收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

聚酰亚胺表面TiO_2薄膜的室温SILAR法生长行为与光催化性能

石亚平  
【摘要】:高性能聚合物材料在电子器件柔性化与小型化及航空航天等高端领域有着巨大的应用前景和迫切需求,与此同时,还要提高其环境稳定性,实现表面功能化以适应不同应用需求。本论文以聚酰亚胺(Kapton)基体上连续离子层吸附反应法(SILAR)制备TiO_2薄膜为研究对象,运用EPR、TEM、XRD、Raman、XPS、AFM和SEM等多种现代分析测试方法,研究了TiO_2薄膜的生长过程、晶体结构和光催化性能,揭示了SILAR法沉积TiO_2薄膜的生长规律和薄膜可持续生长的驱动机制,阐明了室温下Kapton基体表面沉积TiO_2薄膜的结晶机理,分析了Kapton基体表面TiO_2薄膜的光催化性能及光诱导自由基演化规律。针对薄膜生长过程的研究表明,Kapton表面SILAR法沉积TiO_2薄膜在10次沉积循环期内基体未完全覆盖,沉积层表面粗糙度不断增加,具有岛状生长模式;此后则以平面状方式生长,粗糙度下降到2.5nm,表面生长形貌体现出离子层沉积的特征,沉积速度趋于稳定值0.5 nm/cycle。在Kapton上SILAR法沉积TiO_2的表面反应本质是基体表面活化生成活性羟基自由基,在此后的沉积循环中这种表面羟基自由基都会不断生成并在一定时间内稳定。这降低了表面水接触角,增强了Ti4+离子的表面吸附和反应能力,成为SILAR法持续沉积的驱动力。针对薄膜结构的研究表明,室温下Kapton表面SILAR法沉积的TiO_2薄膜由包含少量锐钛矿和金红石相的有序区的非晶结构组成。但是,在石英玻璃或预沉积非晶态SiO_2薄膜的Kapton表面或在非晶态聚乙烯表面沉积的TiO_2薄膜则是完全的无序非晶态结构。室温下Kapton表面SILAR法沉积TiO_2薄膜能够结晶的原因是Kapton基体具有结晶有序性特征及其在臭氧/紫外活化处理后表面形成类石墨化结构。在阳离子前驱体(H2O)中加入表面活性剂TEAH作为模板剂,能够显著提高TiO_2薄膜的结晶度,形成以锐钛矿为主、晶粒尺寸约5nm的纳米晶结构,并显著增加薄膜表面粗糙度。在TEAH和CTAC组成的复合模板剂作用下,40次循环沉积的TiO_2薄膜表面粗糙度增加至191.76 nm,形成有序形貌,表现出明显的自组装特征,获得超大表面积的锐钛矿薄膜。含氨模板剂促进室温下SILAR法沉积的TiO_2薄膜结晶度提高的主要机理在于基体表面结构的类石墨化、模板剂的胶束吸附和结构自组装作用及N元素的掺杂效应。另外,质子辐照Kapton基体后引起材料表面的显著石墨化、表面大量生成活性自由基大大促进了室温下SILAR法沉积TiO_2薄膜形核生长过程并提高结晶度,主要生成锐钛矿结构。纯TiO_2薄膜结晶度很低,经质子辐照后显著晶化,生成锐钛矿结构。此时,结构变化的主要原因是质子辐照注入能量,有助于原子扩散和重排,促进TiO_2薄膜晶化。Kapton基体表面SILAR法沉积的TiO_2薄膜对亚甲基蓝溶液具有很弱的光催化降解能力,使用含氨模板剂可以显著提高TiO_2薄膜对亚甲基蓝溶液的光催化降解能力。在波长λ=254nm、光强I=1.5m W的紫外光照射120min条件下,40cycles-TiO_2薄膜的降解率很低,仅有11.3%,单一模板剂作用下沉积的40cycles-TEAH-TiO_2薄膜的降解率达80.0%,复合模板剂作用下沉积的40cycles-CTAC+TEAH-TiO_2薄膜的降解率达91.1%,其继续照射至210min时降解率高达99.1%。