等离子体电解氧化法制备多孔TiO_(2)/V_(2)O_(5)复合物膜层及其增强光催化产氢活性

较差的光催化产氢效率极大地阻碍了TiO_(2)光催化剂的工业化应用。为此,本文在含有NH_(4)VO_(3)的磷酸盐溶液中,采用等离子体电解氧化(PEO)法制备了多孔TiO_(2)/V_(2)O_(5)复合膜光催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对其组成、结构及光吸收性质进行了表征,并采用气相色谱评价了薄膜催化剂的光催化产氢性能,研究了电解液中NH_(4)VO_(3)含量对膜的结构、组成和光催化产氢性能的影响。结果表明:复合膜催化剂主要由锐钛矿和金红石型TiO_(2)组成,具有微孔结构,V_(2)O_(5)主要以无定形形式存在于膜中,与TiO_(2)有很强的相互作用,影响TiO_(2)的晶面间距。研究发现,元素V抑制了TiO_(2)的结晶和金红石型TiO_(2)的形成,扩大了薄膜的光学吸收范围。针对Na_(2)S+Na_(2)SO_(3)溶液中的光催化产氢性能的研究显示,在质量浓度为1 g/L NH_(4)VO_(3)的电解液中制备的TiO_(2)/V_(2)O_(5)薄膜的光催化活性最高,优于近年来报道的其他光催化剂。光催化重复实验表明,该复合膜催化剂具有较高的稳定性和较为恒定的光催化活性。

不同尺寸单层氧化石墨烯用于膜蒸馏分离H_(2)O/HDO

核电站运行产生的放射性氚化水(HTO)的处理涉及到H_(2)O/HTO分离难题。实验室研究常把无放射性H_(2)O/HDO(氘化水)分离作为研究模型来代替H_(2)O/HTO分离。近年来,基于多层氧化石墨烯(graphene oxide,GO)膜的膜蒸馏分离工艺显示出较好的H_(2)O/HDO分离效果,但进一步提高分离性能仍需开发新型膜材料或结构。本工作采用不同横向尺寸单层GO制备聚四氟乙烯(PTFE)支撑的氧化石墨烯复合膜用于研究膜蒸馏分离H_(2)O/HDO:(1)选用两种不同横向尺寸的单层GO研究GO横向尺寸对膜的H_(2)O/HDO分离性能影响,基于横向尺寸较小GO膜的渗透通量和分离因子分别可达0.944 L/(m^(2)·h)和1.043,整体分离性能比基于横向尺寸较大GO膜高;(2)为结合不同横向尺寸单层GO的结构特点,把不同横向尺寸单层GO混合制备复合膜,当两种石墨烯质量比例为1∶1时,所得GO复合膜的渗透通量可达0.806 L/(m^(2)·h),比基于横向尺寸较大GO复合膜的渗透通量高,而两者分离因子相近;(3)对横向尺寸较大GO进行刻蚀处理,可提高膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能。结果表明:单层氧化石墨烯的横向尺寸可影响膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能;基于横向尺寸较小单层氧化石墨烯或混合不同横向尺寸单层氧化石墨烯制备的膜具有较好的膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能;并且刻蚀处理横向尺寸较大GO也可提高膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能。因此,本工作可指导后续发展新型膜材料或膜结构以实现H_(2)O/HDO分离效果更好的膜蒸馏工艺,为含HTO的放射性废水处理问题提供解决方案。

溶胶-凝胶法制备TiO2-SiO2多层增透膜

在酸催化体系中以钛酸丁酯为前驱体制得TiO2溶胶，以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体制得SiO2溶胶，采用提拉法在普通载玻片上镀膜．辅助MASS膜系设计软件进行模拟计算，得到了透射比为99％的膜片．根据理论模拟结果，实验采用交叉镀膜，制备出了宽带增透TiO2-SiO2多层膜．用紫外可见分光光度计测量了样品的透射光谱．实验发现，样品具有明显的宽带增透效果：在400～700nm波段，当光线垂直入射时，增透5．5％左右；45°角入射时，可增透10％．

