匯總實(shí)施實(shí)例的光觸媒膜成膜條件的一覽表。
第16圖也是本發(fā)明者采用DC濺射法，匯總對(duì)比實(shí)例的光觸媒膜成膜條件的一覽表。
也就是說，這里把濺射時(shí)的“氧分壓(％)”、“全部壓力(Pa)”、“成膜速度(nm/秒)、“溫度(℃)”、“膜厚度(nm)”作為參數(shù)，研究與得到的光觸媒膜特性的關(guān)系。
濺射時(shí)的溫度是指事先在準(zhǔn)備室內(nèi)加熱基板后運(yùn)送至濺射室，濺射過程中的平均溫度。濺射時(shí)的載運(yùn)氣體為氬(Ar)。
采用石蠟分解親水試驗(yàn)作為光觸媒膜的評(píng)價(jià)方法，照射強(qiáng)度為500μW/cm2的不可見光線照射1個(gè)小時(shí)后的水滴接觸角在10度以下為合格，超過10度為不合格。
首先，說明濺射時(shí)氧分壓對(duì)光觸媒膜造成的影響。
第17圖是表示濺射時(shí)的氧分壓和得到的光觸媒膜接觸角的關(guān)系圖表。該圖的橫軸表示反應(yīng)性濺射中的氧分壓，縱軸表示石蠟分解親水試驗(yàn)中不可見光線(500μW/cm2)照射1個(gè)小時(shí)后的水滴接觸角。
在第17圖中描繪的所有樣本都是在濺射時(shí)的全部壓力為5Pa、DC輸入電力為2kW、成膜速度為0.3nm/秒、溫度為330℃、膜厚度為50nm的條件下淀積而成的。
從第17圖可以知道，濺射時(shí)的氧分壓在10％～30％的范圍內(nèi)，接觸角非常小，得到了非常優(yōu)良的光催化作用。與此相反，氧分壓過低或者過高，接觸角都會(huì)增加。
這是因?yàn)槿绻麨R射時(shí)的氧分壓過低或者過高，得到的光觸媒膜中的氧就不在正常組成范圍之內(nèi)，或者金屬元素和氧氣的結(jié)合狀態(tài)不穩(wěn)定。
而且，本發(fā)明者經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，氧分壓在30％以下時(shí)，成膜的光觸媒膜不透明，呈具有金屬色的不透明狀態(tài)。這是因?yàn)檠醴謮哼^低，得到的光觸媒膜中氧含量不足造成的。
與此相反，如果濺射時(shí)的氧分壓在10％～30％的范圍內(nèi)，得到的光觸媒膜就透明，而且能夠維持良好的光觸媒體特性。這是因?yàn)楣庥|媒膜中的氧在正常組成范圍之內(nèi)，而且金屬元素和氧氣的結(jié)合狀態(tài)穩(wěn)定，光照射后在膜中激起的電子-空穴對(duì)的生存期很長(zhǎng)，光催化作用被激活。
接下來，說明濺射時(shí)的全部壓力對(duì)光觸媒體的影響。
第18圖是表示濺射時(shí)的全部壓力和得到的光觸媒膜接觸角的關(guān)系圖表。該圖的橫軸表示反應(yīng)性濺射中的全部壓力，縱軸表示石蠟分解親水試驗(yàn)中不可見光線(500μW/cm2)照射1個(gè)小時(shí)后的水滴接觸角。
在第18圖中描繪的所有樣本都是在濺射時(shí)的氧分壓為30％、成膜速度為0.3～0.6nm/秒、溫度為330℃、膜厚度為50nm的條件下淀積而成的。
從第18圖可以知道，濺射時(shí)的全部壓力為2Pa，水滴接觸角大約為14度，但是如果全部壓力為3Pa，接觸角就會(huì)下降至4度，得到了非常優(yōu)良的光催化作用。這是因?yàn)槿绻繅毫^低，實(shí)際的氧供給量就會(huì)下降，光觸媒膜的膜質(zhì)就會(huì)如第2圖和第3圖所示，不再是“多孔狀”。
另一方面，全部壓力為5Pa，水滴接觸角大約為4度，但是如果全部壓力為6Pa，接觸角就會(huì)迅速上升至86度。這是因?yàn)槿绻繅毫^高，光觸媒膜的膜質(zhì)、金屬元素和氧氣的結(jié)合狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化。
以上結(jié)果說明，濺射時(shí)的全部壓力在3Pa～5Pa之間，就會(huì)得到良好的光觸媒體特性。
接著說明濺射時(shí)的成膜速度對(duì)光觸媒膜的影響。
第19圖是表示濺射時(shí)的成膜速度和得到的光觸媒膜接觸角的關(guān)系圖表。該圖的橫軸表示反應(yīng)性濺射中的成膜速度，縱軸表示石蠟分解親水試驗(yàn)中不可見光線(500μW/cm2)照射1個(gè)小時(shí)后的水滴接觸角。
在第19圖中描繪的所有樣本都是在濺射時(shí)的氧分壓為30％、全部壓力在3Pa～5Pa之間、溫度為330℃、膜厚度為40nm～100nm的條件下淀積而成的。
從第19圖可以知道，成膜速度在0.2～0.6nm/秒的范圍之內(nèi)時(shí)，水滴接觸角在10度以下，得到優(yōu)良的光催化作用。如果成膜速度上升至0.7nm/秒，接觸角就會(huì)上升至17度。這是因?yàn)槿绻赡に俣冗^快，光觸媒膜的膜質(zhì)、金屬元素和氧氣的結(jié)合狀態(tài)就會(huì)低下。
以上結(jié)果說明，成膜速度最好在0.2～0.6nm/秒的范圍之內(nèi)。
另一方面，成膜速度對(duì)“產(chǎn)量”影響很大。例如，如果淀積50nm的光觸媒膜時(shí)，把成膜速度設(shè)置為0.2nm/秒，成膜所需要的時(shí)間為250秒(4分鐘多)。與此相反，把成膜速度設(shè)置為0.4nm/秒，成膜所需要的時(shí)間縮短一半，即125秒(約2分鐘)。因此，從生產(chǎn)的觀點(diǎn)出發(fā)，成膜速度最好快一些，最好在0.4 nm/秒以上。
接下來，說明濺射時(shí)的溫度對(duì)光觸媒膜的影響。
