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本发明属于二氧化钛薄膜材料领域，特别涉及具有分级结构的二氧化钛薄膜材料及其制备方法。本发明结合静电纺丝与水热合成制备技术，获得了分级结构的二氧化钛薄膜材料，其是由直径为2～6μm的二氧化钛纤维相互交织构成的厚度为20—100μm的二氧化钛薄膜，其中二氧化钛纤维是由以锐钛矿型的二氧化钛线为中心和有序生长在二氧化钛线上的金红石型二氧化钛纳米棒组成，