聚乙二醇添加量對薄膜形貌和光致變色性能的影響

張 璐

（西北工業大學明德學院，陜西 西安710000）

Ag/TiO2納米復合材料可在不同波長的光激發下發生顏色的可逆變化，即多顏色光致變色效應[1-3]。這種新穎的多顏色光致變色特性，使Ag/TiO2納米復合薄膜可在變色涂料、可擦寫彩色復印紙、多色靈巧窗、高密度多波長光學記憶器件等眾多方面都具有潛在應用價值，因此對Ag/TiO2納米復合材料的光致變色研究具有非常重要的意義[4]。Ag/TiO2納米薄膜的表面形貌和微觀結構對材料的光致變色性質具有重要影響，本文通過在TiO2溶膠中添加聚乙二醇，調節薄膜的微觀結構，進而探究了PEG-2000的添加量對薄膜形貌結構和光致變色性能的影響。

1 Ag/TiO2納米薄膜的制備

按照1:26.5:1的比例將鈦酸丁酯、無水乙醇和二乙醇氨配制成均勻透明的溶膠，最后向TiO2溶膠中加入聚乙二醇，采用浸漬提拉法在基片表面鍍膜，并進行退火處理，從而獲得納米多孔TiO2薄膜。最后將1mol/L的AgNO3溶液均勻地涂覆在TiO2納米薄膜上，用紫外燈照射20min，使Ag顆粒光催化沉積在TiO2薄膜上，制得Ag/TiO2納米薄膜。

2 實驗結果

圖1,圖2和圖3為分別加入1.0g、0.5g和0.25g PEG-2000的薄膜樣品電鏡圖。可以觀察到加入PEG的含量對薄膜的表面形貌具有重要影響，隨著加入含量的增多，薄膜上形成的微孔孔徑越來越大。加入1.0gPEG的薄膜樣品中的微孔孔徑大約有400-800nm，大部分孔和孔之間彼此相連通，薄膜的均勻度較差、比表面積下降，從右邊放大的SEM圖中可以看到薄膜表面沉積的Ag顆粒形狀大小不規則，在微孔中間較薄的TiO2膜上有較多的棒狀、橢球形的Ag粒子生成；加入0.5gPEG-2000的薄膜樣品中孔徑大約在200nm-500nm之間，薄膜均勻性較差，Ag顆粒形狀大多為橢球形，且密集、雜亂地沉積在薄膜上；加入0.25gPEG-2000的薄膜樣品中的微孔孔徑大約80-120nm左右，微孔的大小及分布都比較均勻，并且微孔的尺寸合宜，為Ag納米顆粒的沉積提供了介孔模板，一部分Ag納米顆粒填充在介孔TiO2膜的微孔中，尺寸較小，還有一小部分Ag納米顆粒沉積在TiO2膜的介孔外，覆蓋在TiO2膜的上層，Ag粒子尺寸較大。

圖1 加入1.0g PEG-2000的Ag/TiO2薄膜的SEM圖，右圖為放大1倍的SEM圖

圖4中的各條曲線分別表示添加1.0g，0.5g和0.25g PEG的Ag/TiO2納米薄膜在650nm紅色激光照射5min后的差分吸收光譜，可以發現添加PEG的含量不同，樣品發生光致變色的差分吸收光譜形狀均不同，是因為添加的PEG含量影響TiO2薄膜的表面形貌,進而也影響Ag納米粒子在TiO2薄膜表面沉積的形狀和尺寸，而光與特殊形狀的金屬粒子間的相互作用比較復雜，從而造成在激光作用后形成各種形狀的差分吸收光譜。對于添加0.25g PEG-2000的樣品，激光照射后在650nm處呈現出比較尖銳的、較深的吸收燒孔，燒孔的半高寬只有70-80nm，薄膜的顏色明顯變紅，而對于添加0.5g和1.0g的Ag/TiO2納米薄膜沒有發生明顯的光致變色現象。

圖2 加入0.5g PEG-2000的Ag/TiO2薄膜的SEM圖，右圖為放大1倍的SEM圖

圖3 加入0.25g PEG-2000的Ag/TiO2薄膜的SEM圖，右圖為放大1倍的SEM圖

圖4 加入不同量PEG-2000的Ag/TiO2薄膜在激光照射后的差分吸收光譜

3 結論

在制備Ag/TiO2納米薄膜的過程中，添加不同含量的聚乙二醇（PEG-2000）可以獲得不同微觀結構的薄膜，添加0.25g PEG-2000可以得到具有均勻、合宜尺寸的多孔TiO2薄膜，能為Ag納米粒子的沉積提供模板；并且制得的Ag/TiO2納米薄膜可在較窄的波段內發生明顯的光致變色現象。

［1］沈慶月，陸春華，許仲梓.光致變色材料的研究與應用[J]材料導報,2005，19(10):31-35..

［2］李天文，劉鴻生.變色材料的研究與應用[J].現代化工,2004，24(2):62-64.

［3］張璐，吳思誠，金薇.Ag-TiO2納米光致變色材料的國內外研究進展[J].應用光學，2012，3:242-245.

［4］Kazuki Matsubara,Tetsu Tatsuma,Morphological Changes and Multicolor Photochromism of Ag Nanoparticles Deposited on Single-crystalline TiO2Surfaces[J].Adv.Mater.2007,19:2802-2806.