TiO_(2)/SiO_(2)双层减反射镀膜玻璃的制备

利用膜层设计软件TFCalc提供理论指导,设计出一种glass/TiO_(2)/SiO_(2)/air双层膜系结构,通过溶胶-凝胶法分别制备TiO_(2)和SiO_(2)溶胶。探究溶胶体系中不同水钛比、pH等对TiO_(2)膜层折射率的影响,在水钛比为3.5∶1,pH为2.5时,TiO_(2)膜层折射率为1.85,与SiO_(2)膜层的折射率最适配。结合二次镀膜前固化炉的炉丝0~200℃上下加热方式等工艺改进,制成的双层减反射镀膜玻璃在380~1100 nm区间平均透过率达94.38%,560 nm处最高可达94.8%,相对单层SiO_(2)膜玻璃有明显的提高。

电压对含锌电解液微弧氧化TiO_(2)膜结构和性能的影响

以纯钛(TA4)为原料,用含乙酸锌电解液制备微弧氧化(MAO)TiO_(2)膜,探究不同电压对膜的表面结构、亲水性、耐腐蚀性和抗菌性能的影响。结果表明,MAO处理后,涂层表现出多孔结构,主要由Ti相、锐钛矿和金红石TiO_(2)相组成。随着电压的升高,膜层中金红石TiO_(2)相增加,膜层上的微孔平均直径增加,孔隙率减小。所有膜层表现出良好的亲水性,与纯钛板相比,所有膜层均具有良好的抗菌性能,其中400V条件下形成的MAO涂层的抗菌性能最好,达到91%,并且其耐腐蚀性最强。综上所述,当MAO电压为400V时,制备的膜层综合性能最好。

TiO_2-SiO_2双组分膜结构与光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同Si/Ti比的TiO2-SiO2双组分膜.用紫外光照射亚甲基蓝的分解实验比较薄膜的光催化性能.通过XRD、FTIR、HRTEM、FE-SEM、AFM以及UV-VS-NIR分光光度计等分析手段对薄膜的结构和光学性能进行了表征.结果表明:适量SiO2的引入,显著提高了TiO2薄膜的光催化活性,Si/Ti比为0.2时薄膜的光催化活性为最佳. SiO2引入TiO2薄膜后,生成了Ti-O-Si玻璃相和无定形SiO2,这两种物相聚集在TiO2 晶界周围,有效地阻止了TiO2的晶粒长大,提高了锐钛矿相向金红石相的转变温度,使复合薄膜经过500℃热处理后,只有锐钛矿相存在,有利于薄膜的光催化活性的提高.

La／TiO_2-SiO_2薄膜的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂量的La／TiO2-SiO2复合薄膜．通过XRD、 FE-SEM和AFM研究了复合薄膜的微观结构,采用紫外光照射下亚甲基蓝的分解实验比较薄膜的光催化性能．结果表明:La掺杂可显著提高TiO2-SiO2复合薄膜的光催化活性,以5％掺杂量为最佳,其光降解率比掺杂前提高了约23％．薄膜活性提高的主要原因是La掺杂后细化了TiO2的晶粒,提高了薄膜的比表面积,使其具有更高的氧化还原电势,La2+取代Ti4+ 进入到TiO2晶格,引起晶格膨胀,这种不同价离子的取代导致TiO2粒子表面电荷分布不平衡,从而提高了光生电子-空穴的分离效率．

