JPH11130434A - 酸化チタン膜及び光触媒膜並びにその作製方法 - Google Patents
酸化チタン膜及び光触媒膜並びにその作製方法Info
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- JPH11130434A JPH11130434A JP10213545A JP21354598A JPH11130434A JP H11130434 A JPH11130434 A JP H11130434A JP 10213545 A JP10213545 A JP 10213545A JP 21354598 A JP21354598 A JP 21354598A JP H11130434 A JPH11130434 A JP H11130434A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 酸素分子を有するガスを含有する不活性
ガス中でチタンターゲットを用いてリアクティブスパッ
タリングを行うことにより、基板上に酸化チタン膜を形
成するに当り、上記スパッタリングを、互いに対向する
ターゲット間のスパッタ空間の側方に基板を配置し、該
基板上にスパッタ膜を形成する対向ターゲット式スパッ
タリング法にて行うと共に、不活性ガスと酸素分子を有
するガスからの酸素ガスとの比率を容積比で２：１〜
１：３として、主としてアナターゼ型柱状結晶の集合体
からなる酸化チタン膜を得る。 【効果】 本発明の酸化チタン膜は、高い光触媒活性を
有しており、また本発明の酸化チタン膜の作製方法によ
れば、高い触媒活性を有する酸化チタン光触媒膜を容易
に作製することができる。
ガス中でチタンターゲットを用いてリアクティブスパッ
タリングを行うことにより、基板上に酸化チタン膜を形
成するに当り、上記スパッタリングを、互いに対向する
ターゲット間のスパッタ空間の側方に基板を配置し、該
基板上にスパッタ膜を形成する対向ターゲット式スパッ
タリング法にて行うと共に、不活性ガスと酸素分子を有
するガスからの酸素ガスとの比率を容積比で２：１〜
１：３として、主としてアナターゼ型柱状結晶の集合体
からなる酸化チタン膜を得る。 【効果】 本発明の酸化チタン膜は、高い光触媒活性を
有しており、また本発明の酸化チタン膜の作製方法によ
れば、高い触媒活性を有する酸化チタン光触媒膜を容易
に作製することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水浄化、空気浄
化、消臭、油分の分解等に用いられる光触媒として有効
な酸化チタン膜及びこの酸化チタン膜からなる光触媒膜
並びに酸化チタン膜の作製方法に関する。
化、消臭、油分の分解等に用いられる光触媒として有効
な酸化チタン膜及びこの酸化チタン膜からなる光触媒膜
並びに酸化チタン膜の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、ＴｉＯ2，ＺｎＯ，ＷＯ3，Ｆｅ2Ｏ3，ＳｒＴｉＯ3
等の金属酸化物は光触媒として水浄化、空気浄化、消
臭、油分の分解等に広く使用されている。このような光
触媒は、通常粉末状で用いられ、例えば浄化、脱臭すべ
き水などの液体中に撹拌分散させて使用されているが、
かかる粉末状の光触媒では使用後に回収することに手間
を要し、回収が困難な場合もある。粉末状の光触媒を固
定化するために、粉末にバインダーとして樹脂やゴムな
どを混ぜて練り、それを基材に塗って数百℃で焼結させ
る方法もある。しかし、このバインダー固定法の場合、
金属酸化物を基材に密着よく担持することが難しく、密
着性を上げるためにバインダー量を多くすると触媒効果
が弱まり、少ないと密着できない。また、光触媒を基材
に膜状に密着させる方法として金属アルコキシド溶液を
用いてゲルコーティング膜を形成し、それを数百℃で加
熱するゾル−ゲル法で得た金属酸化膜を光触媒に用いる
ことも知られている。しかし、これらバインダー固定法
も、ゾル−ゲル法も、金属酸化物膜の形成時には高温で
加熱する必要があるため、高温耐熱性を有する基材しか
用いることができず、使用できる基材が著しく制限され
る。
り、ＴｉＯ2，ＺｎＯ，ＷＯ3，Ｆｅ2Ｏ3，ＳｒＴｉＯ3
等の金属酸化物は光触媒として水浄化、空気浄化、消
臭、油分の分解等に広く使用されている。このような光
触媒は、通常粉末状で用いられ、例えば浄化、脱臭すべ
き水などの液体中に撹拌分散させて使用されているが、
かかる粉末状の光触媒では使用後に回収することに手間
を要し、回収が困難な場合もある。粉末状の光触媒を固
定化するために、粉末にバインダーとして樹脂やゴムな
どを混ぜて練り、それを基材に塗って数百℃で焼結させ
る方法もある。しかし、このバインダー固定法の場合、
金属酸化物を基材に密着よく担持することが難しく、密
着性を上げるためにバインダー量を多くすると触媒効果
が弱まり、少ないと密着できない。また、光触媒を基材
に膜状に密着させる方法として金属アルコキシド溶液を
用いてゲルコーティング膜を形成し、それを数百℃で加
熱するゾル−ゲル法で得た金属酸化膜を光触媒に用いる
ことも知られている。しかし、これらバインダー固定法