本發(fā)明者研究了濺射時(shí)“溫度”和“成膜速度”之間的關(guān)系。從第15圖和第16圖的一覽表的數(shù)據(jù)可以知道，成為作用“合格”的，即不可見光線照射1個(gè)小時(shí)后的水滴接觸角在10度以下，推導(dǎo)出下列近似公式，表明濺射時(shí)的“溫度T”和“成膜速度R”之間的關(guān)系。
R≤2.36exp(-410(1/T))(1)對(duì)于成膜速度R，“溫度T”滿足上式范圍內(nèi)的條件，濺射光觸媒膜時(shí)，就可以得到“合格”的光觸媒體特性。通過下述理由，可以定性地說明上述(1)的關(guān)系式。
反應(yīng)性濺射時(shí)，濺射至靶上的金屬元素和氣體中氧分子飛向并吸附在基板的淀積表面。這些元素遷移(移動(dòng))至淀積表面后，結(jié)合并且被固定在規(guī)定的格子位置內(nèi)。這些金屬元素和氧遷移至淀積表面所必需的能量一部分由基板加熱供給。
成膜速度很快時(shí)，由于飛向淀積表面的金屬元素和氧的供給速度增加，在表面充分遷移前，很可能呈不完全結(jié)合狀態(tài)，被固定在不穩(wěn)定的位置。因此，通過提高基板的溫度、促進(jìn)表面的遷移，使之成為合適的結(jié)合狀態(tài)、固定在穩(wěn)定的位置。成膜速度很快時(shí)，最好提高基板的溫度T。
本發(fā)明通過設(shè)定溫度以滿足上述(1)式的范圍，能夠得到具有優(yōu)良光催化作用的光觸媒膜。
接下來，說明膜厚度對(duì)光觸媒膜的影響。
第20圖是利用濺射形成的光觸媒膜的膜厚度和接觸角的關(guān)系圖表。該圖的橫軸表示反應(yīng)性濺射中的膜厚度，縱軸表示石蠟分解親水試驗(yàn)中不可見光線(500μW/cm2)照射1個(gè)小時(shí)后的水滴接觸角。
在第20圖中描繪的所有樣本都是在濺射時(shí)的氧分壓為30％、全部壓力在3Pa～5Pa之間、溫度為330℃、成膜速度為0.34～0.4nm/秒的條件下淀積而成的。
從第20圖可以知道，膜厚度為20nm時(shí)，接觸角大約為65度，非常大；膜厚度為30nm時(shí)，接觸角就會(huì)下降至18度。膜厚度增加至40nm時(shí)，接觸角就會(huì)下降至6度，得到了良好的光催化作用。另一方面，在評(píng)價(jià)的范圍內(nèi)膜厚度的上限為170nm時(shí)，可以得到了良好的光催化作用。也就是說，膜厚度最好在40nm以上。
本發(fā)明者在研究了光觸媒膜具有的“分解作用”和“親水作用”后，為了研究了“分解作用”和膜厚度的關(guān)系，進(jìn)行了“濕式分解性能試驗(yàn)”。使用次甲基藍(lán)(C16H18N3S·Cl)作為被分解色素。次甲基藍(lán)為綠色有機(jī)色素，受紫外線照射后基本不分解，由于光觸媒體的分解活性，會(huì)發(fā)生不可逆分解，成為無色，可以用于光觸媒膜的分解性評(píng)價(jià)。
第21圖是表示濕式分解性能試驗(yàn)步驟的流程圖。
首先，如S1步驟所示，用精制水、表面活性劑甚至根據(jù)需要使用超聲凈化清洗氧化鈦膜的試驗(yàn)品。用不可見光線熒光燈，波長(zhǎng)為360nm、強(qiáng)度為1mW/cm2以上的紫外線照射清洗后的試驗(yàn)品24小時(shí)以上，再利用光觸媒體作用分解清洗后表面殘留的有機(jī)物污染。
接著，如S2步驟所示，使次甲基藍(lán)在試驗(yàn)品表面飽和吸附。也就是說，為了利用在試驗(yàn)品表面吸附次甲基藍(lán)抵消光譜的變化，事先在達(dá)到飽和量之前用次甲基藍(lán)吸附在表面。作為吸附液用的次甲基藍(lán)的濃度為0.02mmol/l。試驗(yàn)品接觸新的吸附液12小時(shí)后，吸附液的吸光度就會(huì)下降，反復(fù)吸附。
這樣，試驗(yàn)品表面吸附次甲基藍(lán)，達(dá)到飽和狀態(tài)后，在S3步驟中測(cè)定初期吸光光譜。這時(shí)，次甲基藍(lán)試液濃度為0.01mmol/l。
在S4步驟中測(cè)定光照射后的光譜。也就是說，將次甲基藍(lán)試液充滿杯內(nèi)，再使之與試驗(yàn)品表面接觸，照射1mW/cm2的紫外線20分鐘。光照射后，立即測(cè)定次甲基藍(lán)試液的吸光光譜。然后，將測(cè)定的試液迅速倒回杯內(nèi)，使之與試驗(yàn)品表面接觸，再照射紫外線20分鐘。
這樣，每隔20分鐘測(cè)定紫外線照射后的次甲基藍(lán)試液的吸光光譜，在總照射時(shí)間達(dá)到3小時(shí)前，測(cè)定了9次。光觸媒膜的分解特性越高，次甲基藍(lán)就能越能迅速分解、脫色。吸光特性降低。
第22圖是表示濕式分解性能試驗(yàn)結(jié)果的圖表。該圖的光觸媒膜的膜厚度、縱軸表示通過吸光度換算的分解活性指數(shù)(毫微克分子/升/分)。
從該圖可以知道，光觸媒膜的分解活性指數(shù)隨著膜厚度的增加而上升，膜厚度達(dá)到100nm后，基本飽和。也就是說，從“分解作用”的觀點(diǎn)來看，采用濺射法得到的光觸媒膜的分解特性在膜厚度超過100nm后就會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)。
在第20圖的石蠟分解親水試驗(yàn)中，光觸媒膜的膜厚度在100nm以下時(shí)，具有良好的光觸媒體作用，所以在該膜厚度范圍內(nèi)，光觸媒膜具有的“親水特性”將會(huì)發(fā)揮作用。
