微弧氧化法制备TiO2陶瓷层薄膜的性能的研究

摘要

微弧氧化陶瓷层与基体结合牢固、结构致密,具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温冲击和电绝缘性能,其工艺对环境无污染,引起了人们广泛的研究。本论文提出直接在金属表面用微弧氧化法对金属表面改性以获得“自清洁”金属表面具有广阔的应用前景。论文使用不同电解质(包括:磷酸盐、硫酸、硫酸与磷酸混和溶液、磷酸等等)对纯金属钛片进行了微弧氧化处理,详细研究了电解液的配方以及用不同的最高阳极电压和处理时间在纯Ti基体上微弧氧化制备的陶瓷层的结构以及结构变化对陶瓷层光催化性能的影响。结果表明,用微弧氧化法制备TiO2陶瓷层薄膜在不同的处理电压和处理时间下得到的薄膜层具有不同的光催化活性。XRD图谱显示,低电压处理的样品表面没有形成完整的TiO2薄膜,高电压处理的样品表面有形成锐钛矿相的氧化钛,而且随着处理时间的增加,膜层的结晶程度亦随之逐渐变好,并且处理电压越高、处理时间越长,样品表面的粗糙度都有所增加,对样品的光催化性能有正面的影响。较高的阳极电压和较长处理时间能提高TiO2陶瓷层薄膜的光催化性能。其中用磷酸作为电解液,电压/时间参数为62v/3min与436v/3min相比,相同时间对有机物的绛解率从10％增加到了58%;450v/lmin与450v/5min相比,相同时间对有机物的绛解率从47%增加到了80%。

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摘要

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第一章 引言

第二章 文献综述

2． 1 TiO_2薄膜光催化和亲水性研究背景

2． 2 光催化和亲水性的机理

2． 3 TiO_2薄膜的制备技术

2． 3． 1 溶胶-凝胶法(Sol-gel)

2． 3． 2 物理气相沉积(physicalvapourdeposition)

2． 3． 3 化学气相沉积(chemicalvapourdeposition)

2． 4 光催化和亲水性能的影响因素

2． 4． 1 光催化性能的影响因素

2． 4． 2 亲水性的影响因素

2． 5 复合和掺杂对TiO_2光催化性能的改进

2． 5． 1 贵金属的掺杂(Pt、Ag、Rh)

2． 5． 2 复合半导体

2． 5． 3 过渡金属掺杂

2． 5． 4 氮掺杂

2． 6 微弧氧化技术引言

2． 7 微弧氧化发展简史

2． 8 技术机理

2． 9 微弧氧化陶瓷层的制备及结构

2． 9． 1 微弧氧化的生成条件

2． 9． 2 影响制备的因素

2． 9． 3 膜层的制备方法

2． 9． 4 膜层的组织结构

2． 10 本课题研究的思路

第三章 实验

3． 1 多功能微弧氧化实验装置

3． 1． 1 制备的装置及流程

3． 1． 2 KLMPA-30A多功能微弧氧化电源

3． 2 测试仪器

3． 2． 1 扫描电子显微镜(SEM)

3． 2． 2 X射线衍射(XRD)

3． 2． 3 X光电子能谱

3． 2． 4 薄膜光学性能的测定

3． 2． 5 薄膜光催化性的测定

第四章 不同电解质对氧化钛微弧氧化陶瓷层薄膜光催化性能的影响

4． 1 引言

4． 2 实验条件

4． 3 用磷酸盐作为电解质制备样品的过程和性能讨论

4． 3． 1 用磷酸铵和磷酸钠作为电解质制备样品的过程及现象

4． 3． 2 XRD分析

4． 3． 3 薄膜光催化性能的测定与分析

4． 3． 4 SEM分析

4． 3． 5 还原退火处理

4． 3． 6 XPS分析

4． 4 用酸作为电解质制备样品的过程和性能讨论

4． 4． 1 电解质的选取

4． 4． 2 实验的电解液成份

4． 4． 3 薄膜光催化性能的分析

4． 4． 4 XRD测试结果及其分析

4． 5 小结与改进计划

第五章 电压与时间参数对微弧氧化法制备TiO_2薄膜的光催化性能的影响

5． 1 引言

5． 2 实验条件

5． 3 不同最高微弧氧化处理电压对膜层结构及光催化性能的影响

5． 3． 1 实验参数以及光催化性能测试结果

5． 3． 2 薄膜光催化性能结果分析

5． 3． 3 薄膜XRD结果分析

5． 3． 4 薄膜SEM结果分析

5． 4 不同微弧氧化处理时间对膜层结构及光催化性能的影响

5． 4． 1 实验参数以及光催化性能测试结果

5． 4． 2 薄膜光催化性能结果分析

5． 4． 3 薄膜XRD结果分析

5． 4． 4 薄膜SEM结果分析

5． 5 小结

第六章 结论与展望

参考文献

攻读硕士期间的成果

致谢