阅读说明：本技术 一种氮氧化钛薄膜及其基于激光剥离技术的制备方法 (A kind of titanium oxynitrides film and its preparation method based on laser lift-off technique ) 是由 洪瑞金 师境奇 张大伟 颜廷贞 李正旺 陶春先 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种氮氧化钛薄膜及其基于激光剥离技术的制备方法,包括：步骤1,将氮化钛陶瓷片放置到实验平台上,然后将洁净的玻璃基片放置到氮化钛陶瓷片上,使玻璃基片的下表面与氮化钛陶瓷片完全且紧密贴合；步骤2,采用脉冲激光器发出激光功率为2W,扫描速率为400mm/s的激光,将氮化钛颗粒从氮化钛陶瓷片上剥离到玻璃基片的表面且氮化钛颗粒与氧元素结合,得到附着在玻璃基片下面的氮氧化钛膜层；步骤3,采用脉冲激光器发出激光功率为2W,扫描速率为400mm/s或700mm/s的激光对氮氧化钛膜层进行辐照,得到氮氧元素含量得到改变的氮氧化钛薄膜。本发明的方法操作简单,成本低廉,且制备得到的氮氧化钛薄膜具有不错的热稳定性和附着力。(The present invention provides a kind of titanium oxynitrides film and its preparation method based on laser lift-off technique, it include: step 1, titanium nitride ceramic piece is placed on experiment porch, then clean glass substrate is placed into titanium nitride ceramic on piece, keeps the lower surface of glass substrate complete with titanium nitride ceramic piece and fitted closely；Step 2, pulse laser is used to issue laser power as 2W, sweep speed is the laser of 400mm/s, and the surface and titanium nitride particles by titanium nitride particles from the removing of titanium nitride ceramic on piece to glass substrate obtain being attached to the titanium oxynitrides film layer below glass substrate in conjunction with oxygen element；Step 3, pulse laser is used to issue laser power as 2W, sweep speed is that the laser of 400mm/s or 700mm/s irradiates titanium oxynitrides film layer, obtains the titanium oxynitrides film that nitrogen oxygen element content is changed.Method of the invention is easy to operate, low in cost, and the titanium oxynitrides film being prepared has good thermal stability and adhesive force.)

一种氮氧化钛薄膜及其基于激光剥离技术的制备方法

技术领域

本发明属于薄膜制备技术领域，具体涉及一种氮氧化钛薄膜及其基于激光剥离技术的制备方法。

背景技术

随着人类的发展，化石燃料的枯竭和其使用带来的危害愈发明显，人类社会不得不重视能源问题产生的影响。太阳能催化被认为是未来解决能源问题和环境污染的理想途径之一，而利用光来进行催化反应，最重要的就是催化剂。

TiO₂纳米材料的禁带宽度为3.2eV，对紫外光有强的吸收作用，是一种廉价清洁无污染并且相对高效的催化剂，可用于光解水制氢以及光降解污染物。但是由于其禁带宽度较大，纯的TiO₂半导体材料只在紫外光照射下才具有光催化活性。而辐射到地球上的太阳光只有5％是紫外光，为了使TiO₂纳米半导体材料在可见光下具有催化效果，研究人员尝试了很多种方法，诸如N、F、S、B、C、P等的阴离子掺杂和Fe、Cr、Pt、Ta等的金属阳离子掺杂，都可以有效降低TiO₂纳米半导体材料的禁带宽度，使其具有可见光催化活性。

通过氮掺杂TiO₂的方法制备的氮氧化钛纳米薄膜催化剂具有可见光催化特性，并且该薄膜催化剂的可见光催化的效率与氮元素含量有关。据报道，研究人员制备氮氧化钛纳米薄膜并且调控其中的氮氧元素的含量或需要通过复杂的化学方法，或需要借助精密的设备，工艺繁琐，耗时较长，并且可能会对环境造成一定的污染。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种氮氧化钛薄膜及其基于激光剥离技术的制备方法。