另一方面，本發(fā)明者經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，如果光觸媒膜的厚度超過80nm，有時(shí)會(huì)肉眼觀察到由光反射的重影。因此，從這個(gè)觀點(diǎn)來看，膜厚度最好在40nm～80nm之間。而且，從產(chǎn)量的角度來看，光觸媒膜越薄越好。
接下來，說明設(shè)置在基板和光觸媒膜之間的“緩沖層”的作用。
第23圖是表示緩沖層的光觸媒體斷面結(jié)構(gòu)的模式圖。
在規(guī)定的基板100上設(shè)置了緩沖層50，在緩沖層上形成了光觸媒膜10。緩沖層50的材料可以選用例如氧化硅。
通過設(shè)置這種緩沖層50，可以防止從基板100混入光觸媒體中不純物質(zhì)。而且，改變了基板100表面質(zhì)地，能夠把光觸媒膜10的淀積初期階段控制在更加理想的狀態(tài)。
例如，選用鈉石灰玻璃作為基板100時(shí)，玻璃中含有的鈉(Na)等堿性元素就會(huì)擴(kuò)散至光觸媒膜10中，降低了光觸媒體的特性。在這種情況下，通過設(shè)置由氧化硅等構(gòu)成的緩沖層50，防止了不純物質(zhì)的擴(kuò)散，防止了光催化特性的降低。
而且，基板100表面微觀的凹凸不平時(shí)，通過設(shè)置適當(dāng)厚度的緩沖層50，能夠緩和表面凹凸，使光觸媒膜10的淀積初期階段更加接近理想狀態(tài)。
本發(fā)明者選用鈉石灰玻璃作為基板100，氧化硅作為緩沖層50，氧化鈦?zhàn)鳛楣庥|媒膜10，研究緩沖層50的效果。
第24圖是表示石蠟分解親水試驗(yàn)結(jié)果的圖表。
也就是說，該圖的橫軸表示不可見光線(500μW/cm2)的照射時(shí)間，縱軸表示水滴的接觸角。
該圖表示緩沖層50的厚度分別為0nm、20nm、50nm、100nm、260nm的光觸媒體的結(jié)果。而且，所有的樣本的光觸媒膜10的淀積均采用反應(yīng)性濺射法，濺射時(shí)的氧分壓為30％、全部壓力為5Pa，溫度約為330℃，成膜速度為0.5nm/秒，膜厚度為50nm。
從第24圖可以知道，緩沖層50的膜厚度在0～20nm范圍時(shí)，不可見光線照射1小時(shí)后的水滴接觸角大于50度，與此相反，緩沖層50的膜厚度為50nm時(shí)，照射1小時(shí)后的水滴接觸角下降至14度。甚至當(dāng)緩沖層50的膜厚度為100nm時(shí)，照射1小時(shí)后的接觸角為10度，當(dāng)緩沖層50的膜厚度為260nm時(shí)，照射1小時(shí)后的接觸角下降至4度。
因此，將緩沖層50設(shè)定在一定的厚度，可以改善光觸媒體的特性。
(第2種實(shí)施形態(tài))以下作為本發(fā)明的第2種實(shí)施形態(tài)，說明在具有氧化鈦等光催化作用的光觸媒膜上淀積氧化硅等被覆層的光觸媒體。
第25圖是表示本發(fā)明第2種實(shí)施形態(tài)的光觸媒膜斷面結(jié)構(gòu)模式圖。
本實(shí)施形態(tài)的光觸媒體具有在基板100上設(shè)置光觸媒膜10、再在其上面淀積被覆層20的結(jié)構(gòu)。這里光觸媒膜10與第1圖～第24圖中描述的氧化鈦等光觸媒膜10相同的多孔狀層。而且，選用氧化硅等氧化物作為被覆層20。
被覆層20在不影響光催化作用的范圍內(nèi)，適度保護(hù)光觸媒膜10的表面，同時(shí)具有維持親水性的作用。也就是說，在光照狀態(tài)下，如第1圖～第24圖所述，多孔狀的光觸媒膜10發(fā)揮了激活光觸媒體作用，分解附著物，維持很高的親水性。但是，在沒有光照的狀態(tài)下，不能發(fā)揮光觸媒膜10的光催化作用。與此相反，被覆層20通過維持親水性，達(dá)到維持表面防止污染物附著的效果。
因此，如果被覆層20的膜厚度過厚，就會(huì)阻礙光觸媒膜10的光催化作用，相反，如果被覆層20的膜厚度過薄，親水性就會(huì)不足。
第26圖是表示具有第25圖層疊結(jié)構(gòu)的光觸媒膜的石蠟分解親水試驗(yàn)結(jié)果圖表。這里選用鈉石灰玻璃作為基板100。而且，選用在第1種實(shí)施形態(tài)中的樣本D和在相同條件下制成的氧化鈦膜作為光催化膜10。另一方面，在其上方淀積的被覆層20選用氧化硅。利用采用氬(Ar)和氧(O2)的混合氣體的反應(yīng)性濺射法，連續(xù)淀積光催化膜10。其DC輸入電力為300W，全部壓力為3.5Pa，氧分壓為30％。
第26圖描繪了被覆層20的膜厚度分別為0nm、3nm、5nm、7nm以及14nm共5種樣本的數(shù)據(jù)。從該圖可知，在不可見光線照射前的初期狀態(tài)接觸角中，所有設(shè)置了被覆層20的樣本比沒有設(shè)置被覆層20的樣本小。也就是說，被覆層20能夠提高表面的親水性。
與此相反，觀察不可見光線照射的接觸角后，如果被覆層20的膜厚度為3nm～7nm時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)沒有設(shè)置被覆層20的樣本(SiO2的膜厚度為0nm的樣本)和大略相同的石蠟分解特性，光催化作用基本沒有受到阻礙。而且，這里使用的不可見光線的照射強(qiáng)度為50μm/cm2，如上所述，比一般實(shí)施的石蠟分解親水試驗(yàn)中使用的強(qiáng)度低，上述膜厚度范圍的被覆層不會(huì)實(shí)質(zhì)性地阻礙光催化作用。
但是，氧化硅層20的膜厚度為14nm時(shí)，接觸角的減少量就會(huì)變小，光觸媒體作用將會(huì)受到影響。
