微弧放电对材料表面润湿性的改性

摘要

润湿性作为固体表面的一种重要特征，在医疗、防雾、油水分离、自清洁、防腐蚀、流体减阻、环保产业等领域有着重要的应用，因此对材料表面润湿性的改性也成为了近些年材料科学领域的热点。
　　本文正是围绕润湿性这一主题，以微弧氧化作为改性手段，从润湿性基本概念出发，逐步研究影响材料不同润湿性的影响因子以及分析其原理，进而提高润湿性在实际当中的应用价值。主要得到以下结论：
　　1、微弧放电在电极表面可产生亲水、超亲水的TiO2陶瓷氧化膜，形成的材料表面的接触角范围可控制在0°-50°之间。电解液中金属元素的掺杂可以增大放电后电极表面的接触角，Ag元素的掺杂使得材料表面的接触角最高达到接近90°的准疏水效果。反应的各项影响因素中放电时间对润湿性的影响最大，决定着陶瓷氧化膜的厚度、膜层结构以及晶型。
　　2、微弧放电所形成TiO2陶瓷氧化膜是多孔结构，膜上有类似火山口的细小微孔，脉冲放电电极表面膜层均匀，而直流放电电极表面的烧灼现象更严重。脉冲放电形成的微孔孔径大小在2μm到5μm之间，直流放电形成的微孔孔径大小在1μm到3μm之间。当孔径在1.2μm～1.6μm之间的区域内接触角最大。在电解液中添加Ag和W金属元素会在膜层的表面负载相应单质，这使得膜层表面的自由能降低，导致材料表面的接触角变大。
　　3、微弧氧化产生的TiO2氧化膜中包含锐钛矿和金红石两种晶型，且锐钛矿所占的比例大于金红石所占的比例。
　　4、润湿性对于TiO2的光催化效果有影响，表现为亲水能力越强，其光催化作用越好。Ag的负载对于TiO2的抑菌能力有提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 润湿性材料的需要和应用

1．1．1 润湿性概论

1．1．2 润湿性的需求和应用

1．2 润湿机理及制备技术

1．2．1 润湿性机理

1．2．2 润湿性材料的制备机理

1．2．3 润湿材料制备技术

1．3 微弧氧化对润湿性的改性

1．3．1 微弧氧化技术

1．3．2 微弧氧化原理

1．3．3 微弧氧化在润湿性改性方面的研究现状

1．4 钛金属及其氧化物

1．4．1 TiO2在润湿性方面的应用

1．4．2 TiO2在光催化方面的应用

1．5 本课题研究目的和内容

1．5．1 微弧氧化作为材料改性的方法

1．5．2 Ti电极作为改性的材料

1．5．3 实验技术路线

第2章 实验部分

2．1 实验方法

2．1．1 实验步骤

2．1．2 接触角的测量方法

2．1．3 材料的表征

2．1．4 材料的应用

2．2 实验试剂

2．3 实验仪器

第3章 微弧放电条件对润湿性的影响

3．1 电源类型的影响

3．1．1 实验条件

3．1．2 实验结果与讨论

3．2 单极脉冲电参数的影响

3．2．1 脉冲电压的影响

3．2．2 脉冲频率的影响

3．2．3 脉冲占空比的影响

3．3 电极材料的影响

3．3．1 实验条件

3．3．2 直流下不同材料的影响

3．4 小结

第4章 金属元素掺杂对润湿性的影响

4．1 掺杂银的影响

4．1．1 银含量的影响

4．1．2 放电条件的影响

4．1．3 掺杂方式的影响

4．2 掺杂钨的影响

4．2．1 单极脉冲微弧放电的影响

4．2．2 双极脉冲微弧放电的影响

4．3 小结

第5章 材料表征结果及分析

5．1 SEM

5．1．1 脉冲微弧氧化薄膜的SEM图

5．1．2 直流微弧氧化薄膜的SEM图

5．1．3 孔径与接触角的关系

5．2 物相表征

5．3 小结

第6章 润湿性的应用评价

6．1 润湿性对光催化的影响

6．2 负载Ag的TiO2氧化膜的抑菌作用

6．3 小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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