纳米压痕和划痕法测定 TiO2 纳米薄膜的力学性能

目的研究相同工艺条件下阳极氧化法在不同钛合金基底(TA1,TC4,TC4F136)上生成的TiO2薄膜的力学性能差异。方法采用扫描电镜结合原子力显微镜观察3种薄膜的形貌和结构,用UNHT型纳米压痕仪测试TiO2纳米薄膜的力学性能,利用纳米划痕法测试3种钛合金表面生成的TiO2薄膜与基底的结合强度及摩擦性能,用纳米压痕技术测试TiO2的显微硬度和弹性模量。结果电解液及其它电化学条件相同时,不同钛合金基底上形成的TiO2薄膜结构(管直径、管壁厚及管长度)不同。结论阳极氧化法在钛合金基底上生成的TiO2纳米薄膜的力学性能,由TiO2微观结构及其与基底的结合强度决定,微观结构和结合强度归根到底由合金中元素决定。     

SiC薄膜对纳米结构Ti拉伸和摩擦性能的影响

考察了SiC薄膜对块体纳米结构钛力学和摩擦性能的影响。实验采用磁控溅射技术制备SiC薄膜（样品台不加温），使用划痕仪测量界面结合力，采用拉伸试验机测量拉伸性能，采用摩擦试验机测量摩擦性能（对摩件为Si3N4，干摩擦），采用SEM-EDAX观察分析微观组织。研究了薄膜（或涂层）对块体纳米材料力学性能的影响，并且获得了一种兼具高强度、良好塑性和良好摩擦学性能的纯钛金属材料。研究结果表明，SiC薄膜不仅不会降低纳米结构Ti的拉伸性能，而且能显著降低摩擦系数（从0．7到0.3），大大提升抗磨性能。     

TiO2光催化纳米薄膜的晶化处理

TiO2光催化纳米薄膜在400℃～80℃温内恒温退火1h-2h，以消除膜内非晶，提高薄膜光催化活性。热处理前后试样的检测结果表明：退火使TiO2薄膜内非晶晶化，晶粒长大，光响应电流增大。随退火温度的升高，TiO2薄膜出现由非晶斗锐钛矿斗金红石的转变。其中，600℃退火1h的TiO2薄膜为锐钛矿加金红石的混晶结构，光电流密度最大Iuv=41．2A／m^2，光催化活性最好。     

SiC薄膜对纳米结构Ti拉伸和摩擦性能的影响

考察了SiC薄膜对块体纳米结构钛力学和摩擦性能的影响.实验采用磁控溅射技术制备SiC薄膜(样品台不加温),使用划痕仪测量界面结合力,采用拉伸试验机测量拉伸性能,采用摩擦试验机测量摩擦性能(对摩件为Si3N4,干摩擦),采用SEM-EDAX观察分析微观组织.研究了薄膜(或涂层)对块体纳米材料力学性能的影响,并且获得了一种兼具高强度、良好塑性和良好摩擦学性能的纯钛金属材料.研究结果表明,SiC薄膜不仅不会降低纳米结构Ti的拉伸性能,而且能显著降低摩擦系数(从0.7到0.3),大大提升抗磨性能.     

水热温度对钛片表面制备TiO2纳米棒的影响

以NaOH为溶剂,利用水热法在医用钛表面制备了TiO2纳米棒,系统研究了水热温度对产物的影响以及TiO2纳米棒的生长机制。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和接触角测定仪分析钛表面生成产物的形貌、物相组成和钛表面与水的接触角。结果表明,水热过程中,温度决定了产物的结构和形貌。当NaOH浓度为5 mol/L、热处理温度为450℃、水热温度为130℃时,钛表面可以生成分布及尺寸均匀、长度基本一致的TiO2纳米棒,其长度约为200 nm,直径约为20 nm,有望最大限度地提高钛植入材料的生物活性。     