医用NiTi合金表面溶胶-凝胶法制备TiO_2-SiO_2薄膜

采用溶胶－凝胶法在ＮｉＴｉ形状记忆合金表面制备了ＴｉＯ２－ＳｉＯ２复合薄膜，在提高医用ＮｉＴｉ合金的抗腐蚀性方面，收到了显著的效果．运用电化学方法对不同组成的ＴｉＯ２－ＳｉＯ２薄膜在模拟体液中的腐蚀行为进行了研究，结果表明，随薄膜中 Ｔｉ／Ｓｉ比的增加，ＴｉＯ２－ＳｉＯ２薄膜的抗腐蚀性增强．划痕试验表明 ＴｉＯ２－ＳｉＯ２（Ｔｉ／Ｓｉ＝４：１）膜与ＮｉＴｉ合金基体具有较高的界面结合强度．用原子力显微镜（ＡＦＭ）对ＴｉＯ２－ＳｉＯ２薄膜的表面形貌及表面粗糙度进行观察和分析，解释并讨论了ＴｉＯ２－ＳｉＯ２薄膜的配方组成与其抗腐蚀性的关系，ＳｉＯ２含量较少时，薄膜结构致密，膜层均匀平滑，且膜基结合力好，作为医用ＮｉＴｉ合金的表面保护层，可以使其耐腐蚀性有显著提高．

TC4钛合金表面TiO_2-PTFE复合膜层的制备

采用特殊的化学及物理处理方法,在钛合金表面制备TiO2-PTFE复合膜层,该润滑膜由硬质阳极氧化膜与低摩擦系数的聚四氟乙烯(PTFE)结合而成,具有较好的自润滑特性。研究了TiO2-PTFE复合膜层的组织形貌、物相组成以及元素组分,讨论了阳极氧化处理工艺和涂覆时间对PTFE涂覆量的影响。结果表明,TC4钛合金阳极氧化后形成了由锐钛相和金红石相双相晶型组成的纳米级TiO2多孔膜,涂覆PTFE后,表面及膜孔处被PTFE聚合体所覆盖。TC4钛合金样品经过不同电压和不同氧化时间处理后,PTFE涂覆量趋于稳定。随着涂覆时间的延长,PTFE涂覆量逐渐增加,在最初5～20min内,涂覆量增加较快,超过20min后涂覆量增加缓慢。

TiO_2-SiO_2系统凝胶玻璃薄膜折射率的研究

应用光度法研究了溶胶 凝胶系统组成、热处理温度对TiO2 SiO2 系统凝胶玻璃薄膜折射率的影响规律。随薄膜中TiO2 含量的增加以及热处理温度的升高 ,薄膜的折射率逐渐增大。通过调整TiO2 SiO2 系统的组成及适当的热处理温度 ,可实现TiO2 SiO2 系统薄膜折射率在 1.5～ 2 .

TiO_2-SiO_2复合气凝胶涂层的制备和光催化性能

利用TiCl4和工业水玻璃为原料,通过溶胶凝胶法制备TiO2-SiO2复合凝胶,用三甲基氯硅烷(TMCS)/乙醇(EtOH)/正己烷(Hexane)混合溶液对湿凝胶进行改性,常压干燥制备了TiO2-SiO2气凝胶,经150℃干燥所得的气凝胶具有多孔结构,获得的气凝胶比表面积达到646～816m2/g,孔体积达到1.52～2.19cm3/g。用乙醇作为分散剂,将气凝胶块体研磨成具有一定黏度的浆料,采用丝网印刷法制成TiO2-SiO2复合气凝胶涂层。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和孔径及比表面积分析仪(BET)对复合气凝胶的结构、形貌和孔性质进行了研究,通过分光光度计法分析了TiO2-SiO2复合气凝胶涂层光催化降解罗丹明B的性能,在可见光下照射4h后降解率达到77%。

TiO_2/SiO_2双层减反膜在太阳电池上的应用

利用二氧化硅(SiO_2)对太阳电池表面的钝化作用,对传统的二氧化钛(TiO_2)单层减反膜进行了改良。基于理论模拟分析了光反射率随膜层(TiO_2/SiO_2)厚度变化规律,结合实验上SiO_2最佳厚度经验值,制备了晶体硅太阳电池(即TiO_2/SiO_2/Si),并和SiN_x/Si结构的晶体硅太阳电池相比较。分别测试了少子寿命、反射率、电性能参数等,结果表明这种改良后的TiO_2减反膜也可以取得很好的减反效果和钝化效果。镀有TiO_2/SiO_2双层膜与SiN_x减反膜绒面晶体硅片的积分反射率分别为4.9%和3.9%;使用以上两种不同减反膜制备的太阳电池的开路电压均可达到0.62V。可见这种TiO_2/SiO_2双层膜有望在将来的生产中得到具体应用。

