阳极氧化制备工艺对TiO_2纳米管阵列显微形貌的影响

为改善TiO_2纳米管阵列结构有序性和形貌完整性,以NH4F-丙三醇-水溶液为电解液,采用一次阳极氧化法和二次阳极氧化法在Ti片表面制备TiO_2纳米管阵列,借助扫描电子显微镜和原子力显微镜,研究一次阳极氧化电压、二次阳极氧化法制备过程中阳极氧化电压和一次阳极氧化时间以及退火温度对TiO_2纳米管阵列显微形貌的影响。结果表明,采用一次阳极氧化法在5~25 V电压下阳极氧化Ti片120 min后均可制得有序排列的TiO_2纳米管阵列,纳米管外侧面具有"竹节状"结构特征,纳米管平均管径和管间距随氧化电压升高而增大;一次阳极氧化法在20 V/120 min下制得的TiO_2纳米管阵列相对较优,其表面平整度高。在相同氧化电压下采用二次阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列不能有效改善阵列的有序程度和表面平整度。600℃退火会促进TiO_2纳米管层/钛金属界面处的热氧化物层生长。     

水热制备TiO2纳米管及其光催化性能

本文利用TiO₂粉体在高浓度NaOH溶液中水热反应制备TiO₂纳米管,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),紫外可见分光光度计(UV-Vis)考察了NaOH浓度、水热反应温度、水热反应时间等因素对TiO₂纳米管结构和性能的影响。结果表明：当NaOH浓度为10mol/L,水热反应温度为160℃,水热反应时间20h时,所制备的TiO₂纳米管显示出较高的光催化活性,经紫外光照30min后,对甲基橙(MO)的降解率可达75.48%。     

铝合金微弧氧化膜纳米TiO_2掺杂机理研究

在含有纳米TiO_2的电解液中对铝合金进行微弧氧化处理,用以研究掺杂纳米TiO_2对铝合金微弧氧化成膜机理及性能的影响。利用扫描电镜(SEM)观察微弧氧化膜形貌,能谱仪(EDS)分析膜层Ti、Al、O等元素含量,X射线衍射仪(XRD)分析相组成,测定膜厚、硬度和氧化液中TiO_2表面电荷,建立了掺杂改性模型。结果表明,加入纳米TiO_2后,氧化初期电压随TiO_2添加量增加逐渐升高、5min后电压逐渐降低;氧化膜表面孔洞数量和尺寸减小,成膜效率、膜层致密度和表面疏松层硬度提高。纳米TiO_2在氧化膜表面均匀分布,截面不均匀分布。氧化膜主要由γ-Al_2O_3、Mullite和少量Si组成。     

飞秒激光刻蚀微结构对NaOH水热法制备TiO_2光催化性能的影响

Ti基底三维微纳米结构TiO_2(3D-TiO_2)具有比表面积大、光捕获能力强、电荷传输快、可循环利用的优点,在光催化领域具有重要的研究意义和应用前景。采用飞秒激光刻蚀复合Na OH水热法制造Ti基底3D-TiO_2,并研究飞秒激光刻蚀的微阵列结构对3D-TiO_2光催化性能的影响。采用激光共聚焦显微镜(LSCM)、SEM、TEM、XRD对3DTiO_2进行表征分析,并对3D-TiO_2在紫外光照下进行甲基橙降解性能测试。结果表明,复合方法制备的3D-TiO_2由飞秒激光刻蚀的微阵列和Na OH水热法制备的TiO_2纳米线组成。与采用Na OH水热法直接在平整Ti表面制备的TiO_2纳米线相比,3D-TiO_2的染料吸附能力提升100%,光催化性能提升37%。微阵列结构尺寸对3D-TiO_2的性能具有明显影响,随着微阵列宽度的减小或高度的增加,3D-TiO_2的比表面积增大、入射光反射率降低、光催化性能提高。     

Mo-Al2O3太阳能选择吸收涂层的制备及其光学性能

选用金属Mo作为红外反射层,Mo-Al_2O_3作为吸收层,Al_2O_3作为减反射层,利用磁控溅射镀膜技术,在抛光的316L不锈钢片上制备具有双吸收层的Mo/Mo-Al_2O_3/Al_2O_3太阳能选择吸收膜系,研究减反射层和高、低金属吸收层的厚度及其金属体积分数对膜系选择吸收性能的影响。结果表明,当减反层厚度为50 nm时,所得膜系的选择吸收性能最佳。高金属吸收层厚度的增加会使薄膜反射率的骤升阈值发生红移,薄膜的发射率升高,但其厚度过高,则会影响薄膜的干涉效应。低金属吸收层厚度的增加会导致可见光波段的吸收率增加,红外波段的发射率上升,薄膜反射率的骤升阈值红移。高金属吸收层中金属体积分数增加会导致它的方块电阻降低,使薄膜的红外发射率下降。低金属吸收层中金属体积分数的增加,会导致薄膜的红外干涉下降,使其发射率升高,获得薄膜的最佳吸收率为0.922,发射率为0.029。     