本发明提供了一种基于激光剥离技术的氮氧化钛薄膜的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，将氮化钛陶瓷片放置到实验平台上，然后将洁净的玻璃基片放置到氮化钛陶瓷片上，使玻璃基片的下表面与氮化钛陶瓷片完全且紧密贴合；步骤2，采用脉冲激光器发出激光功率为2W，扫描速率为400mm/s的激光，将氮化钛颗粒从氮化钛陶瓷片上剥离到玻璃基片的表面且氮化钛颗粒与氧元素结合，得到附着在玻璃基片下面的氮氧化钛膜层；步骤3，采用脉冲激光器发出激光功率为2W，扫描速率为400mm/s或700mm/s的激光对氮氧化钛膜层进行辐照，得到氮氧元素含量得到改变的氮氧化钛薄膜。

在本发明提供的基于激光剥离技术的氮氧化钛薄膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，玻璃基片为K9玻璃基片，直径为30mm，厚度为1.35mm。

在本发明提供的基于激光剥离技术的氮氧化钛薄膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，氮化钛陶瓷片的直径为50mm，厚度为4mm。

在本发明提供的基于激光剥离技术的氮氧化钛薄膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，洁净的玻璃基片采用如下方法得到：用丙酮、乙醇和去离子水依次对玻璃基片分别进行15min的超声清洗，而后用氮气干燥，得到洁净干燥的玻璃基片。

在本发明提供的基于激光剥离技术的氮氧化钛薄膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2和步骤3中，脉冲激光器发出的激光的波长均为1064nm，扫描面积均为16mm*16mm。

一种采用上述基于激光剥离技术的氮氧化钛薄膜的制备方法制备得到的氮氧化钛薄膜。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的基于激光剥离技术的氮氧化钛薄膜的制备方法，能够通过脉冲激光将氮化钛剥离到剥离基片的基底上，得到氮氧化钛膜层，当再次采用脉冲激光器对剥离得到的氮氧化钛膜层进行辐照，能够对氮氧元素的含量进行调控，使得氮氧化钛薄膜的组成成分发生改变。因此，本发明的基于激光剥离技术的氮氧化钛薄膜的制备方法的调控过程操作简单，成本低廉，还能够应用在光催化产氢催化剂的制备上，且采用该方法制备得到的氮氧化钛薄膜具有不错的热稳定性和附着力，能够应用在光催化产氢、光降解有机物等方面。

附图说明

图1是本发明的实施例中脉冲激光器剥离氮化钛制备氮氧化钛薄膜过程的示意图；

图2是本发明的实施例中连续激光器辐照氮氧化钛薄膜来调控其氮氧元素含量的示意图；

图3是本发明的实施例一至实施例三中得到的样品的元素含量图示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

本发明的基于激光剥离技术的氮氧化钛薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将氮化钛陶瓷片放置到实验平台上，然后将洁净的玻璃基片放置到金属片上，使玻璃基片的下表面与氮化钛陶瓷片完全且紧密贴合。

具体操作为：用丙酮、乙醇和去离子水依次对玻璃基片分别进行15min的超声清洗，再用氮气干燥，得到洁净干燥的玻璃基片。先将氮化钛陶瓷片放置实验平台上，使氮化钛陶瓷片与实验平台紧密贴合，再将洁净干燥的玻璃基片放置到金属片上，使氮化钛陶瓷片与玻璃基片紧密贴合。其中，氮化钛陶瓷片的面积大于玻璃基片的面积。

步骤2，采用脉冲激光器发出激光功率为2W，扫描速率为400mm/s的激光，将氮化钛颗粒从氮化钛陶瓷片上剥离到玻璃基片的表面且氮化钛颗粒与氧元素结合，得到附着在玻璃基片下面的氮氧化钛膜层。

具体操作为：用脉冲激光器进行剥离，激光透过玻璃基片将氮化钛颗粒从氮化钛陶瓷片上剥离下来并在此过程中和氧元素结合得到氮氧化钛薄膜，该氮氧化钛薄膜紧密附着在K9玻璃基片的下表面。将K9玻璃基片从氮化钛陶瓷片上拿下，K9玻璃基片的下表面附着有氮氧化钛薄膜。

