Оптические свойства и радиационная стойкость порошков диоксида титана, модифицированных наночастицами оксидных соединений

• Автор: Юрьев, Семен Александрович
• Шифр специальности: 01.04.04, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Кристаллическая структура диоксида титана

1.2. Оптические свойства диоксида титана

1.3. Фото-и радиационная стойкость порошков диоксида титана

1.4. Отражающие покрытия и эмали на основе порошков диоксида титана

1.5. Способы повышения радиационной стойкости отражающих порошков

1.6. Свойства нанопорошков и методы их получения
Постановка задачи исследования
ГЛАВА
СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОРОШКОВ ДИОКСИДА ТИТАНА, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ И ОБОРУДОВАНИЕ
2.1. Объекты исследования
2.2. Метод модифицирования порошков диоксида титана наночастицами и способ
приготовления образцов
2.3. Экспериментальное оборудование и методики исследования
2.3.1. Установка «Спектр-1» для облучения образцов и измерения спектров диффузного отражения и спектров катодолюминесценции в вакууме
2.3.2. Метод исследования гранулометрического состава образцов растровым электронным микроскопом ТМ-1
2.3.3. Рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ
2.3.4. Регистрация спектров диффузного отражения(рЦ в атмосфере
2.3.5. Регистрации спектров поглощения в ИК-области
2.3.6. Термический анализ (ТГА/ДСК/ДТА)
Выводы по второй главе
ГЛАВА
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ПОРОШКОВ ДИОКСИДА ТИТАНА
3.1. Катодолюминесценция порошков диоксида титана
3.2. Температурное гашение полос катодолюминесценции порошков диоксида титана
3.3. Спектры диффузного отражения микропорошков ТЮ2 и их изменение при
облучении
3.4. Сравнение спектров диффузного отражения и радиационной стойкости микро - и
нанопорошков ТЮг
3.4.1. Спектры диффузного отражения исходных порошков
3.4.2. Спектры облученных порошков, измеренные в вакууме
3.4.3. Спектры облученных порошков, измеренные после выдержки в остаточном вакууме 10'1 тор в течение 100 часов
3.4.4. Анализ результатов по сравнению микро- и нанопорошков диоксида титана..
Выводы по третьей главе
ГЛАВА
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ, РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ И МЕХАНИЗМОВ ИХ ПОВЫШЕНИЯ ПРИ МОДИФИЦИРОВАНИИ НАНОЧАСТИЦАМИ ПОРОШКОВ ТЮ
4.1. Фотографии, фазовый состав и радиационная стойкость нанопорошков используемых при модифицировании
4.2. Определение оптимальной концентрации наночастиц при модифицировании порошков диоксида титана
4.3. Оптические свойства и радиационная стойкость порошков ТЮг, модифицированных наночастицами АЬОз, 2г0г, Я Юг, ТЮг, 2пО, М§
4.3.1. Спектры отражения модифицированных порошков
4.3.2. Радиационная стойкость модифицированных порошков
4.4. Влияние температуры при прогреве и при модифицировании наночастицами вЮг
на радиационную стойкость порошков ТЮг
4.5. Процессы, влияющие на радиационную стойкость порошков ТЮг после прогрева и модифицирования наночастицами вЮг
4.5.1. Спектрометрия в ближней ИК - области
4.5.2. ИК-спектрометрия
4.5.3. Потери массы
4.5.4. Масс-спектрометрия
4.6. Исследование влияния модифицирования наночастицами на радиационную стойкость других оксидных порошков
4.6.1. Радиационная стойкость порошков титаната бария, модифицированных нанопорошком диоксида циркония
4.6.2. Радиационная стойкость покрытий, изготовленных на основе порошков 2п0, модифицированных наночастицами ЭЮг
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Порошки диоксида титана широко применяются во многих областях техники и промышленности. Они используются в качестве эффективных фотокатализаторов [1-3], пигментов терморегулирующих и антиотражающих покрытий космических аппаратов [4,5]. В последние годы проводятся исследования по их использованию в качестве фотопреобразователей солнечных батарей [6,7]. Но наибольшее по объему применение они нашли в качестве пигментов бытовых красок [8].
Такие области применения подразумевают работу в условиях действия потоков заряженных частиц, ультрафиолетового и видимого излучений, под действием которых образуются центры поглощения, обусловленные дефектами катионной и анионной подрешеток. Поэтому разработка способов повышения радиационной стойкости порошков диоксида титана представляется актуальной проблемой.
Теоретические и экспериментальные исследования показали [9-15], что модифицирование нанопорошками является достаточно эффективным способом повышения радиационной стойкости, благодаря тому, что они обладают большой удельной поверхностью и являются “стоками” для возникающих при облучении электронных возбуждений. Однако, модифицирование нанопорошками может приводить к ухудшению исходных оптических свойств, что может быть обусловлено большим поглощением собственными точечными дефектами в ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях и хемосорбированными газами в ближней инфракрасной (ИК) области спектра. Модифицирование связано с высокотемпературным прогревом порошков, влияние которого на оптические свойства и радиационную стойкость мало изучено.
К настоящему времени имеются отдельные данные по влиянию модифицирования нанопорошками на фото- и радиационную стойкость отражающих порошков [9-15]. Практически отсутствуют сведения о влиянии условий модифицирования (температуры и времени прогрева, типа и

5. ИК-Фурье спектрометр №со1е! 5700 для регистрации спектров поглощения в ИК-области.
6. Синхронный ТГАУДСК/ДТА анализатор БЭТ Q600 для регистрации масс спектров выделяющихся газов, потерь массы, разности температур и теплового эффекта химических реакций.
7. Высокотемпературная камерная электропечь СНОЛ-1,4.2,5.1,2/12,5-И1, сушильный шкаф, аналитические весы, магнитная мешалка ПЭ-6100, керамические ступки и тигли.
Остановимся на описании выбранного оборудования и методик исследования свойств порошков.
2.3.1 Установка «Спектр-1» для облучения образцов и измерения спектров
диффузного отражения и спектров катодолюминесценции в вакууме
Исследование оптических свойств и облучение образцов ускоренными электронами проводили в экспериментальной установке - имитаторе условий космического пространства «Спектр-1» [170]. Данная установка позволяет изменять температуру образцов в широких пределах, имитировать высокий вакуум, электромагнитное излучение Солнца, потоки электронов с энергией 5 -150 кэВ и протонов с энергией до 120 кэВ. Технические характеристики установки «Спектр-1» приведены в табл. 2.2.
На рис. 2.3.1 изображена схема установки со спектрофотометром высоковакуумного исполнения, содержащей источники электронов (13) и ионов водорода (17), электромагнитного излучения (15), а также систему напуска газов и контроля их парциального давления.