も、ゾル−ゲル法も、金属酸化物膜の形成時には高温で
加熱する必要があるため、高温耐熱性を有する基材しか
用いることができず、使用できる基材が著しく制限され
る。
【０００３】従って、担持する基材の種類を選ばず、取
扱い性に優れ、触媒効率が良好な光触媒に対する要求が
高まっている。
扱い性に優れ、触媒効率が良好な光触媒に対する要求が
高まっている。
【０００４】そこで、本出願人は、各種基材に密着性よ
く担持され、バインダーを使用しなくても光触媒効果が
得られ、膜状で取扱い性が良く回収等を容易に行うこと
ができ、低温で成膜できる光触媒を先に提案している
（特開平８−３０９２０４号公報）。そして、この光触
媒を低温で成膜する方法として、酸素分子を有するガス
と不活性ガスとの存在下において金属ターゲットを用い
るマグネトロンスパッタリングを採用することを開示し
ている。
く担持され、バインダーを使用しなくても光触媒効果が
得られ、膜状で取扱い性が良く回収等を容易に行うこと
ができ、低温で成膜できる光触媒を先に提案している
（特開平８−３０９２０４号公報）。そして、この光触
媒を低温で成膜する方法として、酸素分子を有するガス
と不活性ガスとの存在下において金属ターゲットを用い
るマグネトロンスパッタリングを採用することを開示し
ている。
【０００５】しかし、上記方法で得られる光触媒膜は良
好な触媒効率を有しているが、更に高活性の光触媒膜が
要望されている。
好な触媒効率を有しているが、更に高活性の光触媒膜が
要望されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記要望を達成し、高活性の光触媒膜を効率
よく簡単に形成することができる光触媒膜の作製方法に
つき鋭意検討を行った結果、対向ターゲット式スパッタ
リング法により酸化チタン膜を作製すること、この場
合、不活性ガスと酸素分子を有するガスからの酸素ガス
との容量比を２：１〜１：３としてスパッタリングを行
うこと、更に好ましくはターゲットに対する投入パワー
を高くして成膜することが有効であることを知見した。
発明者は、上記要望を達成し、高活性の光触媒膜を効率
よく簡単に形成することができる光触媒膜の作製方法に
つき鋭意検討を行った結果、対向ターゲット式スパッタ
リング法により酸化チタン膜を作製すること、この場
合、不活性ガスと酸素分子を有するガスからの酸素ガス
との容量比を２：１〜１：３としてスパッタリングを行
うこと、更に好ましくはターゲットに対する投入パワー
を高くして成膜することが有効であることを知見した。
【０００７】即ち、対向ターゲット式スパッタリング法
は、特公昭６２−５６５７５号、同６３−２０３０４
号、特公平３−１８１０号公報等で公知の手法であり、
対向ターゲット式スパッタリング法で垂直磁気記録薄膜
などを成膜している。そして、この方法によれば、結晶
性の良好な膜を形成し得ることが記載されている。
は、特公昭６２−５６５７５号、同６３−２０３０４
号、特公平３−１８１０号公報等で公知の手法であり、
対向ターゲット式スパッタリング法で垂直磁気記録薄膜
などを成膜している。そして、この方法によれば、結晶
性の良好な膜を形成し得ることが記載されている。
【０００８】ところで、触媒活性が高い酸化チタン膜を
得るためにはアナターゼ型の結晶系がリッチである必要
があるが、酸化チタンの成膜に当り、種々の方法で結晶
性の高い薄膜を形成することはできるものの、得られた
結晶系はルチル型のものが多いため、光触媒効果が低い
ものである。ところが、対向ターゲット式スパッタリン
グ法により酸化チタンを成膜した場合、低温でアナター
ゼリッチの光触媒膜を作製することができ、特にアルゴ
ンガスと酸素ガスとの比率を上記の比率とすることによ
り、アナターゼ型結晶がよりリッチな光触媒膜を形成し
得ること、また、投入パワーを高くすることで膜質を粗
くし、表面積を大きくすることができるので、触媒活性
をより高くし得ること、そして上記方法で得られた酸化
チタン膜が柱状のアナターゼ型集合体であり、この酸化
チタン膜が上記のように顕著な光触媒活性を有している
ことを知見し、本発明をなすに至ったものである。
得るためにはアナターゼ型の結晶系がリッチである必要
があるが、酸化チタンの成膜に当り、種々の方法で結晶
性の高い薄膜を形成することはできるものの、得られた
結晶系はルチル型のものが多いため、光触媒効果が低い
ものである。ところが、対向ターゲット式スパッタリン
グ法により酸化チタンを成膜した場合、低温でアナター
ゼリッチの光触媒膜を作製することができ、特にアルゴ
ンガスと酸素ガスとの比率を上記の比率とすることによ
り、アナターゼ型結晶がよりリッチな光触媒膜を形成し
得ること、また、投入パワーを高くすることで膜質を粗
くし、表面積を大きくすることができるので、触媒活性
をより高くし得ること、そして上記方法で得られた酸化
チタン膜が柱状のアナターゼ型集合体であり、この酸化
チタン膜が上記のように顕著な光触媒活性を有している
ことを知見し、本発明をなすに至ったものである。
【０００９】従って、本発明は、主としてアナターゼ型
柱状結晶の集合体からなり、特に各柱状結晶が縦２０〜