Ni2Cr(BO3)O2涂层的制备及其红外发射性能

通过喷雾造粒和高温焙烧制备Ni_2Cr(BO_3)O_2粉末后利用等离子喷涂得到一种高红外发射涂层,并研究了该种涂层的红外发射性能。SEM观察涂层的表面、断面形貌,发现涂层与基体结合紧密、无脱落;XRD对焙烧后的粉末物相组成进行了表征,主要以Ni_2Cr(BO_3)O_2为主。对涂层红外波段发射率的测试表明,在0.76~2.5μm波段的发射率为0.896、2.5~14μm波段发射率为0.925,具有优异的红外发射性能。Ni_2Cr(BO_3)O_2晶胞内的畸变、非对称性以及电子转移跃迁是导致Ni_2Cr(BO_3)O_2这种材料具有高红外发射率的主要原因。Ni_2Cr(BO_3)O_2涂层能够经受37次"900℃~水冷"热震循环。该种涂层由于其高红外发射性能、优异的耐热震性能和热稳定性能而具有较高的实用价值。     

TiB2涂层熔盐电沉积制备与表征

炭阴极在铝电解槽中受熔盐和铝液腐蚀而影响寿命,而TiB₂涂层是铝电解槽理想的阴极材料。本文以石墨为基体,在KF-KCl-K₂TiF₆-KBF₄熔盐中以0.4-0.7A.cm_-2^{电流密度、}700-800℃温度电沉积TiB₂涂层,通过XRD衍射仪、SEM-EDS、表面粗糙度测量仪及附着力测试仪对不同电流密度和温度下制备的涂层进行表征。结果表明：在石墨基体上可以得到均匀连贯的TiB₂涂层;增大电流密度、降低电解温度可以细化涂层晶粒,提高涂层致密性;在0.6 A.cm_-²、750℃最优电沉积条件下制得的TiB₂涂层的厚度为229 μm,择优取向为<110>,表面粗糙度为14.85 μm,涂层与石墨基体的结合力为6.39 MPa。     

Al_2O_3/MoS_2复合涂层的制备及摩擦磨损性能

以大气等离子喷涂工艺制备的Al_2O_3陶瓷涂层为模板,利用陶瓷涂层中存在的孔隙和微裂纹,采用水热反应在其内部原位合成具有润滑特性的MoS_2,制备出Al_2O_3/MoS_2的复合涂层。结果表明,通过水热反应在陶瓷涂层原有的微观缺陷中成功合成了MoS_2,合成的MoS_2固体粉末呈类球形状,并且这球状的粉末是由纳米片层状的MoS_2搭建组成的。摩擦试验结果表明,与纯Al_2O_3涂层相比,复合涂层中由于MoS_2润滑膜的形成,其摩擦因数和磨损率都显著降低,且载荷越大,复合涂层的摩擦性能越好。     

纳米Al_2O_3对等离子喷涂ZrC-ZrSi_2复合涂层结构与性能的影响

大气等离子喷涂ZrC-ZrSi_2陶瓷涂层的孔隙率高,提高等离子喷涂ZrC-ZrSi_2陶瓷涂层的致密度成为亟待解决的问题。在TC4钛合金表面采用大气等离子喷涂ZrC-ZrSi_2复合粉和ZrC-ZrSi_2-Al_2O_3复合粉分别制备两种复合涂层。研究纳米Al_2O_3对等离子喷涂ZrC-ZrSi_2复合涂层组织结构与性能的影响。结果表明,添加了Al_2O_3的ZrC-ZrSi_2复合涂层的组织结构更为致密,相较于ZrC-ZrSi_2复合涂层具有更优异的力学性能。熔点相对较低的Al_2O_3能够在喷涂焰流中先熔化,熔融态的Al_2O_3能够填充在ZrC-ZrSi_2复合涂层的孔洞处,提高复合涂层的致密度,改善涂层的力学性能。研究成果可为提高大气等离子喷涂制备含高熔点组分复合涂层的致密度提供指导。     

AgSnO2触点涂层的组织与性能

采用高能球磨方法制备Ag-SnO₂复合粉末,将球磨粉末冷喷涂到铜基板上,能够获得几毫米厚度的较致密的AgSnO₂触点涂层。850 ℃退火后涂层发生进一步致密化并且在原始粉末颗粒边界形成富银区,涂层材料硬度略为降低。电弧侵蚀和电接触试验表明,冷喷涂的AgSnO₂涂层材料具有低而稳定的接触电阻,能够满足触点的基本性能要求。     