钛金属有机物热解制备TiO_2-SiO_2复合膜及其光催化活性研究

混有一定量SiO2 溶胶的钛金属有机化合物膜液通过旋液成膜法制备前驱物膜 ,经热解得到TiO2 SiO2 复合膜 .于 610℃焙烧 15min所得复合膜 (Ti∶Si =9∶1)经SEM ,XRD ,UV vis和XPS研究表明 ,膜面由 3 0nm× 2 0 0nm大小的晶体粒子组成 ,结构致密 ,膜厚约 2 0 0nm ,其可见光透过率为玻璃基质的 80 %,膜表面Ti3 + /OH-的比值为 1 0 6.对不同SiO2 含量的膜液凝胶进行DSC分析显示 ,少量的SiO2 就能显著提高TiO2 锐钛矿型晶相的形成温度 .膜的光催化活性研究表明一定量的Fe3 + 有利于提高膜的光催化活性 ,但是如果以氯化物的形式加入则对光催化反应不利 ,铬的氯化物同样如此 .另外 ,在钛金属有机物热解制备TiO2 SiO2 复合膜中 ,溶胶SiO2 不利于光催化反应 。

溶胶-凝胶法制备TiO_2-SiO_2系亲水性薄膜的研究

采用溶胶-凝胶(sol-gel)法在陶瓷釉面砖表面制备了TiO2-SiO2系亲水性薄膜。利用XRD、AFM、FTIR、热显微镜润湿角测角仪等,研究了SiO2添加量对薄膜的微结构和亲水性等的影响。结果表明:薄膜中TiO2晶粒尺寸随着SiO2含量的增加而减小;TiO2和SiO2分别单独成相,并有Ti-O-Si键形成,存在部分复合氧化物,在光照条件下,由于取代反应,复合氧化物的表面易形成Lewis酸,薄膜表面吸附的羟基含量增多且稳定,SiO2摩尔分数为0.4时,润湿角小于5°,薄膜的超亲水状态可在停止光照后长时间存在。

原子层沉积与磁控溅射法制备TiO2薄膜性能对比研究

分别采用原子层沉积(ALD)和磁控溅射法(MS)在Si和石英衬底上制备TiO_2薄膜,并进行退火处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外分光光度计对这两种方法制备薄膜的晶型结构、表面形貌和光学特性进行分析对比。结果显示,对于沉积态TiO_2薄膜,ALD-TiO_2和MS-TiO_2未能检测到TiO_2衍射峰。ALD-TiO_2为颗粒膜,其表面粗糙,颗粒尺寸大;MS-TiO_2薄膜表面平整。经退火后,两种方法制备的TiO_2薄膜能检测到锐钛矿A(101)衍射峰,但结晶质量不高。受薄膜表面形貌和晶型结构等因素影响,退火前后ALD-TiO_2透过率与MS-TiO_2透过率变化不一致。对于沉积态和退火态薄膜的禁带宽度,ALD-TiO_2分别为3.8e V和3.7 e V,吸收边带发生红移,MS-TiO_2分别为3.74 e V和3.84 e V,吸收边带发生蓝移。

CoFeB-SiO_2磁性不连续多层颗粒膜微波电磁特性

采用直流/射频磁控溅射方法和不连续多层交替溅射工艺,制备了CoFeB-SiO_2系列纳米不连续多层磁性颗粒膜,并对制备的薄膜样品进行了不同温度下的退火处理.实验结果表明,通过调整SiO_2绝缘介质相含量及磁场退火温度可有效地调控薄膜微结构和微波电磁特性.制备的薄膜样品在GHz微波频段同时具有高磁导率和高磁损耗,1.5GHz处薄膜复相对磁导率实部和虚部均大于260,同时电阻率高达1.38mΩ.cm.该薄膜样品可应用于微波吸收材料和抗电磁干扰的设计中.

