Структура и свойства композитных покрытий на основе пористых анодных оксидов алюминия и титана, модифицированных наночастицами Ag и γ-MnO2

• Автор: Кокатев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1Л. Нанопористые оксидные пленки, формируемые анодированием

алюминия и его сплавов

1.2. Алюмооксидные наномембраны

1.3. Нанотрубчатые анодные оксиды титана

1.3.1. Анодирование титана в водных фторсодержащих

электролитах

1.3.2. Анодирование титана во фторсодержащих безводных электролитах

1.3.3. Четвертое поколение нанотрубчатых анодных оксидов титана

1.3.4. Влияние отжига на структуру нанотрубчатых анодных
оксидов титана
1.3.5. Электронные свойства диоксида титана
1.4. Композитные покрытия на основе наноструктурированных
анодно-оксидных пленок
1.4.1. Наноструктурированные композитные материалы
1.4.2. Нанокомпозитные материалы на основе нанопористых
анодных оксидов алюминия и титана
Глава 2. Методика эксперимента и расчета
2.1. Характеристика объектов исследования
2.2. Методы исследования структуры и свойств
2.2.1. Электронная микроскопия
2.2.2. Рентгеноструктурный анализ
2.2.3. Инфракрасная Фурье-спектроскопия
2.2.4. Оценка антибактериальной активности
2.2.5. Оценка каталитической активности у-МпОг
Глава 3. Самоорганизованные нанопористые анодные оксиды алюминия
3.1. Особенности формирования анодных оксидов алюминия в
3% С2Н204 и 20% Н2
3.1.1. Традиционное анодирование
3.1.2. Анодирование в условиях высокоупорядоченного роста
3.2. Особенности формирования высокоупорядоченных анодных оксидов при анодировании алюминия в 20% С3Н
3.3. Особенности формирования высокоупорядоченных анодных оксидов при анодировании алюминия в водных растворах Н3Р
3.4. Особенности получения химически-стойких алюмооксидных наномембран
Глава 4. Самоорганизованные нанотрубчатые анодные оксиды титана
4.1. Анодирование титана во фторсодержащем водном электролите
4.2. Анодирование титана во фторсодержащих безводных электролитах
4.3. Особенности мезоструктуры нанотрубчатых анодных оксидов титана
4.4. Формирования высокоупорядоченных нанопористых аноднооксидных пленок на титане
4.5. Термическая кристаллизация нанотрубчатых анодных оксидов титана
Глава 5. Нанокомпозитные материалы на основе наноструктурированных анодных оксидов алюминия и титана
5.1. Серебросодержащие нанокомпозитные покрытия
5.2. Оценка антибактериального действия оксидных покрытий
5.3. Нанокомпозитные покрытия на основе анодно-оксидных матриц, модифицированных ультрадисперсным у-Мп
Выводы и основные результаты
Лист сокращений
Литература
Введение
В последнее время большое внимание исследователей уделяется разработке технологий формирования самоорганизованных нанопористых анодных оксидов алюминия (АОА) и титана (АОТ) ввиду широкого спектра их применения в нанотехнологиях.
Начато использование высокоупорядоченных пористых АОА в качестве шаблонов для синтеза наноструктур (наночастиц, нанопроволок и др.) и матриц для осаждения химически и биологически активных наночастиц. В этом случае исключается агрегация наночастиц, находящихся в порах, что способствует устойчивости получаемых нанокомпозитных структур.
Используемые к настоящему моменту методики получения АОА с высокой степенью порядка в расположении пор, а именно пролонгированное анодирование, нанолитография, двухступенчатое анодирование, анодирование при высоких напряжениях и плотностях тока, предполагают: (1) использование электрополированного металла, (2)
большие временные и энергетические затраты, (3) проведение процесса при низких температурах, (4) применение специального дорогостоящего оборудования. Все эти факторы затрудняют внедрение в производство. По этой причине разработка обновленных подходов к созданию высокоупорядоченных АОА является весьма актуальной задачей.
Особый интерес вызывают нанотрубчатые АОТ, обладающие ярко выраженными фотокаталитическими свойствами в ультрафиолетовом диапазоне электромагнитного излучения [139]. Для улучшения фотокаталитической активности АОТ предлагаются дорогостоящие технологии: модификация благородными металлами (А£, Аи), легирование азотом, гидрогенизация. В соответствии с этим, поиск более простых способов усиления фотокаталитической активности АОТ представляется важным, как с научной, так и прикладной точек зрения.

При анодировании титана, как и при анодировании алюминия, могут быть сформированы как плотные (барьерные) [87-89] так и пористые оксидные пленки.
Рис.1.23. Кривые иа(1а) для формирования барьерных АОТ в различных электролитах - (а); схема, иллюстрирующая образование кристаллического оксида в анодной пленке и ПЭМ- изображение "П, анодированного до 20В при 50 А/м2 в 1% растворе пентабората аммония при 293К - (б) [87, 89].
Изучение формирования барьерных ТЮ2 при анодировании титана в 1 % пентаборате аммония [87, 89] показало, что уже при низких напряжениях анодирования ~10-40В происходит переход пленок в аморфнокристаллическое состояние, что отражается на изменении наклона ЩХ) в процессе роста оксидов (рис. 1.23а). Подобная структура оксида определяла и низкое значение напряжения пробоя. Присутствие во внутреннем слое оксида нанокристаллов анатаза (кристаллической модификации ТЮ2) было доказано электронномикроскопическими исследованиями поперечного сечения АОТ (рис. 1.236). В области сопряжения аморфной и кристаллической фаз оксида отмечается наличие пустот, которые увеличивают дефектность пленок и снижают их диэлектрические характеристики. Установлено, что легирование титана алюминием подавляет кристаллизацию растущего анодного оксида, что может приводить к однородной аморфной структуре оксида и, соответственно, к увеличению напряжения пробоя от 20 до 150В. Таким образом, малая толщина 35-40 нм и неоднородное аморфно-кристаллическое строение барьерных анодных