１，０００Å、横２０〜１，０００Åの横断面寸法を有
する酸化チタン膜、及び、この酸化チタン膜からなる光
触媒膜、並びに、酸素分子を有するガスを含有する不活
性ガス中でチタンターゲットを用いてリアクティブスパ
ッタリングを行うことにより、基板上に酸化チタン膜を
形成するに当り、上記スパッタリングを、互いに対向す
るターゲット間のスパッタ空間の側方に基板を配置し、
該基板上にスパッタ膜を形成する対向ターゲット式スパ
ッタリング法にて行うと共に、不活性ガスと酸素分子を
有するガスからの酸素ガスとの比率を容積比で２：１〜
１：３とすることを特徴とする酸化チタン膜の作製方
法、更に酸素分子を有するガスを含有する不活性ガス中
でチタンターゲットを用いてリアクティブスパッタリン
グを行うことにより、基板上に酸化チタン膜からなる光
触媒膜を形成するに当り、上記スパッタリングを、互い
に対向するターゲット間のスパッタ空間の側方に基板を
配置し、該基板上にスパッタ膜を形成する対向ターゲッ
ト式スパッタリング法にて行うと共に、不活性ガスと酸
素分子を有するガスからの酸素ガスとの比率を容積比で
２：１〜１：３とすることを特徴とする光触媒膜の作製
方法を提供する。
柱状結晶の集合体からなり、特に各柱状結晶が縦２０〜
１，０００Å、横２０〜１，０００Åの横断面寸法を有
する酸化チタン膜、及び、この酸化チタン膜からなる光
触媒膜、並びに、酸素分子を有するガスを含有する不活
性ガス中でチタンターゲットを用いてリアクティブスパ
ッタリングを行うことにより、基板上に酸化チタン膜を
形成するに当り、上記スパッタリングを、互いに対向す
るターゲット間のスパッタ空間の側方に基板を配置し、
該基板上にスパッタ膜を形成する対向ターゲット式スパ
ッタリング法にて行うと共に、不活性ガスと酸素分子を
有するガスからの酸素ガスとの比率を容積比で２：１〜
１：３とすることを特徴とする酸化チタン膜の作製方
法、更に酸素分子を有するガスを含有する不活性ガス中
でチタンターゲットを用いてリアクティブスパッタリン
グを行うことにより、基板上に酸化チタン膜からなる光
触媒膜を形成するに当り、上記スパッタリングを、互い
に対向するターゲット間のスパッタ空間の側方に基板を
配置し、該基板上にスパッタ膜を形成する対向ターゲッ
ト式スパッタリング法にて行うと共に、不活性ガスと酸
素分子を有するガスからの酸素ガスとの比率を容積比で
２：１〜１：３とすることを特徴とする光触媒膜の作製
方法を提供する。
【００１０】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
【００１１】本発明の酸化チタン膜は、主としてアナタ
ーゼ型柱状結晶の集合体からなるものであり、また本発
明の光触媒膜はこの酸化チタン膜からなるものである。
ーゼ型柱状結晶の集合体からなるものであり、また本発
明の光触媒膜はこの酸化チタン膜からなるものである。
【００１２】本発明の酸化チタン膜は、図２〜図５中に
示したように、基材表面から結晶が柱状に発達したもの
で、実質的に柱状結晶の集合体である。この場合、その
断面寸法は、通常、縦２０〜１，０００Å、特に３０〜
８００Å、横２０〜１，０００Å、特に３０〜８００Å
であるが、横断面形状は正方形に限られず、長方形等の
四角形状、多角形状等の形状を取り得る。通常は、横断
面が四角形状のものを５０％以上、特に７０％以上含
む。
示したように、基材表面から結晶が柱状に発達したもの
で、実質的に柱状結晶の集合体である。この場合、その
断面寸法は、通常、縦２０〜１，０００Å、特に３０〜
８００Å、横２０〜１，０００Å、特に３０〜８００Å
であるが、横断面形状は正方形に限られず、長方形等の
四角形状、多角形状等の形状を取り得る。通常は、横断
面が四角形状のものを５０％以上、特に７０％以上含
む。
【００１３】また、上記柱状結晶の高さは、酸化チタン
膜の形成すべき厚さによって相違するが、通常１００〜
２０，０００Å、好ましくは４００〜１０，０００Å、
より好ましくは５００〜８，０００Å、更に好ましくは
１，０００〜５，０００Åである。
膜の形成すべき厚さによって相違するが、通常１００〜
２０，０００Å、好ましくは４００〜１０，０００Å、
より好ましくは５００〜８，０００Å、更に好ましくは
１，０００〜５，０００Åである。
【００１４】本発明の柱状結晶は、主としてアナターゼ
型結晶からなる。この場合、酸化チタン結晶（非晶質は
含まない）中のアナターゼ型結晶は、Ｘ線解析より９０
％以上、特に９７％以上であり、他はルチル型結晶であ
る。
型結晶からなる。この場合、酸化チタン結晶（非晶質は
含まない）中のアナターゼ型結晶は、Ｘ線解析より９０
％以上、特に９７％以上であり、他はルチル型結晶であ
る。
【００１５】本発明の上記アナターゼ型柱状結晶の集合
体からなる酸化チタン膜は、対向ターゲット式スパッタ
リング法を採用して形成することができる。
体からなる酸化チタン膜は、対向ターゲット式スパッタ
リング法を採用して形成することができる。
【００１６】ここで、この対向ターゲット式スパッタリ
ング装置としては、公知の装置を用いることができ、例
えば図１に示す装置を使用し得る。即ち、図１におい