溶胶-凝胶法制备纳米TiO2薄膜

用溶胶-凝胶法，以钛酸丁脂为先驱体、无水乙醇为溶剂、二乙醇胺为络合剂，以载玻片为基体采用溶胶．凝胶浸渍提升法制备纳米TiO2薄膜。探讨制备过程中影响薄膜质量的因素，用NDJ-8S数字显示粘度计测定溶胶在溶胶．凝胶过程中的粘度随存放时间的变化；差热分析仪分析有机物的热分解行为和晶型转变；红外光谱仪对干凝胶相组成进行分析；扫描电镜对薄膜的表面形貌、颗粒的均匀性等进行研究。结果表明；可在玻璃基体上镀上纳米TiO2薄膜；粘度随着陈化时间成正比关系；薄膜表面光滑，颗粒较均匀且达到纳米级颗粒。     

TiO2纳米复合薄膜制备及光催化性能研究

用浸渍提拉法在玻璃基片上制备TiO2纳米薄膜和TiO2／ZnFe2O4纳米复合薄膜，利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)以及紫外．可见分光光度计等分析测试方法对制备薄膜的相结构及光吸收性能进行了分析和表征。结果表明，在500℃热处理下薄膜为锐钛矿型，粒度在20nm～30nm；复合后薄膜的光吸收边发生了红移，不同的复合方式影响亚甲基蓝染料的光催化降解效率。     

涂层层数和保温时间对纳米TiO2薄膜显微结构的影响

用溶胶凝胶法和高温煅烧在玻璃基体上制备纳米TiO2 薄膜 ,测试在各种工艺条件下制备的薄膜的亲水性、紫外线激发活性等性能 ,利用X射线衍射法和扫描电镜法表征其显微结构 ,并重点进行了涂层层数和保温时间对显微结构性能影响的研究。结果表明 ,涂层层数增加和保温时间延长不影响涂层中锐钛矿晶型的稳定性 ,对纳米TiO2 的颗粒长大也无明显影响。     

纳米TiO2薄膜在光纤上的沉积

采用液相沉积法(LPD),在40℃通过向氟钛酸铵水溶液中添加硼酸和结晶诱导剂锐钛矿型TiO2纳米晶,在光纤上沉积出具有光催化活性的TiO2薄膜.并对其进行了XRD测试和SEM测试,探讨了处理温度、沉积时间和次数等对TiO2薄膜的表面与界面及薄膜厚度的影响.结果表明利用液相沉积法可以在较低的温度下制备TiO2薄膜,并通过热处理可得到均一的TiO2薄膜;随着沉积时间的延长,或者是沉积次数的增加,沉积在光纤上的TiO2的厚度也随之增加,薄膜的透明度和颜色也随之发生变化;由于沉积在光纤表面的TiO2与基质SiO2之间形成Si-O-Ti键,使得基质与沉积在表面的TiO2薄膜间形成了紧密地结合.     

溶胶-凝胶法制备纳米TiO2薄膜

用溶胶-凝胶法,以钛酸丁脂为先驱体、无水乙醇为溶剂、二乙醇胺为络合剂,以载玻片为基体采用溶胶-凝胶浸渍提升法制备纳米TiO2薄膜.探讨制备过程中影响薄膜质量的因素,用NDJ-8S数字显示粘度计测定溶胶在溶胶-凝胶过程中的粘度随存放时间的变化;差热分析仪分析有机物的热分解行为和晶型转变;红外光谱仪对干凝胶相组成进行分析;扫描电镜对薄膜的表面形貌、颗粒的均匀性等进行研究.结果表明:可在玻璃基体上镀上纳米TiO2薄膜;粘度随着陈化时间成正比关系;薄膜表面光滑,颗粒较均匀且达到纳米级颗粒.     