從第26圖的結(jié)果可知，被覆層20的厚度最好在3nm～7nm之間。
第27圖至第29圖是表示本發(fā)明第2種實(shí)施形態(tài)的光觸媒膜的石蠟分解親水試驗(yàn)結(jié)果圖表。這里選用的光觸媒膜與在第1種實(shí)施形態(tài)中的樣本D相同的氧化鈦膜作為光觸媒膜10，選用膜厚度7nm的氧化硅膜作為被覆層20。
而且，還選用了沒有設(shè)置被覆層20的樣本數(shù)據(jù)作為各自的對(duì)比實(shí)例。
第27圖是不可見光線照射強(qiáng)度為500μm/cm2時(shí)的數(shù)據(jù)，在這種照射強(qiáng)度下，設(shè)置了被覆層20的本實(shí)施形態(tài)在照射前后都顯示出優(yōu)良的親水性。
而且，第28圖是不可見光線照射強(qiáng)度為50μm/cm2微弱光時(shí)的數(shù)據(jù)，在這種照射強(qiáng)度下，照射前，本實(shí)施形態(tài)的光觸媒膜顯示出優(yōu)良的親水性，照射后，與對(duì)比實(shí)例的親水性大致相同。
另一方面，第29圖是不可見光線照射強(qiáng)度為10μm/cm2超微弱光時(shí)的數(shù)據(jù)，在這種照射強(qiáng)度下，直至照射后7小時(shí)，本實(shí)施形態(tài)的光觸媒膜一直顯示出優(yōu)良的親水性。這里因?yàn)樵诔⑷豕庾饔孟?，被覆?0的親水性比光觸媒膜10的光催化作用更強(qiáng)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，如果照射前或者光強(qiáng)度很小時(shí)，可以維持優(yōu)良的親水性。
第30圖是表示在暗處維持本發(fā)明第2種實(shí)施形態(tài)的光觸媒膜時(shí)的接觸角變化的圖表。
這里首先不可見光線照射，接觸角接近0后，遮斷光源，測(cè)定維持暗處的接觸角變化結(jié)果。
從該圖可知，在沒有設(shè)置被覆層20時(shí)，由于光的遮斷，在比較短的時(shí)間內(nèi)接觸角增加，8天后增加至45度左右。與此相對(duì)，設(shè)置被覆層20的本實(shí)施形態(tài)樣本中，接觸角的增加很緩慢，被覆層20的膜厚度越厚，其上升越受到抑制。也就是說，被覆層20的膜厚度越厚，在暗處的維持親水特性越強(qiáng)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，通過在氧化鈦等光觸媒膜10上設(shè)置規(guī)定膜厚度范圍的被覆層20，實(shí)質(zhì)上不阻礙光催化作用，能夠獲得優(yōu)良的暗處維持特性。結(jié)果是，無論在光照狀態(tài)下，還是在光微弱或者被遮斷的狀態(tài)下，可以維持表面親水性在較高水平。
以下，參照實(shí)施實(shí)例，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
(第1種實(shí)施實(shí)例)首先，作為本發(fā)明的第1種實(shí)施實(shí)例，制作本發(fā)明第1種實(shí)施形態(tài)的光觸媒體，與采用過去的方法制成的對(duì)比實(shí)例進(jìn)行比較。
第31圖是表示本發(fā)明和對(duì)比實(shí)例的光觸媒體的光催化作用的圖表。該圖表示石蠟分解親水試驗(yàn)的結(jié)果，這里的不可見光線照射強(qiáng)度為500μm/cm2。
此處表示的本發(fā)明的光觸媒體作為本發(fā)明的第1種實(shí)施形態(tài)的光觸媒膜，與上述樣本D相同。而且，采用反應(yīng)性濺射法制作對(duì)比實(shí)例1和對(duì)比實(shí)例2，同時(shí)描繪出其特性。
各自的成膜條件歸納如下。
樣本D對(duì)比實(shí)例1對(duì)比實(shí)例2成膜方法 DC濺射 RF濺射 RF濺射輸入電力 3kW 220W 220W淀積速度 36nm/分 3.5nm/分 3.5nm/分全部壓力 5Pa 2.7Pa2.7Pa氧分壓 30％ 11％ 50％基板溫度 280℃以下300℃400℃由于上述樣本D在濺射淀積前，在預(yù)備室內(nèi)曾經(jīng)實(shí)施加熱氣體排出處理，淀積時(shí)的初期溫度比室溫高。在淀積中的溫度最大值不超過280℃的條件下，進(jìn)行淀積。而且，上述任何一種樣本在成膜前的真空室背景壓力降至8×10-4Pa以下。
從第31圖可知，不可見光線照射前的接觸角在本發(fā)明(樣本D)中為75度，在對(duì)比實(shí)例2中為85度，在對(duì)比實(shí)例2中90度。不可見光線照射后，本發(fā)明的光觸媒膜中，接觸角急劇下降，1小時(shí)后下降至9度左右。與此相反，對(duì)比實(shí)例1和對(duì)比實(shí)例2的接觸角分別為36度、51度。因此，本發(fā)明的光觸媒膜與采用過去的濺射法制成的光觸媒膜相比，顯示出顯著的光催化作用。
而且，對(duì)比實(shí)例1和對(duì)比實(shí)例2的表面由比如第6圖(a)和第7圖(b)10倍大的顆粒呈致密集合狀態(tài)，而非多孔狀。
接下來，測(cè)定X線衍射圖形。
第32圖是表示樣本D的X線衍射圖形的圖表。
第33圖是表示對(duì)比實(shí)例1的X線衍射圖形的圖表。
圖中的衍射峰與“銳鈦礦結(jié)構(gòu)”的TiO2的衍射峰對(duì)應(yīng)。