步骤3，采用脉冲激光器发出激光功率为2W，扫描速率为400mm/s或700mm/s的激光对氮氧化钛膜层进行辐照，得到氮氧化钛薄膜。

具体操作为：用脉冲激光器辐照制备的氮氧化钛薄膜，能够对其氮氧元素含量进行调控，最终获得的氮氧化钛薄膜的氮氧元素含量和调控之前的有明显区别。其中，扫描面积为16mm*16mm。

本发明中采用的激光器为上海费米脉冲激光器FM-AW20，波长为1064nm。

图1是本发明的实施例中脉冲激光器剥离氮化钛制备氮氧化钛薄膜过程的示意图。其中，图1(a)是剥离前的示意图，图1(b)是剥离时的示意图，图1(c)是剥离后的示意图。

如图1所示，剥离前，将氮化钛陶瓷片2放在实验台1上方，再玻璃基片3紧贴在氮化钛陶瓷片陶瓷片2的上表面，剥离时，激光照射到玻璃基片3的下表面和氮化钛陶瓷片2的上表面上，通过脉冲激光将氮化钛剥离到玻璃基片3下表面上，形成氮氧化钛薄膜4。

图2是本发明的实施例中连续激光器辐照氮氧化钛薄膜来调控其氮氧元素含量的示意图。其中，图2a是辐照前的示意图，图2b是辐照时的示意图，图2c是辐照后的示意图。

如图2所示，辐照前，氮氧化钛薄膜4紧密附着在玻璃基片2上，放置在实验台1上方；辐照时，激光照射到氮氧化钛薄膜4上；辐照后，经过辐照的氮氧化钛薄膜5，仍然紧密贴合在玻璃基片2上。经过辐照，氮氧化钛膜层的氮氧元素组成发生了变化。

实施例一：

步骤1，用丙酮、乙醇和去离子水依次对K9玻璃基片分别进行15min的超声清洗，再用氮气干燥，得到洁净干燥的K9玻璃基片。选用厚度为4mm的氮化钛陶瓷片放置实验平台上，使氮化钛陶瓷片与实验平台紧密贴合，再将洁净干燥的K9玻璃基片放置到氮化钛陶瓷片上，使氮化钛陶瓷片与K9玻璃基片紧密贴合。

氮化钛陶瓷片的面积大于K9玻璃基片的沉积面积。

步骤2，用脉冲激光器剥离K9玻璃基片的上表面，激光透过K9玻璃基片将氮化钛颗粒从氮化钛陶瓷片上剥蚀下来并和氧元素结合得到氮氧化钛膜层，该氮氧化钛膜层紧密附着在K9玻璃基片的下表面。将K9玻璃基片从氮化钛陶瓷片上取下，K9玻璃基片的下表面附着有氮氧化钛膜层，该氮氧化钛膜层为样品Ⅰ。

脉冲激光器的剥离功率为2W，扫描速率400mm/s，扫描面积16mm*16mm。

实施例二：

步骤1，用丙酮、乙醇和去离子水依次对K9玻璃基片分别进行15min的超声清洗，再用氮气干燥，得到洁净干燥的K9玻璃基片。选用厚度为4mm的氮化钛陶瓷片放置实验平台上，使氮化钛陶瓷片与实验平台紧密贴合，再将洁净干燥的K9玻璃基片放置到氮化钛陶瓷片上，使氮化钛陶瓷片与K9玻璃基片紧密贴合。

氮化钛陶瓷片的面积大于K9玻璃基片的沉积面积。

步骤2，用脉冲激光器剥离K9玻璃基片的上表面，激光透过K9玻璃基片将氮化钛颗粒从氮化钛陶瓷片上剥蚀下来并和氧元素结合得到氮氧化钛膜层，该氮氧化钛膜层紧密附着在K9玻璃基片的下表面。将K9玻璃基片从氮化钛陶瓷片上取下，K9玻璃基片的下表面附着有氮氧化钛膜层。