て、１は内部を脱気真空可能な装置本体で、この装置本
体１内に一対の金属ターゲット２，２が互いに所定間隔
離間対向して配置されたものである。これらターゲット
２，２は、それぞれ支持部３ａ，３ａを有するホールド
３，３に保持され、これらホールド３，３を介して直流
電源（スパッタ電源）４の陰極に接続されていると共
に、上記ターゲット２，２の背後に磁石５，５が互いに
異なる磁極が対向するように配置され、上記ターゲット
２，２間のスパッタ空間６に、ターゲット２，２に対し
て垂直方向の磁界が発生するようになっている。そし
て、上記スパッタ空間６の側方には、スパッタ膜を形成
すべき基板７が配置されたものである。なお、８は基板
７を所定方向に移動可能に支持する支持部材である。
ング装置としては、公知の装置を用いることができ、例
えば図１に示す装置を使用し得る。即ち、図１におい
て、１は内部を脱気真空可能な装置本体で、この装置本
体１内に一対の金属ターゲット２，２が互いに所定間隔
離間対向して配置されたものである。これらターゲット
２，２は、それぞれ支持部３ａ，３ａを有するホールド
３，３に保持され、これらホールド３，３を介して直流
電源（スパッタ電源）４の陰極に接続されていると共
に、上記ターゲット２，２の背後に磁石５，５が互いに
異なる磁極が対向するように配置され、上記ターゲット
２，２間のスパッタ空間６に、ターゲット２，２に対し
て垂直方向の磁界が発生するようになっている。そし
て、上記スパッタ空間６の側方には、スパッタ膜を形成
すべき基板７が配置されたものである。なお、８は基板
７を所定方向に移動可能に支持する支持部材である。
【００１７】上記のような装置を用いてスパッタリング
を行い、基板上に酸化チタン光触媒膜を形成するに際
し、使用する金属ターゲットとしてはチタンを用いる。
を行い、基板上に酸化チタン光触媒膜を形成するに際
し、使用する金属ターゲットとしてはチタンを用いる。
【００１８】また、上記スパッタを行う上で、真空度は
０．１〜１００ｍＴｏｒｒ、特に１〜３０ｍＴｏｒｒと
した後、不活性ガスと酸素分子を有するガスが導入され
る。ここで、上記スパッタ空間に供給される酸素分子を
有するガス（酸化性ガス）としては、公知のガスを使用
することができ、具体的には、酸素、オゾン、空気、水
等が挙げられ、通常は酸素が用いられる。また、不活性
ガスとしては、ヘリウム、アルゴンなどを用いることが
でき、特に工業的に安価なアルゴンが好適に使用し得
る。
０．１〜１００ｍＴｏｒｒ、特に１〜３０ｍＴｏｒｒと
した後、不活性ガスと酸素分子を有するガスが導入され
る。ここで、上記スパッタ空間に供給される酸素分子を
有するガス（酸化性ガス）としては、公知のガスを使用
することができ、具体的には、酸素、オゾン、空気、水
等が挙げられ、通常は酸素が用いられる。また、不活性
ガスとしては、ヘリウム、アルゴンなどを用いることが
でき、特に工業的に安価なアルゴンが好適に使用し得
る。
【００１９】この場合、不活性ガスと酸素分子を有する
ガスとは、不活性ガスと酸素ガスとの比率が２：１〜
１：３、特に１．５：１〜１：２（容量比）となるよう
に導入することが好ましい。これにより高活性のアナタ
ーゼ型リッチの酸化チタン結晶を形成し得る。上記比率
を逸脱すると、ルチル型結晶が多くなるおそれがある。
なお、上記ガスの流量は、チャンバーの大きさ、カソー
ドの数などにより適宜選定されるが、不活性ガスと酸素
分子を有するガスとの合計量で、通常２〜１，０００ｃ
ｃ／ｍｉｎ程度である。
ガスとは、不活性ガスと酸素ガスとの比率が２：１〜
１：３、特に１．５：１〜１：２（容量比）となるよう
に導入することが好ましい。これにより高活性のアナタ
ーゼ型リッチの酸化チタン結晶を形成し得る。上記比率
を逸脱すると、ルチル型結晶が多くなるおそれがある。
なお、上記ガスの流量は、チャンバーの大きさ、カソー
ドの数などにより適宜選定されるが、不活性ガスと酸素
分子を有するガスとの合計量で、通常２〜１，０００ｃ
ｃ／ｍｉｎ程度である。
【００２０】投入電力も適宜選定されるが、高い投入電
力とすることが好ましく、例えば２枚の１００ｍｍφの
ターゲットを用いた場合、４００ワット以上、特に８０
０ワット以上とすることが推奨され、この場合、ターゲ
ット面積当りのエネルギー量を１．３Ｗ／ｃｍ2以上、
好ましくは２．６Ｗ／ｃｍ2以上、特に５．１Ｗ／ｃｍ2
以上とすることが推奨され、これにより得られる膜の膜
質を粗くすると共に、表面積を大きくできるので、光触
媒膜として用いられる酸化チタンの性能を更に向上させ
ることができる。この場合、供給電力が４００ワット未
満、ターゲット面積当りのエネルギー量が１．３Ｗ／ｃ
ｍ2未満であると、活性の高い膜を得ることができなく
なる場合がある。
力とすることが好ましく、例えば２枚の１００ｍｍφの
ターゲットを用いた場合、４００ワット以上、特に８０
０ワット以上とすることが推奨され、この場合、ターゲ
ット面積当りのエネルギー量を１．３Ｗ／ｃｍ2以上、
好ましくは２．６Ｗ／ｃｍ2以上、特に５．１Ｗ／ｃｍ2
以上とすることが推奨され、これにより得られる膜の膜
質を粗くすると共に、表面積を大きくできるので、光触