MoS2颗粒表面包覆Al2O3及其在镀层中的应用

采用非均匀形核法将Al2O3包覆到MoS2颗粒表面,提高颗粒的亲水性能。研究了溶液pH值、Al(NO3)3的摩尔浓度和预处理工艺对包覆率的影响;采用SEM及EDS分析了包覆前后MoS2颗粒的微观形貌和表面成分;通过测量接触角研究了颗粒表面的亲水性。结果表明,颗粒表面均匀包覆了一层Al(OH)3;溶液pH值对包覆率的影响最大,Al(NO3)3的摩尔浓度次之。最佳工艺为:溶液pH值为5.5,Al(NO3)3浓度为0.15mol/L,预处理过程不添加表面活性剂。随着包覆率的提高,MoS2颗粒的亲水性提高。利用包覆Al2O3的MoS2制得了Ni-P-MoS2化学复合镀层,提高了镀层中沉积粒子的均匀致密性。     

Preparation and characterization of nano TiO2/micron Cr2O3 composite particles

Nano-TiO₂/micro-size Cr₂O₃ composite particles were first prepared by hydrolysis of Ti(OBu)₄ in an abundant acidic aqueous solution without calcinations at room temperature. XPS analysis shows that the element C, O, Ti and Sn existed on the surfaces of the composite particles. Observation by field emission scanning electronic microscope shows TiO₂ particles of 10-15 nm covers on Cr₂O₃ powder surfaces to form nanometer/micron composite particles. UV-vis spectra show a red shift of the absorption edge and a significant increase of absorption intensity in the visible region. These results confirm that TiO₂ of anatase type can be synthesized on the surface of Cr₂O₃.     

TiO2/膨润土复合光催化材料的常温制备及性能研究

采用改进的溶胶-凝胶法,在以水为主要溶剂的反应体系中,控制钛酸四丁酯充分水解、缓慢聚合,在 常压、低温(70℃)的温和条件下制备出稳定的TiO₂纳米晶溶胶,并利用TiO₂纳米晶溶胶在膨润土表面负载,获得TiO₂/膨润土复合光催化材料。采用 X 射线衍射、扫描电镜、比表面积测定等研究手段对样品的结构形貌进行了表征,并考察了其光催化活性。结果表明：较高的水用量有利于TiO₂晶体形成,当去离子水:钛酸四丁酯摩尔比大于167:1时,在溶胶体系中出现了锐钛矿型TiO₂纳米晶体;TiO₂纳米晶主要负载于膨润土表面,并未嵌入到膨润土层间结构,但相对于单一膨润土,TiO₂负载显著提高了材料比表面积;当去离子水:钛酸四丁酯摩尔比=192:1时,在紫外光照射下,复合光催化材料表现出最高的光催化活性,对亚甲基蓝的降解率达到93.8%。     

Photocatalytic performance of nano-photocatalyst from TiO2 and Fe2O3 by mechanochemical synthesis

Nano-particles of homogeneous solid solution between TiO₂ and Fe₂O₃ (up to 10 mol%) have been prepared by mechanochemical milling of TiO₂ and yellow Fe₂O₃/red Fe₂O₃/precipitated Fe (OH)₃ using a planetary ball mill. Such novel solid solution cannot be prepared by conventional co-precipitation technique. A preliminary investigation of photocatalytic activity of mixed oxide (TiO₂/Fe₂O₃) on photo-oxidation of different organic dyes like Rhodamine B (RB), Methyl orange (MO), Thymol blue (TB) and Bromocresol green (BG) under visible light (300-W Xe lamp; λ > 420 nm) showed that TiO₂ having 5 mol% of Fe₂O₃ (YFT1) is 3-5 times higher photoactive than that of P25 TiO₂. The XRD result did not show the peaks assigned to the Fe components (for example Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO₃, and Fe metal) on the external surface of the anatase structure in the Fe₂O₃/TiO₂ attained through mechanochemical treatment. This meant that Fe components were well incorporated into the TiO₂ anatase structure. The average crystallite size and particle size of YFT1 were found to be 12 nm and 30 ± 5 nm respectively measured from XRD and TEM conforming to nanodimensions. Together with the Fe component, they absorbed wavelength of above 387 nm. The band slightly shifted to the right without tail broadness, which was the UV absorption of Fe oxide in the Fe₂O₃/TiO₂ particle attained through mechanochemical method. This meant that Fe components were well inserted into the framework of the TiO₂ anatase structure. EPR and magnetic susceptibility show that Fe³⁺ is in low spin state corresponding to μ_B = 1.8 BM. The temperature variation of μ_B shows that Fe³⁺ is well separated from each other and does not have any antiferromagnetic or ferromagnetic interaction. The evidence of Fe³⁺ in TiO₂/Fe₂O₃ alloy is also proved by a new method that is redox titration which is again support by the XPS spectrum.     