稀土掺杂对TiO2-SiO2薄膜晶相转变及性能的影响

采用溶胶-凝胶法在釉面砖上制备了均匀的稀土离子La3+掺杂和Ce4+掺杂的TiO2-SiO2光催化薄膜。应用X射线衍射(XRD)和紫外可见分光光度计研究了La3+掺杂和Ce4+掺杂对TiO2-SiO2薄膜晶相转变、光催化性能及亲水性能的影响,用紫外光照射亚甲基蓝的光催化降解实验比较了不同薄膜的光催化性能。结果表明:La3+掺杂后,抑制了TiO2-SiO2薄膜中的TiO2从锐钛矿向金红石相的晶型转变,显著提高了TiO2-SiO2薄膜的光催化性能,也提高了其亲水性能;Ce4+掺杂后,则促进了TiO2-SiO2薄膜中TiO2从锐钛矿向金红石相的晶型转变,同时降低了薄膜的光催化性能。

17-4PH不锈钢表面TiO2膜及其多层膜的结构与性能

利用非平衡磁控溅射技术在17-4PH不锈钢表面分别制备了TiO_2膜、TiO_2/Ti多层膜及TiO_2/Ti/TiN/Ti多层膜,采用XRD、表面轮廓仪、显微硬度仪、摩擦磨损试验机和水蒸气疲劳腐蚀试验设备研究了薄膜的物相、显微硬度、耐磨性和耐疲劳腐蚀性能。结果表明:具有表面薄膜17-4PH不锈钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能均有较大提高;与TiO_2膜和TiO_2/Ti/TiN/Ti多层膜相比,TiO_2/Ti多层膜耐磨性能最好,较基体的提高了20倍以上,同时其耐疲劳腐蚀性能也最好。

以介孔TiO_2膜为过渡层在玻璃基底上制备Cu_3(BTC)_2连续膜

通过在玻璃基底上预先制备一层介孔TiO_2膜作为过渡层用于制备完整的Cu_3(BTC)_2(BTC:1,3,5-苯三甲酸)连续膜。场发射(FESEM)图像显示由此制得的Cu_3(BTC)_2膜在TiO_2/玻璃基底上是致密且连续,膜厚度为200 nm左右。相比之下,Cu_3(BTC)_2晶粒在空白玻璃基底上较难成核并生长,不能形成连续膜,而在无孔TiO_2/玻璃基底上,Cu_3(BTC)_2晶粒与在介孔TiO_2/玻璃基底上一样能够形成典型的八面体Cu_3(BTC)_2但不能形成连续膜。由于介孔TiO_2膜过渡层的存在,Cu_3(BTC)_2晶粒可以与基底结合紧密,经30 min超声波测试后,在介孔TiO_2/玻璃基底上的Cu_3(BTC)_2膜仍然能保持连续且完整形貌,而在空白玻璃基底上的Cu_3(BTC)_2晶粒完全脱落。推断介孔TiO_2的表面性质有利于Cu_3(BTC)_2晶粒的成核,而介孔TiO_2膜的多孔结构可以促进Cu_3(BTC)_2晶粒形成连续的薄膜:介孔TiO_2膜过渡层在Cu_3(BTC)_2膜与玻璃基底间扮演了类似桥梁的重要角色。

Ti/TiO_2多层膜的光电性能研究

用真空蒸发和自然氧化法在玻璃基底上制备了Ti/TiO2多层膜,并检测了薄膜的光电性能。电性能检测表明Ti/TiO2多层膜存在类负阻效应,多层膜的层间的类负阻效应比表面的更明显,薄膜的层间电阻率高于表面电阻率;用分光光度计测得试样退火前后的透射谱;用X射线衍射仪和扫描电镜检测了Ti/TiO2多层膜的晶体结构和表面形貌。