Optical and Photocatalytic Properties of Cu-Cu2O/TiO2 Two-Layer Nanocomposite Films on Si Substrates

通过磁控溅射法在TiO2薄膜上生长Cu-Cu2O复合层,从而制备新型Cu-Cu2O/TiO2双层纳米复合薄膜。并采用X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,荧光光谱（PL）,X射线光电子能谱（XPS）和紫外可见漫反射光谱（DRS）等方法对膜的结构,形态和光学性能进行了研究。X射线衍射谱表明,Cu-Cu2O混合物层和Cu2O层都没有影响TiO2的结晶相。XPS结果表明,Cu的存在抑制了Cu2O表面在空气中的氧化。SEM分析表明,结晶良好的Cu-Cu2O混合物微小纳米颗粒均匀分散于TiO2表面。由于紫外可见漫反射光谱的Cu-Cu2O/TiO2复合薄膜的吸收边发生红移。PL光谱证实了在Cu的存在下,激发电子和空穴的复合率降低。光催化实验表明,与纯Cu2O/TiO2相比,所制备的Cu-Cu2O/TiO2-8显示出更高的光生载流子效率,其光催化性能也显著提高。此外,还对Cu-Cu2O/TiO2-8光催化活性增强的原因进行了讨论     

室温下反应磁控溅射沉积氧化钛薄膜光学性能和力学性能研究

目的通过对比不同溅射功率和氧气分压下氧化钛薄膜性能的变化规律,分析其力学性能和光学性能的关系。方法在室温条件下,采用直流反应磁控溅射技术在K9玻璃基底上沉积TiO_2薄膜,通过紫外可见红外分光光度计和椭偏仪对薄膜的光学特性进行分析,通过微纳米压痕技术对薄膜的力学性能进行表征。结果在给定工艺参数范围内,薄膜的光学折射率与纳米硬度和弹性模量正相关,随着溅射靶功率的增大,所制备薄膜的折射率、纳米硬度和弹性模量随之增大,而薄膜的光学带隙则随着溅射功率的增大而下降。同时,O_2流量对薄膜的光学性能和力学性能的影响更明显,在较低O_2流量条件下(Q(Ar)/Q(O_2)=10/1),所制备薄膜的折射率减小而光学带隙变大,随着O_2流量进一步减少(Q(Ar)/Q(O2)=20/1),薄膜的折射率增大而光学带隙减小,但薄膜的纳米硬度和弹性模量随O_2流量的减少而下降。结论磁控溅射沉积TiO_2薄膜的折射率与其光学带隙反向相关,而仅在适量氧气条件下所制备的薄膜的力学性能与光学特性有相关性。     

酸碱腐蚀对多孔TiO2薄膜透光率的影响

配制了含不同分子量聚乙二醇的TiO2溶胶，采用浸渍提拉法在普通载玻片上制备了单、双层多孔TiO2薄膜。用CA—A型接触角测量仪、SEM和UV／vis等研究了薄膜亲水性的变化、表面形貌以及酸碱腐蚀前后的光学特性。结果表明，所制备的薄膜表面呈微孔结构，可较长时间保持亲水性，具有较好的透光性，层数对透光率基本没有影响。经pH=3和pH=13的溶液浸泡60h，薄膜的透光率未发生变化，薄膜具有良好的耐酸碱腐蚀性。     

椭圆光谱法研究TiO_2薄膜的光学性能

使用直流磁控溅射法,通过改变沉积压强在玻璃衬底上制备了Ti O2薄膜。通过椭圆光谱法研究了Ti O2薄膜的光学性能;利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射对薄膜的表面形貌和结构进行了表征。结果表明:压强的大小在磁控溅射法制备Ti O2薄膜过程中能有效控制其晶粒尺寸、膜厚及薄膜的折射率。压强越大,晶粒尺寸越小,吸收边"蓝移"越明显;薄膜厚度随压强的增大先增加后减小;平均折射率随压强的增大呈下降趋势,消光系数在可见光波段的平均值趋于零。     

