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(yè)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(fā)下發(fā)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(zhì)具有重要影響，本文通過在TiO2溶膠中添加聚乙二醇，調(diào)節(jié)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(guī)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(fā)現(xiàn)添加PEG的含量不同，樣品發(fā)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(xiàn)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(fā)生明顯的光致變色現(xiàn)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(nèi)發(fā)生明顯的光致變色現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)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.