媒膜として用いられる酸化チタンの性能を更に向上させ
ることができる。この場合、供給電力が４００ワット未
満、ターゲット面積当りのエネルギー量が１．３Ｗ／ｃ
ｍ2未満であると、活性の高い膜を得ることができなく
なる場合がある。
【００２１】なお、電源は、図示の例では直流電源であ
るが、これに限られず、例えば高周波電源等を使用する
ことができ、また装置の構成も図示の例に限定されるも
のではない。
るが、これに限られず、例えば高周波電源等を使用する
ことができ、また装置の構成も図示の例に限定されるも
のではない。
【００２２】更に、スパッタリングのその他の条件は公
知の条件でよく、例えばスパッタリング時の圧力は１ｍ
Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒとし得、スパッタ膜（酸化チタン
膜）が形成される基板の種類、膜厚なども適宜選定され
る。
知の条件でよく、例えばスパッタリング時の圧力は１ｍ
Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒとし得、スパッタ膜（酸化チタン
膜）が形成される基板の種類、膜厚なども適宜選定され
る。
【００２３】本発明の酸化チタン膜は、１００％酸化チ
タンで形成されていて、最表面まで結晶が保たれている
ため、薄い膜でも非常に触媒活性が高い。また、高温処
理を必要としないので、非耐熱性の基材にも成膜でき、
膜の強度が強く膜内での破壊が起こらない。更に、スパ
ッタで成膜しているため、基材との密着性が優れてい
る。
タンで形成されていて、最表面まで結晶が保たれている
ため、薄い膜でも非常に触媒活性が高い。また、高温処
理を必要としないので、非耐熱性の基材にも成膜でき、
膜の強度が強く膜内での破壊が起こらない。更に、スパ
ッタで成膜しているため、基材との密着性が優れてい
る。
【００２４】なお、上述した通り、触媒活性が高い酸化
チタン膜を得るためにはアナターゼ型の結晶系がリッチ
である必要があるが、酸化チタンの成膜に当り、種々の
方法で結晶性の高い薄膜を形成することはできるもの
の、得られた結晶系はルチル型のものが多いため、光触
媒効果が低いものである。ところが、対向ターゲット式
スパッタリング法により酸化チタンを成膜した場合、低
温でアナターゼリッチの光触媒膜を作製することがで
き、特にアルゴンガスと酸素ガスとの比率を上記の比率
とすることにより、アナターゼ型結晶がよりリッチな光
触媒膜を形成し得る。
チタン膜を得るためにはアナターゼ型の結晶系がリッチ
である必要があるが、酸化チタンの成膜に当り、種々の
方法で結晶性の高い薄膜を形成することはできるもの
の、得られた結晶系はルチル型のものが多いため、光触
媒効果が低いものである。ところが、対向ターゲット式
スパッタリング法により酸化チタンを成膜した場合、低
温でアナターゼリッチの光触媒膜を作製することがで
き、特にアルゴンガスと酸素ガスとの比率を上記の比率
とすることにより、アナターゼ型結晶がよりリッチな光
触媒膜を形成し得る。
【００２５】また、従来のゾルゲル法による膜は、高温
により結晶化するため、耐熱性の基材にしか用いること
ができず、コーティング法による酸化チタン膜は、酸化
チタン微粒子を無機バインダーに混ぜたコーティング液
を基材に塗布後、熱硬化させて膜を作るものであり、熱
硬化温度はコーティング剤によって様々で、１００〜３
００℃の範囲が多い。１００〜１５０℃で硬化可能なも
のは、プラスチックなどの非耐熱性基材にも適用できる
が、一般的に熱硬化温度が低いと膜の硬度が低く、傷つ
きやすい膜になる上、バインダー含有量が増えるため光
触媒活性が低い。膜の表面は酸化チタンとバインダーが
混在していて、酸化チタンの面積が少ないため触媒活性
が低下する。また、膜の強度や基材との密着性が弱いも
のである。
により結晶化するため、耐熱性の基材にしか用いること
ができず、コーティング法による酸化チタン膜は、酸化
チタン微粒子を無機バインダーに混ぜたコーティング液
を基材に塗布後、熱硬化させて膜を作るものであり、熱
硬化温度はコーティング剤によって様々で、１００〜３
００℃の範囲が多い。１００〜１５０℃で硬化可能なも
のは、プラスチックなどの非耐熱性基材にも適用できる
が、一般的に熱硬化温度が低いと膜の硬度が低く、傷つ
きやすい膜になる上、バインダー含有量が増えるため光
触媒活性が低い。膜の表面は酸化チタンとバインダーが
混在していて、酸化チタンの面積が少ないため触媒活性
が低下する。また、膜の強度や基材との密着性が弱いも
のである。
【００２６】いずれにしても従来法によっては、アナタ
ーゼ型リッチの柱状酸化チタン結晶は得られないもので
ある。
ーゼ型リッチの柱状酸化チタン結晶は得られないもので
ある。
【００２７】以上のようにして得られる酸化チタン膜か
らなる光触媒膜は、公知の光触媒膜と同様にして使用す
ることができ、例えばこの光触媒膜に光を照射すること
によって光触媒が励起し、殺菌、脱臭等の作用を発揮す
るもので、水浄化、空気浄化、消臭、油分の分解などに
用いることができる。
らなる光触媒膜は、公知の光触媒膜と同様にして使用す
ることができ、例えばこの光触媒膜に光を照射すること