类富勒烯结构对含氢碳膜摩擦学性能的影响

目的研究类富勒烯结构含氢碳膜的摩擦学性能及润滑机理。方法采用闭合场非平衡反应磁控溅射技术,通过调节靶电流制备出类富勒烯结构含氢碳膜(FL-C:H)与非晶含氢碳膜(a-C:H)。通过扫描电子显微镜、原子力显微镜观察薄膜表面与断面的形貌,通过傅里叶红外光谱仪表征了碳膜的碳氢键结构,通过纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损实验评价薄膜的力学及摩擦学性能,通过透射电子显微镜分析磨屑结构,并通过光学显微镜及三维轮廓仪对磨斑及磨痕形貌进行分析。结果类富勒烯结构对薄膜的机械力学性能影响不大,但是对其大载荷下的摩擦学性能有影响。与a-C:H碳膜相比,小载荷下(5 N),FL-C:H碳膜的摩擦系数较高,大载荷下(20 N),FL-C:H碳膜具有较低的摩擦系数(0.03)和磨损率(4.8×10-8 mm~3/(m·N)),并且其摩擦界面形成了类球状纳米结构颗粒。随着载荷的增加,FL-C:H碳膜的摩擦系数和磨损率先降低,后基本不变,在载荷大于15 N时,摩擦界面形成了类球状纳米结构颗粒。结论类球状纳米结构颗粒的形成能降低薄膜的摩擦系数和磨损率,而FL-C:H碳膜比a-C:H碳膜更易在摩擦界面形成类球状纳米结构颗粒。这种类球状纳米结构的形成还依赖于载荷的大小(大载荷时更易形成),因此类富勒烯碳膜在大载荷下更易保持低的摩擦系数及磨损率。     

通电加热氧化金属钛制备TiO2薄膜及其光催化活性

应用在空气中电加热氧化的方法在金属钛表面制备了TiO2薄膜并通过XRD, SEM 以及UV方法分别研究了其晶相结构、表面形貌及光催化活性。控制流过金属钛的电流密度,可以在表面形成TiO2薄膜。SEM和XRD测试表明形成的TiO2为线条状的金红石晶型的均一薄膜。光催化测试表明,电氧化TiO2薄膜具有良好的光催化活性,分解亚甲基蓝的速率常数为(4.2~5.8)×10-3 min-1。     

纯钛材与大变形纯钛材微弧氧化膜层的力学性能研究

采用微弧氧化法在纯钛材及大变形纯钛材表面制备了含钙、磷的多孔氧化膜层,研究膜层的微观形貌、硬度、膜基结合力、滚动摩擦磨损性能等性能,探讨钛基材组织细化对其膜层结构及力学性能的影响。结果表明:与纯钛材微弧氧化膜层相比,大变形纯钛材微弧氧化膜层表面微纳米尺度的孔洞更多,孔隙率更高(10.84%vs.9.68%),孔洞孔径更小(8.67μm vs.9.68μm),表面更平坦,锐钦矿相含量更高(43.13%vs.37.74%),膜-基结合能力更强(17 N vs.8N),摩擦系数较低(0.338 vs.0.358),耐磨性能更优,以上的膜层结构及力学性能的改善归因于其钛基材大变形化提高了晶体缺陷。     

稀土CeO2增强型多孔钛的制备与性能

孔隙率对多孔钛的成骨性能影响较大,高的孔隙率更有利于骨组织的长入。但随着孔隙率的升高,其力学性能必然会急剧下降。因此,如何在保证多孔钛高孔隙率的前提下提高其力学性能,成为当前势必解决的难题。本研究采用浆料发泡法,通过在钛粉中加入不同含量的氧化铈,制备出高孔隙率的多孔钛。结果表明,多孔钛孔隙呈三维网络状,孔隙率为71.6%～73.5%,孔径主要分布在100～700μm,且孔壁上分布着微米级的微孔。当氧化铈的加入量为0.2%(质量分数,下同)时,多孔钛表现出最优的生物力学相容性,其杨氏模量为2.08GPa,抗压强度为60.19MPa。     

Pd^2＋离子对TiO2光催化薄膜化学稳定性的影响

采用Sol—Gel工艺在普通玻璃表面制备出均匀、透明的添加0．3％～0．5％贵金属Pd^2 的TiO2-SiO2复合薄膜。通过对薄膜的XRD，SEM表征及薄膜耐酸、碱化学稳定性的检测，结果表明，在TiO2—SiO2薄膜中添加Pd^2 ，增强了TiO2薄膜的光催化活性，由于Pd^2 所起到阻滞剂的作用，使晶粒尺寸减小，表面呈多孔合理结构，改善了TiO2薄膜的显微结构，使薄膜的化学稳定性得到明显的提高。