對(duì)比第32圖(樣本D)和第33圖(對(duì)比實(shí)例1)后，不管是否在相同條件下測(cè)定，與背景水平相對(duì)應(yīng)的衍射峰強(qiáng)度和峰間的對(duì)照表大不相同。也就是說，在對(duì)比實(shí)例1(第33圖)中，與背景強(qiáng)度相比，衍射峰的強(qiáng)度非常大，并且出現(xiàn)了尖銳強(qiáng)大的衍射峰。除了低次元的(101)和(200)衍射峰之外，幾乎沒有衍射峰。
與此相反，本發(fā)明的樣本C(第32圖)中與背景水平相對(duì)應(yīng)的衍射峰強(qiáng)度都比較低，得到了微弱的衍射峰。而且，出現(xiàn)許多高次元的衍射峰。
研究與銳鈦礦的(101)衍射峰相對(duì)應(yīng)的其他衍射峰強(qiáng)度對(duì)照表后，在對(duì)比實(shí)例1(第32圖)的情況下，(101)和(200)衍射峰的強(qiáng)度呈壓倒性高大，得到了在低次元的方位上強(qiáng)的定向的結(jié)構(gòu)。
與此相反，在本發(fā)明的樣本D(第32圖)的情況下，(101)衍射峰的強(qiáng)度對(duì)照表很低，可以觀察到許多高次元的衍射峰。也就是說，推測(cè)在本發(fā)明的樣本D中有許多定向性低、紊亂的結(jié)晶流。
其他主要衍射峰強(qiáng)度與(101)衍射峰強(qiáng)度的比值如下衍射峰的強(qiáng)度比 樣本D 對(duì)比實(shí)例1(101)/(112) 3.7 ＞1000
(101)/(105)6.3～270了解上述強(qiáng)度比后，在對(duì)比實(shí)例1中(101)衍射峰強(qiáng)度比都很高，得到了強(qiáng)的定向的薄膜結(jié)構(gòu)。與此相比，在樣本D中，(101)衍射峰強(qiáng)度比都很低。
也就是說，從本結(jié)果可知，對(duì)比實(shí)例1的光觸媒膜的結(jié)晶性非常好，而本發(fā)明的樣本D呈多孔狀，并且含有許多結(jié)晶缺陷構(gòu)成的微小顆粒集合體。
比較本發(fā)明和對(duì)比實(shí)例的成膜條件后，本發(fā)明的淀積速度快10倍多，全部壓力高，基板溫度低。也就是說，這些對(duì)比實(shí)例在高溫、低壓、低速的條件下成膜。一般說來，在高溫、低速下淀積薄膜后，其結(jié)晶性良好，膜質(zhì)地致密。這也與表面結(jié)構(gòu)和X線折射結(jié)果一致。
對(duì)此，本發(fā)明與過去相比，通過大幅度提高淀積速度，在高壓、低溫下成膜，形成了獨(dú)特的多孔狀光觸媒膜，明顯改善了光觸媒體作用。
(第2種實(shí)施實(shí)例)作為本發(fā)明的第2種實(shí)施實(shí)例，對(duì)比討論本發(fā)明第2種實(shí)施形態(tài)的光觸媒體和以往的光觸媒體在微弱光作用下的光催化作用。
首先，試制第25圖中物質(zhì)作為本發(fā)明的光觸媒體。這里，選用鈉石灰玻璃作為基板100，將氧化硅的緩沖層淀積膜厚50nm，連續(xù)淀積光觸媒膜10和被覆層20。
光觸媒膜10與第1種實(shí)施形態(tài)中描述的樣本B相同。而且，利用反應(yīng)性濺射淀積膜厚度7nm的氧化硅作為被覆層20。
另一方面，采用真空蒸發(fā)法在同一基板、緩沖層上淀積膜厚度為100nm的氧化鈦膜作為對(duì)比實(shí)例3，然后再采用真空蒸發(fā)法在上面淀積膜厚度為15nm的氧化硅膜。淀積氧化鈦時(shí)，選用Ti2O3作為蒸發(fā)源，向真空室內(nèi)輸入氧氣，使其氧分壓達(dá)到1.3×12-2Pa，蒸發(fā)出電子束。氧化鈦的淀積速度為18nm/分，基板溫度為200℃。
淀積氧化硅時(shí)，使用SiO2作為蒸發(fā)源，向真空室內(nèi)輸入氧氣，使其氧分壓達(dá)到2.6×10-2Pa，蒸發(fā)出電子束。氧化硅的淀積速度為30nm/分，基板溫度為200℃。
第34圖是對(duì)比表示本發(fā)明和對(duì)比實(shí)例的光觸媒體的光催化作用的圖表。該圖顯示石蠟分解親水化試驗(yàn)的結(jié)果，這里不可見光線的照射強(qiáng)度為50μm/cm2的微弱光。
從第34圖可知，在初期狀態(tài)，本發(fā)明和對(duì)比實(shí)例的接觸角約為17.4度，但是不可見光線照射后的下降速度不同。本發(fā)明的光觸媒體在照射1小時(shí)后的接觸角下降至4度，在對(duì)比實(shí)例3的情況下，保持在11度左右。
即使本發(fā)明的光觸媒體為50μm/cm2的微弱光，與以往具有層疊結(jié)構(gòu)的光觸媒體比較，光催化作用較高。這是因?yàn)楣庥|媒膜10的光催化作用大，以及被覆層20的層厚度被設(shè)定為合適的范圍內(nèi)。
(第3種實(shí)施實(shí)例)接下來，通過本發(fā)明的第3種實(shí)施實(shí)例，對(duì)比研究本發(fā)明的第2種實(shí)施形態(tài)的光觸媒體與以往的光觸媒體在超微弱光作用下的光催化作用。
在本實(shí)施實(shí)例中，試制第25圖中物質(zhì)作為本發(fā)明的光觸媒體。這里，選用鈉石灰玻璃作為基板100，將氧化硅的緩沖層淀積膜厚50nm，連續(xù)淀積光觸媒膜10和被覆層20。
光觸媒膜10與第1種實(shí)施形態(tài)中描述的樣本D相同。而且，利用反應(yīng)性濺射淀積膜厚度7nm的氧化硅作為被覆層20。
另一方面，準(zhǔn)備與第2種實(shí)施實(shí)例中一樣的樣本作為對(duì)比實(shí)例3。