によって光触媒が励起し、殺菌、脱臭等の作用を発揮す
るもので、水浄化、空気浄化、消臭、油分の分解などに
用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明の酸化チタン膜は、高い光触媒活
性を有しており、また本発明の酸化チタン膜の作製方法
によれば、高い触媒活性を有する酸化チタン光触媒膜を
容易に作製することができる。
性を有しており、また本発明の酸化チタン膜の作製方法
によれば、高い触媒活性を有する酸化チタン光触媒膜を
容易に作製することができる。
【００２９】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるもの
ではない。
的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるもの
ではない。
【００３０】 〔実施例１，２、比較例１，２〕実施例１ スパッタリング装置：図１に示す対向ターゲット式スパッタリング装置 基材 ：ガラス ターゲット材料 ：Ｔｉ 供給ガス ：アルゴン５ｃｃ／ｍｉｎ＋酸素５ｃｃ／ｍｉｎ 圧力 ：５ｍＴｏｒｒ 供給電力 ：１．２ｋＷ 成膜時間 ：６０分実施例２ スパッタリング装置：図１に示す対向ターゲット式スパッタリング装置 基材 ：ステンレススチール ターゲット材料 ：Ｔｉ 供給ガス ：アルゴン５ｃｃ／ｍｉｎ＋酸素５ｃｃ／ｍｉｎ 圧力 ：５ｍＴｏｒｒ 供給電力 ：１．２ｋＷ 成膜時間 ：６０分
【００３１】上記方法で得られた酸化チタン膜の断面顕
微鏡写真を図２〜５に示す。ここで、図２，３は実施例
１の酸化チタン膜であり、図２は５万倍、図３は２０万
倍の顕微鏡写真である。この顕微鏡写真の撮影について
は膜表面にＰｔ蒸着を施した。また、図４，５は実施例
２の酸化チタン膜であり、図４は５万倍、図５は２０万
倍の顕微鏡写真である。
微鏡写真を図２〜５に示す。ここで、図２，３は実施例
１の酸化チタン膜であり、図２は５万倍、図３は２０万
倍の顕微鏡写真である。この顕微鏡写真の撮影について
は膜表面にＰｔ蒸着を施した。また、図４，５は実施例
２の酸化チタン膜であり、図４は５万倍、図５は２０万
倍の顕微鏡写真である。
【００３２】上記実施例１の酸化チタン柱状結晶の横断
面寸法は平均で１５０×１５０Å、実施例２の酸化チタ
ン柱状結晶の横断面寸法は平均で１００×１００Åであ
った。比較例１ ゾルゲル法による酸化チタン膜 チタンテトライソプロポキシド溶液中に基材を浸漬さ
せ、引き上げて乾燥後５５０℃で１時間加熱する。この
工程を１０回繰り返して酸化チタン膜を作製した。比較例２ コーティング法による酸化チタン膜 アナターゼ型酸化チタン微粒子と無機型バインダーを混
合したコーティング剤を基材上に薄く塗布し、その後乾
燥させた。この工程を５回繰り返した後、３００℃で１
時間加熱して酸化チタン膜を作製した。
面寸法は平均で１５０×１５０Å、実施例２の酸化チタ
ン柱状結晶の横断面寸法は平均で１００×１００Åであ
った。比較例１ ゾルゲル法による酸化チタン膜 チタンテトライソプロポキシド溶液中に基材を浸漬さ
せ、引き上げて乾燥後５５０℃で１時間加熱する。この
工程を１０回繰り返して酸化チタン膜を作製した。比較例２ コーティング法による酸化チタン膜 アナターゼ型酸化チタン微粒子と無機型バインダーを混
合したコーティング剤を基材上に薄く塗布し、その後乾
燥させた。この工程を５回繰り返した後、３００℃で１
時間加熱して酸化チタン膜を作製した。
【００３３】上記比較例の酸化チタン膜の断面顕微鏡写
真を図６〜９に示す。なお、図６，７は比較例１の酸化
チタン膜であり、図６は５万倍、図７は２０万倍の顕微
鏡写真である。この顕微鏡写真の撮影については膜表面
にＰｔ蒸着を施した。また、図８，９は比較例２の酸化
チタン膜であり、図８は５万倍、図９は２０万倍の顕微
鏡写真であり、この場合にもＰｔ蒸着を施した。
真を図６〜９に示す。なお、図６，７は比較例１の酸化
チタン膜であり、図６は５万倍、図７は２０万倍の顕微
鏡写真である。この顕微鏡写真の撮影については膜表面
にＰｔ蒸着を施した。また、図８，９は比較例２の酸化
チタン膜であり、図８は５万倍、図９は２０万倍の顕微
鏡写真であり、この場合にもＰｔ蒸着を施した。
【００３４】〔実施例３及び比較例３〕図１に示される
対向ターゲット式スパッタリング装置を使用し、基材と
してＳｉＯ2膜が形成された５×５ｃｍ2のポリエステル
フィルム（基材の光触媒劣化を防ぐため、基材表面にＳ
ｉＯ2膜１，０００Åをスッパッタで成膜したフィル
ム）と金属ターゲットとしてチタンターゲットをそれぞ
れ配置した後、酸素ガス１０ｃｃ／ｍｉｎ、アルゴンガ
ス１０ｃｃ／ｍｉｎを供給すると共に、装置本体内圧力
を５ｍＴｏｒｒとし、供給電力３ｋＷ、６０分間の条件
下で３，０００Å成膜を行った（実施例３）。
対向ターゲット式スパッタリング装置を使用し、基材と
してＳｉＯ2膜が形成された５×５ｃｍ2のポリエステル
フィルム（基材の光触媒劣化を防ぐため、基材表面にＳ
ｉＯ2膜１，０００Åをスッパッタで成膜したフィル
ム）と金属ターゲットとしてチタンターゲットをそれぞ
れ配置した後、酸素ガス１０ｃｃ／ｍｉｎ、アルゴンガ
