Электрохимический синтез диоксида и нитридов титана в водосодержащих органических электролитах

• Автор: Марьева, Екатерина Александровна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Л. Современные представления о наноразмерных материалах
и методы создания пористых оксидных наноразмерных структур
1ЛЛ. Наноструктурные материалы и их применение
1 Л.2. Особенности формирования пористых оксидов металлов методом анодной поляризации
1.2. Анодное поведение титана в различных электролитах
1.2Л. Анодное поведение титана и титановых сплавов в кислых и
нейтральных растворах электролитов
1.2.2. Анодное поведение титана и титановых сплавов в
щелочных растворах
1.3. Методы синтеза и механизм формирования пористого АОТ
1.3.1. Характеристика методов синтеза пористого АОТ
1.3.2. Механизмы формирования пористого АОТ
1.4. Физико-химические свойства пористого АОТ
1.5. Методы синтеза и механизм формирования пленок
нитридов титана
1.5.1. Современные неэлектрохимические методы синтеза
нитридов титана
1.5.2. Современные электрохимические методы синтеза
нитрида титана
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Материалы и оборудование
2.2. Электроды
2.3. Растворы электролитов
2.4 Методы электрохимического синтеза и анализа
2.5. Методы исследования микроструктуры образцов

2.6. Методы исследования состава и свойств полученных образцов
2.7. Планирование эксперимента
ГЛАВА 3. СИНТЕЗ ДИОКСИДА И НИТРИДОВ ТИТАНА МЕТОДОМ АНОДНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ТИТАНА
3.1. Влияние состава электролита на характер продуктов
электролиза
3.2. Исследование процессов синтеза диоксида титана
3.2.1. Синтез диоксида титана в водосодержащих электролитах
на основе этиленгликоля
3.2.2. Синтез диоксида титана в водосодержащих электролитах
на основе глицерина
3.2.3. Предполагаемый механизм формирования пористого диоксида титана
3.3. Синтез нитридов титана методом анодной поляризации
3.3.1. Синтез нитридов титана в электролитах, содержащих
фторид аммония
3.3.2. Синтез нитридов титана в электролитах, не содержащих элемент азота в составе фоновой добавки
3.3.3. Предполагаемый механизм формирования нитридов титана методом анодной поляризации
3.3.4. Структура и свойства нитридов титана
3.4. Разработка технологической схемы синтеза диоксида титана и нитридов титана в водосодержащих органических электролитах
3.4.1. Рекомендации по синтезу ТЮ
3.4.2. Рекомендации по синтезу ТіхТЧу
3.4.3. Технологическая схема синтеза диоксида и нитридов титана
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в технике и технологии находят широкое применение пленочные материалы. Такие материалы востребованы в электронике, радиотехнике, медицине, машиностроении, авиа- и судостроении, в качестве катодного материала перспективных пленочных источников тока, в солнечной энергетике и пр. Представителями таких материалов являются пленочные структуры диоксида титана, нитридов титана, а также оксидные пленки, допированные атомами азота и другими элементами.
Большинство известных и используемых в настоящее время способов формирования пленок оксидов и нитридов металлов, в том числе, вентильных, дорогостоящи, эпергозатратны, технологически сложны, предполагают использование сложного и дорогого оборудования. Так, для синтеза пленок нитридов титана наиболее часто используют вакуумное напыление, которое характеризуется высокой энергоемкостью и сложностью контроля самого процесса и характеристик получаемых плёнок.
В последнее десятилетие отмечается возросший интерес к исследованию и разработке электрохимических методов модифицирования поверхности вентильных металлов, в том числе, получению пленок диоксида титана. Однако электрохимический синтез пористого диоксида титана осуществляют во фторидных полярных органических электролитах или в водных растворах плавиковой кислоты при высоких потенциалах, как правило, при напряжениях 70-100 В. Основные работы посвящены формированию нанот-рубчатых структур диоксида титана для использования в перспективных фотоэлементах. Однако механизмы и закономерности получения поверхностных оксидных слоев титана изучены недостаточно, что затрудняет создание на основе разработанных методик промышленных технологий и замедляет процесс внедрения указанных материалов в технологические процессы. Кроме того, проведение электрохимических процессов при выше указанных

полученное данным методом покрытие отличается неравномерностью нанесения слоя и его физико-химические характеристики достаточно низки.
Некоторые исследователи для решения указанных недостатков вышеизложенного метода предлагают проводить окисление при возвратнопоступательном и/или вращательном движении с некоторым линейным давлением устройства в зоне контакта. В данном случае происходит сглаживание вершин шероховатостей поверхности, однако остаются нетронутыми впадины [95].
О возможности формирования нитридов титана электрохимическими методами, сообщается в работах [96-98], предложенные процессы проводятся при высоких температурах.
Очевидно, что данные методы электрохимического синтеза нитрида титана не являются оптимальными и не позволяют получать качественные покрытия, при этом сам процесс предполагает наличие сложного оборудования и больших затрат реактивов и энергии.
В результате анализа литературных данных по электрохимическому модифицированию титана выявлено, что области применения диоксида титана обширны: катализ, солнечная энергетика, производство химических и биологических сенсоров. Синтез анодного диоксида титана для солнечных элементов, сенсибилизированных красителем, является одним из перспективных приложений. Синтез нитридов титана востребован в области технологий получения защитно-декоративных покрытий, обладающих высокой химической стойкостью, твердостью и износостойкостью, декоративными свойствами.
Сделан вывод о том, что протекающие в ходе анодного окисления титана электрохимические процессы мало изучены. Сведения о возможности электрохимического синтеза нитрида титана практически отсутствуют.