Low temperature growth of nanocrystalline TiO2 films with Ar/O2 low-field helicon plasma

TiO₂ thin films were deposited on silicon wafer substrates by low-field (1 < B < 5 mT) helicon plasma assisted reactive sputtering in a mixture of pure argon and oxygen. The influence of the positive ion density on the substrate and the post-annealing treatment on the films density, refractive index, chemical composition and crystalline structure was analysed by reflectometry, Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) and X-ray diffraction (XRD). Amorphous TiO₂ was obtained for ion density on the substrate below 7 × 10¹⁶ m^− 3. Increasing the ion density over 7 × 10¹⁶ m^− 3 led to the formation of nanocrystalline (~ 15 nm) rutile phase TiO₂. The post-annealing treatment of the films in air at 300 °C induced the complete crystallisation of the amorphous films to nanocrystals of anatase (~ 40 nm) while the rutile films shows no significant change meaning that they were already fully crystallised by the plasma process. All these results show an efficient process by low-field helicon plasma sputtering process to fabricate stoichiometric TiO₂ thin films with amorphous or nanocrystalline rutile structure directly from low temperature plasma processing conditions and nanocrystalline anatase structure with a moderate annealing treatment.     

TiO2纳米阵列超疏水膜的制备及耐腐蚀性能

采用阳极氧化法在纯钛表面制备TiO2纳米管阵列,使用六甲基二硅胺烷对TiO2纳米管阵列进行低表面能处理,得到超疏水表面．用接触角测量仪测定表面疏水性,采用SEM、EDS技术研究改性前后试样表面的形貌和元素组成,并利用极化曲线和电化学阻抗谱法研究了超疏水膜的耐腐蚀性能．结果表明,TiO2纳米管阵列经改性后超疏水效果明显,...     

Fe2O3-CaO-TiO2 体系下铁酸钙的合成过程及TiO2 和CaTiO3 的影响

为了确定高钛型钒钛磁铁矿烧结过程中铁酸钙的生成是受TiO₂还是TiO₂和CaO形成的CaTiO₃影响,首先利用Fe₂O₃和CaO的纯试剂合成了铁酸钙,并研究了TiO₂和CaTiO₃对钛铁酸钙 （FCT） 形成的影响。在Factsage 7.0软件进行热力学计算的基础上,通过在空气气氛下进行烧结,获得了在1023~1423 K温度范围内、不同烧结时间的不同样品。通过X射线衍射和扫描电镜-能谱分析等表征手段,对烧结样品的物相转变和微观结构变化进行了表征。发现FCT的形成过程主要分为2个阶段：前一阶段为1023~1223 K温度范围内Fe₂O₃与CaO之间的反应,合成产物为Ca₂Fe₂O₅,反应方程式为“Fe₂O₃(s)+ 2CaO(s)= Ca₂Fe₂O₅(s)”;后一阶段为1223~1423 K温度范围内Ca₂Fe₂O₅和Fe₂O₃的反应,主要产物为CaFe₂O₄,反应为“Ca₂Fe₂O₅(s)+ Fe₂O₃(s)= 2CaFe₂O₄(s)”,该阶段尤其是温度为1423 K时,反应速率显著加快,随温度的升高CaTiO₃显著增加。然而,Ti元素在铁酸钙中的固溶很难实现,TiO₂与铁酸钙之间的反应不是形成FCT的有效途径。随着保温时间的延长,CaTiO₃和FCT相界中Fe元素含量增加。FCT主要是通过Fe组分在CaTiO₃中固溶形成的,主要反应是“Fe₂O₃+CaTiO₃(s)=FCT(s)”。     

钛基表面TiO_2-HA生物陶瓷膜层的血液相容性研究

采用微弧氧化法及微弧氧化-水热法对纯钛进行改性,制备了TiO_2与TiO_2-HA生物陶瓷膜层,通过溶血率实验、动态凝血时间实验和血小板黏附实验等方面评价其血液相容性。结果表明:各试样的溶血率都远小于5%,均符合医用材料的溶血率要求,不会产生溶血作用。与钛基TiO_2生物陶瓷膜层和钛基材相比,钛基TiO_2-HA生物陶瓷膜层的溶血率更低,动态凝血时间曲线变化更为缓慢,黏附的血小板更少,且变形程度更轻,具有更好的抑制血小板的聚集与变形的性能,血液相容性更优。