第35圖是對(duì)比表示本發(fā)明和對(duì)比實(shí)例的光觸媒體的光催化作用的圖表。該圖顯示石蠟分解親水化試驗(yàn)的結(jié)果，這里不可見光線的照射強(qiáng)度為10μm/cm2的超微弱光。
從第35圖可知，在對(duì)比實(shí)例3的樣本中，即使不可見光線照射，接觸角也不會(huì)降低，僅僅上下略浮動(dòng)。這表明在10μm/cm2的超微弱光作用下，幾乎不產(chǎn)生任何光催化作用。
與此相反，在本發(fā)明的樣本中，不可見光線照射后，雖然緩慢，但是接觸角確實(shí)下降，產(chǎn)生了光催化作用。
也就是說，本發(fā)明的光觸媒體即使在10μm/cm2的超微弱光作用下，也會(huì)得到光催化作用，與以往具有層疊結(jié)構(gòu)的光觸媒體比較，光催化作用是活性的。這是因?yàn)楣庥|媒膜10的光催化作用大，以及被覆層20的層厚度被設(shè)定為合適的范圍內(nèi)。
(第4種實(shí)施實(shí)例)通過本發(fā)明的第4種實(shí)施實(shí)例，說明用于生產(chǎn)本發(fā)明光觸媒體的合適制造裝置。
第36圖是表示本發(fā)明的光觸媒體制造裝置的重要部件構(gòu)成的概念圖。該圖(a)表示其平面結(jié)構(gòu)，該圖(b)表示其斷面結(jié)構(gòu)。
本實(shí)例的制造裝置被設(shè)置在能夠真空排氣的主室200上方，包括依次排列的SiO2成膜室210、加熱室220、TiO2成膜室230、TiO2成膜室240、SiO2成膜室250、路閘260。
在主室200中設(shè)置運(yùn)送臺(tái)400，基板100被裝載在這個(gè)運(yùn)送臺(tái)400上，可以被運(yùn)送至各個(gè)室下方。如第36圖(b)所示，基板100被運(yùn)送臺(tái)400運(yùn)送至各個(gè)室下方，然后被升降機(jī)600運(yùn)送。例如，如第36圖(b)所示，把基板100運(yùn)送至TiO2成膜室230后，再用升降機(jī)600與基板支架420同時(shí)升高，運(yùn)送至成膜室230的空間內(nèi)。
在本實(shí)例制造裝置的情況下，從路閘260向室內(nèi)導(dǎo)入的基板100是由運(yùn)送臺(tái)400依次運(yùn)送的，在SiO2成膜室210內(nèi)形成緩沖層50，在加熱室220內(nèi)加熱至規(guī)定溫度，在TiO2成膜室230、240內(nèi)形成規(guī)定膜厚度的TiO2膜(光觸媒膜)10，再在SiO2成膜室250內(nèi)形成SiO2被覆層20，最后從路閘260取出。
而且在加熱室220內(nèi)例如通過采用石英燈等的燈加熱，把基板100加熱至規(guī)定的溫度。
第37圖是TiO2成膜室230(或者240)的重要部件構(gòu)成的概念圖。在成膜室內(nèi)設(shè)置鈦(Ti)靶102，并且通過大流量控制器(MFC)600、610可以分別輸入氬、氧氣等反應(yīng)氣體。
基板支架420沒有完全密封在成膜室230內(nèi)，其間可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置開口(圖中未顯示)。也就是說，在成膜室230內(nèi)，利用這個(gè)開口與主室200相通連接的真空排氣系統(tǒng)進(jìn)行排氣。
通過MFC600、610，向成膜室230內(nèi)分別輸入含有氧氣的反應(yīng)氣體，例如分別輸入氬和氧氣，通過DC電源510施加靶的電壓，進(jìn)行反應(yīng)性DC濺射。
在本實(shí)施實(shí)例中，利用控制器500可以控制設(shè)置在加熱室220內(nèi)燈等加熱裝置的動(dòng)作。具體如第15圖和第16圖所示，在成膜速度R和基板溫度T滿足下列關(guān)系式時(shí)，就可以實(shí)施控制。
R≤2.36exp(-410(1/T))(1)例如，在制造光觸媒體時(shí)，在控制器500中輸入規(guī)定的成膜速度。控制器500計(jì)算在這個(gè)速度下滿足上式(1)的溫度范圍，決定事先在加熱室內(nèi)的加熱條件，進(jìn)行預(yù)加熱，從而在成膜時(shí)維持這個(gè)溫度范圍。
如第15圖和第16圖所示，為了制造優(yōu)良的光觸媒體，全部壓力最好在3帕斯卡～5帕斯卡之間，氧分壓在10％～30％之間。因此，可以通過控制器500和MFC600、610，同時(shí)滿足上述條件。
成膜速度主要由DC電源510的輸入功率決定，但是也受到全部壓力和氧分壓的左右，從這點(diǎn)出發(fā)，最好采用控制器500、MFC600、610進(jìn)行控制。
按照DC電源510的輸入功率，成膜中基板溫度的變化也不同，在這點(diǎn)上，可以考慮控制器500控制設(shè)置在加熱室220內(nèi)的加熱裝置。
控制器500可以控制DC電源510。也就是說，為了得到規(guī)定的成膜速度，可以控制DC電源510輸入到靶的電力。
不是事先決定后再輸入成膜速度，而是事先決定成膜溫度為宜。也就是說，事先指定成膜溫度，在這個(gè)成膜溫度下，通過上述關(guān)系式計(jì)算成膜速度，控制器500可以控制DC電源510。
而且，不必事先決定成膜速度和成膜溫度，控制器可以控制這些，再進(jìn)行成膜。這時(shí)，在滿足上述關(guān)系式(1)的條件下，控制器500決定成膜速度和成膜溫度，進(jìn)行成膜。
