聚乙二醇添加量对薄膜形貌和光致变色性能的影响

张 璐

（西北工业大学明德学院，陕西 西安710000）

Ag/TiO2纳米复合材料可在不同波长的光激发下发生颜色的可逆变化，即多颜色光致变色效应[1-3]。这种新颖的多颜色光致变色特性，使Ag/TiO2纳米复合薄膜可在变色涂料、可擦写彩色复印纸、多色灵巧窗、高密度多波长光学记忆器件等众多方面都具有潜在应用价值，因此对Ag/TiO2纳米复合材料的光致变色研究具有非常重要的意义[4]。Ag/TiO2纳米薄膜的表面形貌和微观结构对材料的光致变色性质具有重要影响，本文通过在TiO2溶胶中添加聚乙二醇，调节薄膜的微观结构，进而探究了PEG-2000的添加量对薄膜形貌结构和光致变色性能的影响。

1 Ag/TiO2纳米薄膜的制备

按照1:26.5:1的比例将钛酸丁酯、无水乙醇和二乙醇氨配制成均匀透明的溶胶，最后向TiO2溶胶中加入聚乙二醇，采用浸渍提拉法在基片表面镀膜，并进行退火处理，从而获得纳米多孔TiO2薄膜。最后将1mol/L的AgNO3溶液均匀地涂覆在TiO2纳米薄膜上，用紫外灯照射20min，使Ag颗粒光催化沉积在TiO2薄膜上，制得Ag/TiO2纳米薄膜。

2 实验结果

图1,图2和图3为分别加入1.0g、0.5g和0.25g PEG-2000的薄膜样品电镜图。可以观察到加入PEG的含量对薄膜的表面形貌具有重要影响，随着加入含量的增多，薄膜上形成的微孔孔径越来越大。加入1.0gPEG的薄膜样品中的微孔孔径大约有400-800nm，大部分孔和孔之间彼此相连通，薄膜的均匀度较差、比表面积下降，从右边放大的SEM图中可以看到薄膜表面沉积的Ag颗粒形状大小不规则，在微孔中间较薄的TiO2膜上有较多的棒状、椭球形的Ag粒子生成；加入0.5gPEG-2000的薄膜样品中孔径大约在200nm-500nm之间，薄膜均匀性较差，Ag颗粒形状大多为椭球形，且密集、杂乱地沉积在薄膜上；加入0.25gPEG-2000的薄膜样品中的微孔孔径大约80-120nm左右，微孔的大小及分布都比较均匀，并且微孔的尺寸合宜，为Ag纳米颗粒的沉积提供了介孔模板，一部分Ag纳米颗粒填充在介孔TiO2膜的微孔中，尺寸较小，还有一小部分Ag纳米颗粒沉积在TiO2膜的介孔外，覆盖在TiO2膜的上层，Ag粒子尺寸较大。

图1 加入1.0g PEG-2000的Ag/TiO2薄膜的SEM图，右图为放大1倍的SEM图

图4中的各条曲线分别表示添加1.0g，0.5g和0.25g PEG的Ag/TiO2纳米薄膜在650nm红色激光照射5min后的差分吸收光谱，可以发现添加PEG的含量不同，样品发生光致变色的差分吸收光谱形状均不同，是因为添加的PEG含量影响TiO2薄膜的表面形貌,进而也影响Ag纳米粒子在TiO2薄膜表面沉积的形状和尺寸，而光与特殊形状的金属粒子间的相互作用比较复杂，从而造成在激光作用后形成各种形状的差分吸收光谱。对于添加0.25g PEG-2000的样品，激光照射后在650nm处呈现出比较尖锐的、较深的吸收烧孔，烧孔的半高宽只有70-80nm，薄膜的颜色明显变红，而对于添加0.5g和1.0g的Ag/TiO2纳米薄膜没有发生明显的光致变色现象。

图2 加入0.5g PEG-2000的Ag/TiO2薄膜的SEM图，右图为放大1倍的SEM图

图3 加入0.25g PEG-2000的Ag/TiO2薄膜的SEM图，右图为放大1倍的SEM图

图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谱

3 结论

在制备Ag/TiO2纳米薄膜的过程中，添加不同含量的聚乙二醇（PEG-2000）可以获得不同微观结构的薄膜，添加0.25g PEG-2000可以得到具有均匀、合宜尺寸的多孔TiO2薄膜，能为Ag纳米粒子的沉积提供模板；并且制得的Ag/TiO2纳米薄膜可在较窄的波段内发生明显的光致变色现象。

［1］沈庆月，陆春华，许仲梓.光致变色材料的研究与应用[J]材料导报,2005，19(10):31-35..

［2］李天文，刘鸿生.变色材料的研究与应用[J].现代化工,2004，24(2):62-64.

［3］张璐，吴思诚，金薇.Ag-TiO2纳米光致变色材料的国内外研究进展[J].应用光学，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.