ス１０ｃｃ／ｍｉｎを供給すると共に、装置本体内圧力
を５ｍＴｏｒｒとし、供給電力３ｋＷ、６０分間の条件
下で３，０００Å成膜を行った（実施例３）。
【００３５】得られた酸化チタン膜は、横断面寸法が１
５０×１５０Åであった。
５０×１５０Åであった。
【００３６】比較のため、下記条件で酸化チタンコーテ
ィング膜を形成した（比較例３）。 コーティング剤：酸化チタン微粒子、無機バインダー混合液 基材 ：ポリエステルフィルム（５×５ｃｍ2） （基材の光触媒劣化を防ぐため、基材表面にＳｉＯ2膜１，０ ００Åをスッパッタで成膜したフィルム） 熱硬化 ：１５０℃、６０分 膜厚 ：１μｍ
ィング膜を形成した（比較例３）。 コーティング剤：酸化チタン微粒子、無機バインダー混合液 基材 ：ポリエステルフィルム（５×５ｃｍ2） （基材の光触媒劣化を防ぐため、基材表面にＳｉＯ2膜１，０ ００Åをスッパッタで成膜したフィルム） 熱硬化 ：１５０℃、６０分 膜厚 ：１μｍ
【００３７】次に、上記酸化チタン膜の光触媒活性、膜
の強度と付着法を評価した。 （１）光触媒活性 ２２ｍｌのアマランス（赤色顔料）溶液（３ｍｇ／ｌ）
中に光触媒体を浸し、２５０Ｗ超高圧水銀灯（３００ｎ
ｍ以下はカット）を照射して、その濃度変化をＵＶ−可
視光度計で測定し、アマランスの分解率を求めた。
の強度と付着法を評価した。 （１）光触媒活性 ２２ｍｌのアマランス（赤色顔料）溶液（３ｍｇ／ｌ）
中に光触媒体を浸し、２５０Ｗ超高圧水銀灯（３００ｎ
ｍ以下はカット）を照射して、その濃度変化をＵＶ−可
視光度計で測定し、アマランスの分解率を求めた。
【００３８】
【表１】
【００３９】（２）膜の強度と付着性 ＪＩＳ Ｋ５４００に基づき鉛筆引っかき値（手かき
法）とＸカットテープ法で評価した。
法）とＸカットテープ法で評価した。
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】〔実施例４及び比較例４，５〕図１に示さ
れる対向ターゲット式スパッタリング装置を使用し、基
材として厚さ０．１ｍｍのステンレススチール（ＳＵＳ
３０４）、金属ターゲットとして直径１００ｍｍのチタ
ンターゲットをそれぞれ配置した後、酸素ガス１０ｃｃ
／ｍｉｎ、アルゴンガス１０ｃｃ／ｍｉｎを供給した
後、装置本体内圧力を５ｍＴｏｒｒとし、供給電力８０
０Ｗ、６０分間の条件下で成膜を行った。
れる対向ターゲット式スパッタリング装置を使用し、基
材として厚さ０．１ｍｍのステンレススチール（ＳＵＳ
３０４）、金属ターゲットとして直径１００ｍｍのチタ
ンターゲットをそれぞれ配置した後、酸素ガス１０ｃｃ
／ｍｉｎ、アルゴンガス１０ｃｃ／ｍｉｎを供給した
後、装置本体内圧力を５ｍＴｏｒｒとし、供給電力８０
０Ｗ、６０分間の条件下で成膜を行った。
【００４３】また、比較例４として、チタンターゲット
（直径１００ｍｍ）に厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４か
らなる基材を対向配置した通常のマグネトロンスパッタ
リング法にて、酸素ガス１０ｃｃ／ｍｉｎ、アルゴンガ
ス１０ｃｃ／ｍｉｎを供給した後、装置本体内圧力を５
ｍＴｏｒｒとし、供給電力４００Ｗの条件下にて成膜を
行った。
（直径１００ｍｍ）に厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４か
らなる基材を対向配置した通常のマグネトロンスパッタ
リング法にて、酸素ガス１０ｃｃ／ｍｉｎ、アルゴンガ
ス１０ｃｃ／ｍｉｎを供給した後、装置本体内圧力を５
ｍＴｏｒｒとし、供給電力４００Ｗの条件下にて成膜を
行った。
【００４４】次に、得られた酸化チタンが成膜された基
材に０．１ｍｇ／ｃｍ2の鉱物油を塗布し、低圧水銀灯
で５時間照射した後の油分解率を調べた。なお、比較例
５はＳＵＳ３０４そのものを用いた。結果を表４に示
す。
材に０．１ｍｇ／ｃｍ2の鉱物油を塗布し、低圧水銀灯
で５時間照射した後の油分解率を調べた。なお、比較例
５はＳＵＳ３０４そのものを用いた。結果を表４に示
す。
【００４５】
【表４】
【００４６】〔実施例５，６〕ターゲットに対する投入
電力を８００Ｗ（５Ｗ／ｃｍ2，実施例２）、１２００
Ｗ（７．６Ｗ／ｃｍ2，実施例３）とした以外は実施例
４と同様に酸化チタン膜を成膜し、実施例４と同様にし
て油分解率を調べた。結果を表５に示す。
電力を８００Ｗ（５Ｗ／ｃｍ2，実施例２）、１２００
Ｗ（７．６Ｗ／ｃｍ2，実施例３）とした以外は実施例
４と同様に酸化チタン膜を成膜し、実施例４と同様にし
て油分解率を調べた。結果を表５に示す。
【００４７】
【表５】
【００４８】以上の結果より、本発明法によれば、光触
媒活性の非常に高い薄膜を形成し得ることが認められ
た。
媒活性の非常に高い薄膜を形成し得ることが認められ
た。
【図１】本発明の実施に用いる対向ターゲット式スパッ
タリング装置の一例を示す概略図である。
タリング装置の一例を示す概略図である。
【図２】実施例１の酸化チタン膜の倍率５万倍の顕微鏡
写真である。
写真である。
【図３】実施例１の酸化チタン膜の倍率２０万倍の顕微
鏡写真である。
鏡写真である。