如上所述，本實(shí)施實(shí)例通過控制器500適當(dāng)?shù)乜刂苹寮訜釛l件和成膜速度的關(guān)系，可以制造具有出色的光催化特性的再生性優(yōu)良、穩(wěn)定的光觸媒體。
第38圖是表示本發(fā)明光觸媒體介質(zhì)制造裝置的變形實(shí)例的概念圖。該圖顯示制造裝置的平面結(jié)構(gòu)，以運(yùn)送裝置700為中心，在其周圍依次設(shè)置了縱型的SiO2成膜室210、加熱室220、TiO2成膜室230、TiO2成膜室240、SiO2成膜室250、路閘260。
運(yùn)送裝置700具有可以承載基板的支架720，呈放射狀，可以按照箭頭A的方向旋轉(zhuǎn)，也可以箭頭B的方向運(yùn)送。
第39圖是TiO2成膜室230、240的垂直方向斷面圖。該圖所述要素和符號(hào)與第37圖相同，所以不再詳細(xì)說明。
放置在基板支架720上的基板100通過運(yùn)送裝置700被旋轉(zhuǎn)運(yùn)送至室正面，再運(yùn)送至室的方向，再利用支架720使室內(nèi)形成密封狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，成膜室230(240)中利用渦輪分子泵(TMP)110進(jìn)行真空排氣。
在成膜室230(240)中，輸入氬和氧氣，進(jìn)行反應(yīng)性濺射。這時(shí)，與第37圖所示相同，利用控制器500控制成膜速度和成膜溫度以滿足上式(1)。例如，如果事先指定成膜速度時(shí)，控制器500計(jì)算在該成膜速度上滿足上式(1)的基板加熱條件，利用控制器500控制設(shè)置在加熱室220的加熱裝置工作，進(jìn)行基板加熱。本變形實(shí)例的情況下，控制器500不但控制加熱裝置，還能控制DC電源510。這時(shí)，控制器500控制DC電源510，進(jìn)行TiO2成膜。
如第15圖和第16圖所示，為了制造優(yōu)良的光觸媒體，全部壓力最好在3帕斯卡～5帕斯卡之間，氧分壓在10％～30％之間。因此，控制器500實(shí)施控制，以同時(shí)滿足上述條件。
本變形實(shí)施例的制造裝置，通過按照控制器500適宜地控制基板加熱條件和成膜速度之間的關(guān)系，可以制造再生性好，穩(wěn)定，具有出色的光觸媒體特性的光觸媒體。
在第36圖～第39圖中，列舉了基板100事先在被設(shè)置在成膜室的加熱室220內(nèi)加熱的具體實(shí)例。
但是，本發(fā)明沒有限定這些。例如，本發(fā)明同樣適用于基板加熱裝置設(shè)置在成膜室230、240內(nèi)的制造裝置，也會(huì)取得同樣效果。在這種制造裝置的情況下，控制器500控制基板加熱裝置，滿足上式(1)后，再進(jìn)行成膜。
參照上述具體實(shí)例說明了本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。但是，本發(fā)明不只限于這些具體實(shí)例。
例如，本發(fā)明的光觸媒膜不只限于氧化鈦(TiO2)，向氧化鈦中添加規(guī)定的元素，也能取得同樣的效果，這些包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
利用濺射形成本發(fā)明的光觸媒膜時(shí)，向室內(nèi)輸入的反應(yīng)氣體不只限于氬和氧氣，也可以是其他氣體，例如氬以外的氣體和氧氣的混合氣體，氬和氧氣以外的氣體的混合氣體。
如上所述，本發(fā)明通過形成與以往不同的獨(dú)特的多孔狀光催化膜，能夠提供光催化作用更佳的光觸媒體。
這種催化劑介質(zhì)通過淀積規(guī)定膜厚度的氧化硅，不但不會(huì)減小光催化作用，還能在暗處維持高親水水平。
由于本發(fā)明比以往大幅度提高了淀積速度，形成光催化膜，所以能夠大幅度提高產(chǎn)量，改善生產(chǎn)性能，大幅度減少成本。
作為本發(fā)明的光觸媒體被覆體可以覆蓋再上述本發(fā)明的光觸媒體表面，例如，汽車的后視鏡、車身或者窗戶玻璃，也可用于浴室等各種鏡子、建筑外用墻壁材料、浴室用墻壁材料、馬桶、下水、道路標(biāo)識(shí)、各種標(biāo)識(shí)等。
用于汽車的后視鏡時(shí)，由于光觸媒膜具有加快流水作用和防霧作用，能夠得到更加清晰的視野，確保安全性。另外，用于汽車的車身、道路標(biāo)識(shí)、建筑外用墻壁材料時(shí)，通過降雨能夠進(jìn)行自身清洗。
總之，本發(fā)明能夠提高更加廉價(jià)的高性能光觸媒體，可以用于各種覆蓋材料市場(chǎng)，在產(chǎn)業(yè)上具有明顯優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一種光觸媒體，具有由鈦和氧的化合物組成的光觸媒膜，其特征在于上述光觸媒膜呈多孔狀，其表面的算術(shù)平均光潔度Ra與其厚度的比值大于等于0.02。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光觸媒體，其特征在于上述光觸媒膜表面的算術(shù)平均光潔度大于1.3nm。
3.一種光觸媒體，具有由鈦和氧的化合物組成的光觸媒膜，其特征在于上述光觸媒膜呈多孔狀，氧化鈦的銳鈦礦結(jié)構(gòu)的(112)衍射峰與氧化鈦的銳鈦礦結(jié)構(gòu)的(101)衍射峰的強(qiáng)度比小于等于5。
