Анодное оксидирование титана во фторидсодержащих электролитах на основе этиленгликоля и диметилсульфоксида

• Автор: Инасаридзе, Лиана Нодаровна
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Физико-химические свойства диоксида титана

1.2. Методы получения диоксида титана и его структура

1.2.1. Золь-гель метод

1.2.2. Гидротермальный синтез

1.2.3. Анодное оксидирование

1.3. Механизм анодного оксидирования титана

1.3.1. Механизм образования пористых пленок диоксида титана

1.3.2. Влияние параметров проведения процесса анодного оксидирования
на структурные характеристики формирующихся пористых пленок диоксида титана
1.4. Области применения диоксида титана
1.4.1. Медицина
1.4.2. Фотоэлектрохимические и фотокаталитические системы
1.4.3. Фотовольтаические системы
1.5. Способы увеличения фоточувствительных свойств диоксида титана
1.6. Заключение и постановка задач исследования
ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.1.1. Электроды

2.1.2. Исследуемые электролиты
2.1.3. Методика анодного оксидирования металлического титана
2.2. Методы исследования
2.2.1. Метод поляризационных потенциодинамических и
потенциостатических измерений
2.2.2. Электрохимическая импедансная спектроскопия
2.2.3. Метод фотоэлектрической поляризации
2.2.4. Просвечивающая электронная микроскопия
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Исследование электрохимического поведения титанового электрода
в электролитах на основе органических растворителей
3.2. Исследование микроструктуры пленок диоксида титана
3.3. Результаты импедансных измерений
3.4. Исследование фотоэлектрохимических свойств пленок диоксида
титана
3.5. Технологические рекомендации по проведению процесса анодного
оксидирования титана
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время проводятся интенсивные исследования по созданию новых функциональных материалов, в частности пористых нано структурированных оксидов переходных металлов, среди которых особый интерес представляет диоксид титана. Это обусловлено рядом его функциональных свойств, таких как смачиваемость, биологическая совместимость, сенсорные и оптические свойства, фотокаталитическая активность. Данные свойства открывают перспективу практического использования наноструктурированного диоксида титана в качестве электродного материала газоселективных и каталитически активных мембран, фотокатализаторов окислительных процессов, фотоэлектрических преобразователей. Одним из методов его получения является анодное оксидирование, с помощью которого на поверхности металлического титана можно сформировать слой диоксида титана, представляющий собой массив нанотрубок, ориентированных перпендикулярно подложке. Такая структура поверхностного слоя диоксида титана вызывает большой интерес из-за сочетания геометрических характеристик с уникальными функциональными свойствами.
В последние годы растет интерес к нанопористым пленкам диоксида титана, обладающим высокой фотоактивностью. Такие системы могут найти применение при создании новых источников электрической энергии, поэтому изучение фотоэлектрохимических и электрокаталитических свойств пленок диоксида титана является актуальной задачей. Фотоактивность пленок может быть повышена путем сенсибилизации высокомолекулярными
макрогетероциклическими соединениями (МГЦ). Однако в литературе практически отсутствуют сведения о влиянии состава и структуры МГЦ на полупроводниковые и фотоэлектрические свойства пленок диоксида титана, сформированных путем анодного окисления металлического титана.
Цель работы:
Установление закономерностей анодного окисления титана в этиленгликолевых и диметилсульфоксидных растворах фторида аммония, содержащих высокомолекулярные макрогетероциклические соединения:

В зависимости от состава электролита, свойства образующихся нанотрубок диоксида титана могут изменяться. Например, в электролите на основе этиленгликоля образуются плотноупакованные гексагональные трубки, и при удалении барьерного слоя с поверхности оксидной пленки они могут быть использованы в качестве мембран для биофильтрации [50, 51]. Нанотрубки, образующиеся в диметилсульфоксидном растворе, имеют плохое сцепление друг с другом и слабую адгезию к подложке, поэтому данные оксидные слои могут быть легко диспергированы, что позволяет их использовать, например, для повышения свертываемости крови [13].
В статье [67] рассмотрено влияние вязкости и электрической проводимости электролита на морфологию пленок диоксида титана. Авторами были исследованы три различных раствора: водный (1М КН2РО4 + 0,15М 1ЧН4Р), на основе глицерина (+ 0,17М 1ЧН4Р) и на основе этиленгликоля (+ 0,075М ЫНДД. Диаметр нанотрубок диоксида титана, полученных при анодировании в водном электролите (и = 25 В) и в этиленгликолевом (и = 60 В) составляет 100-150 нм, а в глицериновом (и = 50 В) - 60 нм, длина нанотрубок соответственно 3 мкм, 164 мкм, 14 мкм. Т.е. для получения нанотрубок с более оптимальными параметрами необходимо в качестве основы для электролита использовать менее вязкие и имеющие более низкую проводимость растворители (рис. 1.14.).
Рис. 1.14. СЭМ-изображения пленок диоксида титана (1 - вид сверху, 2 - скол пленки), полученных в процессе анодирования титана в а) водном; б) глицериновом; в) этиленгликолевом электролитах [66].