脉冲激光器的剥离功率为2W，扫描速率400mm/s，扫描面积16mm*16mm。

步骤3，用脉冲激光器对氮氧化钛膜层进行辐照，调控其氮氧元素含量，得到辐照后的氮氧化钛膜，该氮氧化钛膜为样品Ⅱ。

脉冲激光器的辐照功率为2W，扫描速率为400mm/s，扫描面积为16mm*16mm。

实施例三：

步骤1，用丙酮、乙醇和去离子水依次对K9玻璃基片分别进行15min的超声清洗，再用氮气干燥，得到洁净干燥的K9玻璃基片。选用厚度为4mm的氮化钛陶瓷片放置实验平台上，使氮化钛陶瓷片与实验平台紧密贴合，再将洁净干燥的K9玻璃基片放置到氮化钛陶瓷片上，使氮化钛陶瓷片与K9玻璃基片紧密贴合。

氮化钛陶瓷片的面积大于K9玻璃基片的沉积面积。

步骤2，用脉冲激光器剥离K9玻璃基片的上表面，激光透过K9玻璃基片将氮化钛颗粒从氮化钛陶瓷片上剥蚀下来并和氧元素结合得到氮氧化钛膜层，该氮氧化钛膜层紧密附着在K9玻璃基片的下表面。将K9玻璃基片从氮化钛陶瓷片上取下，K9玻璃基片的下表面附着有氮氧化钛膜层。

脉冲激光器的剥离功率为2W，扫描速率400mm/s，扫描面积16mm*16mm。

步骤3，用脉冲激光器对氮氧化钛膜层进行辐照，调控其氮氧元素含量，得到辐照后的氮氧化钛膜，该氮氧化钛膜为样品Ⅲ。

脉冲激光器的辐照功率为2W，扫描速率为700mm/s，扫描面积为16mm*16mm。

检测结果：

以下对本发明的实施例中得到的样品进行表征。

如图3所示，对实施例一制备得到的样品1进行XPS检测，可得到图3中的柱状1，对实施例二、三中辐照得到的样品2和样品3进行XPS检测，相应地得到柱状2和3。

图3是本发明实施例一至实施例三中得到的样品的元素含量图示意图，其中横坐标为样品编号，纵坐标为归一化的元素含量，每个样品中，Ti元素含量占比为1。

从图3可以清楚的看出，脉冲激光对实施例一中制备得到的氮氧化钛薄膜辐照后，会改变样品的氮氧元素比，对氮氧元素含量起到了调控的作用，并且改变辐照激光的扫描速率，样品的氮氧比也会发生变化。

实施例的作用与效果

采用XPS对实施例一至实施例三制备得到的样品进行检测，经检测，实施例一中的TiN的含量为0.04，O的含量为1.2，经过脉冲激光辐照调控后的实施例二中TiN的含量为0.05，O的含量为2.2，实施例三中TiN的含量为0.2，O的含量为2.5。

此外，氮化钛陶瓷片的厚度为4mm，脉冲激光器剥离时的激光功率为2W，扫描速率为400mm/s，这样的条件使得氮化钛陶瓷片部分转化为氮氧化钛薄膜，氮化钛陶瓷片可以使用多次，节省成本。另外，脉冲激光器辐照时的激光功率为2W，能够使得氮氧化钛薄膜中的氮氧元素含量得到调控。

进一步的，当脉冲激光辐照的扫描速率从400mm/s变为700mm/s时，能够改变氮氧化钛薄膜的氮氧元素含量，使得氮氧元素含量都得到了提高。

综上，当采用本发明的基于激光剥离技术的氮氧化钛薄膜的制备方法，能够通过脉冲激光将氮化钛剥离到剥离基片的基底上，得到氮氧化钛薄膜，当再次采用脉冲激光器对剥离得到的氮氧化钛薄膜进行辐照，能够对氮氧元素的含量进行调控，使得氮氧化钛薄膜的组成成分发生改变。因此，本实施例的方法的调控过程操作简单，成本低廉，还能够应用在光催化产氢催化剂的制备上，且采用该方法制备得到的氮氧化钛薄膜具有不错的热稳定性和附着力，能够应用在光催化产氢、光降解有机物等方面。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。