4.一種光觸媒體，具有由鈦和氧的化合物組成的光觸媒膜，其特征在于上述光觸媒膜呈多孔狀，氧化鈦的銳鈦礦結(jié)構(gòu)的(215)衍射峰與氧化鈦的銳鈦礦結(jié)構(gòu)的(101)衍射峰的強(qiáng)度比小于等于100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的光觸媒體，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求以上述光觸媒膜厚度在40nm以上100nm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的光觸媒體，其特征在于上述光觸媒膜的下方設(shè)有由氧化硅構(gòu)成的緩沖層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的光觸媒體，其特征在于上述光觸媒體的折射率小于等于2.7。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的光觸媒體，其特征在于在上述光觸媒膜上方設(shè)置氧化硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的光觸媒體，其特征在于上述氧化硅的膜厚度在3nm～7nm之間。
10.一種光觸媒體制造方法，該光觸媒體具有由鈦氧化合物組成的光觸媒膜，其特征在于在含有氧氣的環(huán)境中，通過濺射含有鈦的靶，以小于等于0.6nm/秒的成膜速度淀積上述催化劑膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的光觸媒體制造方法，其特征在于設(shè)上述成膜速度為R，淀積上述光觸媒體的溫度為T，滿足下式R≤2.36exp(-410(1/T))。
12.一種光觸媒體制造方法，該光觸媒體具有由鈦氧化合物組成的光觸媒膜，其特征在于在含有氧氣、3帕斯卡～5帕斯卡的環(huán)境中，通過濺射含有上述鈦的靶，淀積上述光觸媒膜。
13.一種光觸媒體制造方法，具有由鈦氧化合物組成的光觸媒膜，其特征在于在含有10％～30％氧氣的環(huán)境中，通過濺射含有上述鈦的靶，淀積上述光觸媒膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求10～13中任何一項(xiàng)所述的光觸媒體制造方法，其特征在于以在淀積上述光觸媒膜之前淀積由氧化硅構(gòu)成的緩沖層。
15.根據(jù)權(quán)利要求10～13中任何一項(xiàng)所述的光觸媒體制造方法，其特征在于以具備在上述光觸媒膜之上淀積氧化硅工程。
16.一種光觸媒體制造裝置，具有由鈦氧化合物組成的光觸媒膜，其特征在于包括能夠維持比大氣低壓環(huán)境的第1成膜室，在上述第1成膜室內(nèi)設(shè)有給靶施加電壓的電源，加熱基板的加熱裝置，向上述第1成膜室內(nèi)輸入含有氧氣的反應(yīng)氣體的輸入裝置，可以控制上述加熱裝置的控制器，在上述第1成膜室內(nèi)，在上述基板上利用濺射由鈦氧化合物組成的光觸媒膜，進(jìn)行成膜過程中，上述控制器控制上述光觸媒膜的成膜速度R和表面溫度T滿足下式的加熱裝置R≤2.36exp(-410(1/T))。
17.根據(jù)權(quán)利要求16中記載的光觸媒體制造裝置，其特征在于在濺射上述光觸媒膜時(shí)，上述控制器控制上述氣體輸入裝置以便讓上述第1成膜室內(nèi)的壓力在3帕斯卡～5帕斯卡之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17中記載的光觸媒體制造裝置，其特征在于在濺射上述光觸媒膜時(shí)，上述控制器控制上述氣體輸入裝置以便讓上述第1成膜室內(nèi)的含氧量達(dá)到10％～30％。
19.根據(jù)權(quán)利要求16～18中任何一項(xiàng)所述的光觸媒體制造裝置，其特征在于具備進(jìn)行上述加熱裝置的加熱室，把上述基板從上述加熱室運(yùn)送至上述第1成膜室的運(yùn)送裝置，在上述加熱室內(nèi)加熱上述基板后，利用上述運(yùn)送裝置把上述基板運(yùn)送至上述第1成膜室，濺射上述光觸媒膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求19中記載的光觸媒體制造裝置，其特征在于具有能夠氧化硅成膜的第2成膜室，在濺射上述光觸媒膜之前，可以在上述基板上成膜上述氧化硅。
21.根據(jù)權(quán)利要求19中記載的光觸媒體制造裝置，其特征在于具有能夠氧化硅成膜的第3成膜室，可以在測(cè)射上述光觸媒膜之后，在上述光觸媒膜上進(jìn)行氧化硅成膜。
全文摘要
本發(fā)明的光觸媒體是具有由鈦和氧的化合物組成的光觸媒膜的光觸媒體，上述光觸媒膜呈多孔狀，其表面的算術(shù)平均光潔度Ra與其厚度的比值大于等于0.02。而且，利用氧化鈦的銳鈦礦結(jié)構(gòu)的X線衍射峰之間的強(qiáng)度比可以特定該光觸媒體。這種多孔狀光觸媒體材料是采用反應(yīng)性濺射，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)成膜速度、濺射壓力、基板溫度、氧分壓等成膜參數(shù)而得到，具有良好的分解親水特性。
文檔編號(hào)B01J35/00GK1578701SQ0282143
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者平岡純治, 道家隆博, 原賀久人, 野口大輔, 川又由雄 申請(qǐng)人:芝浦機(jī)械電子裝置股份有限公司