【図４】実施例２の酸化チタン膜の倍率５万倍の顕微鏡
写真である。
写真である。
【図５】実施例２の酸化チタン膜の倍率２０万倍の顕微
鏡写真である。
鏡写真である。
【図６】比較例１の酸化チタン膜の倍率５万倍の顕微鏡
写真である。
写真である。
【図７】比較例１の酸化チタン膜の倍率２０万倍の顕微
鏡写真である。
鏡写真である。
【図８】比較例２の酸化チタン膜の倍率５万倍の顕微鏡
写真である。
写真である。
【図９】比較例２の酸化チタン膜の倍率２０万倍の顕微
鏡写真である。
鏡写真である。
１ 装置本体 ２ 金属ターゲット ３ ホールド ３ａ 支持部 ４ 直流電源 ５ 磁石 ６ スパッタ空間 ７ 基板 ８ 支持部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｎ Ｄ Ｍ
Claims (8)
- 【請求項１】 主としてアナターゼ型柱状結晶の集合体
からなる酸化チタン膜。 - 【請求項２】 各柱状結晶が縦２０〜１，０００Å、横
２０〜１，０００Åの横断面寸法を有する請求項１記載
の酸化チタン膜。 - 【請求項３】 不活性ガスと酸素分子を有するガスから
の酸素ガスとの比率が容積比２：１〜１：３の雰囲気に
おいてチタンターゲットを用いて対向ターゲット式リア
クティブスパッタリングを行うことにより形成された請
求項１又は２記載の酸化チタン膜。 - 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の酸化チタン膜
からなる光触媒膜。 - 【請求項５】 酸素分子を有するガスを含有する不活性
ガス中でチタンターゲットを用いてリアクティブスパッ
タリングを行うことにより、基板上に酸化チタン膜を形
成するに当り、上記スパッタリングを、互いに対向する
ターゲット間のスパッタ空間の側方に基板を配置し、該
基板上にスパッタ膜を形成する対向ターゲット式スパッ
タリング法にて行うと共に、不活性ガスと酸素分子を有
するガスからの酸素ガスとの比率を容積比で２：１〜
１：３とすることを特徴とする酸化チタン膜の作製方
法。 - 【請求項６】 ターゲットに対する投入パワーを１．３
Ｗ／ｃｍ2以上とした請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 酸素分子を有するガスを含有する不活性
ガス中でチタンターゲットを用いてリアクティブスパッ
タリングを行うことにより、基板上に酸化チタン膜を形
成するに当り、上記スパッタリングを、互いに対向する
ターゲット間のスパッタ空間の側方に基板を配置し、該
基板上にスパッタ膜を形成する対向ターゲット式スパッ
タリング法にて行うと共に、不活性ガスと酸素分子を有
するガスからの酸素ガスとの比率を容積比で２：１〜
１：３とすることを特徴とする酸化チタン膜の作製方
法。 - 【請求項８】 ターゲットに対する投入パワーを１．３
Ｗ／ｃｍ2以上とした請求項７記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21354598A JP4214327B2 (ja) | 1997-07-14 | 1998-07-13 | 酸化チタン膜及び光触媒膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-203855 | 1997-07-14 | ||
| JP20385597 | 1997-07-14 | ||
| JP21354598A JP4214327B2 (ja) | 1997-07-14 | 1998-07-13 | 酸化チタン膜及び光触媒膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11130434A true JPH11130434A (ja) | 1999-05-18 |
| JP4214327B2 JP4214327B2 (ja) | 2009-01-28 |
Family
ID=26514145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21354598A Expired - Fee Related JP4214327B2 (ja) | 1997-07-14 | 1998-07-13 | 酸化チタン膜及び光触媒膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4214327B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1068899A1 (en) * | 1999-07-14 | 2001-01-17 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Multilayer structure and process for producing the same |
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1998
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