同时,TiO_2薄膜光催化降解性能的发挥还与激发光源的波长和光强相关。当光源的光强降低时,在波长λ=254nm、光强I=0.1m W的紫外光照射120min条件下,40cycles-CTAC+TEAH-TiO_2薄膜的降解率明显降低至14.6%。当光源的波长增加时,在波长λ=365nm、光强I=0.1m W的紫外光照射120min条件下,60cycles-CTAC+TEAH-TiO_2薄膜的降解率也明显降低至8.0%。电子顺磁共振谱分析表明,Kapton基体表面SILAR法沉积的TiO_2薄膜在紫外辐射条件下的光催化反应本质是生成了羟基自由基(·OH),自由基的浓度随着紫外辐射时间增加而增大。TiO_2薄膜的锐钛矿成分越多,粗糙度越大,则自由基浓度越高。基于SILAR法沉积TiO_2薄膜的结构分析结果可知,在室温下可用含氨模板剂、质子辐照等方法,显著提高TiO_2薄膜的结晶程度。增加锐钛矿成分的含量、掺杂N元素、提高表面粗糙度是提高纳米晶TiO_2薄膜光催化性能的主要原因。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李云良;田振辉;谭惠丰;;屈曲薄膜振动分析[J];工程力学;2008年11期
2 肖潇;关富玲;程亮;;基于能量动量方法的空间薄膜结构的展开分析[J];工程力学;2011年04期
3 谭惠丰;余建新;卫剑征;;空间薄膜结构动态测试研究最新进展[J];实验力学;2012年04期
4 王灿;门玉涛;李林安;;含有界面裂纹薄膜的有限元分析[J];科学技术与工程;2007年16期
5 徐彦;关富玲;;可展开薄膜结构折叠方式和展开过程研究[J];工程力学;2008年05期
6 谭惠丰;李云良;;薄膜后屈曲振动行为分析[J];哈尔滨工业大学学报;2011年S1期
7 立早;硬质炭薄膜的制造技术[J];新型碳材料;1991年02期
8 姜训勇,徐惠彬,蒋成保,宫声凯;形状记忆薄膜的研究进展[J];材料导报;2000年07期
9 刘文元;李驰麟;傅正文;;含氮磷酸锂薄膜在空气中的稳定性[J];物理化学学报;2006年11期
10 肖秀娣;董国平;余华;范正修;贺洪波;邵建达;;倾斜沉积制备雕塑薄膜的研究进展[J];稀有金属材料与工程;2008年08期
11 张昊;吴赞敏;刘淑梅;;改善防水透湿薄膜弹性的研究[J];产业用纺织品;2009年02期
12 冉春华;金义栋;祝闻;聂朝胤;;应力对薄膜结构与性能影响的研究现状[J];材料导报;2013年05期
13 郭亮,漆璇,江伯鸿,戚震中;富钛的镍钛形状记忆薄膜的相变行为及影响因素[J];包钢科技;2000年01期
14 项本平;;老化工艺对纳米多孔二氧化硅薄膜微观结构影响[J];天津化工;2009年02期
15 张逸尘;曲绍兴;;绝缘弹胶物薄膜的褶皱与预防[J];轻工机械;2011年01期
16 张倩;单锋;陆学民;路庆华;;垂直取向介孔薄膜的制备[J];化学进展;2012年04期
17 陈光华,吴现成,贺德衍;氮化碳薄膜的结构与特性[J];无机材料学报;2001年02期
18 唐铭;;薄膜结构与风的流固耦合作用[J];辽宁工程技术大学学报;2006年S1期
19 王丽玲;蒋小华;何碧;付秋菠;王亮;朱和平;;多层含能薄膜的制备及性能表征[J];火工品;2009年01期
20 吕强,曹传宝,张瑛,马西兰,朱鹤孙;新方法制备不溶性丝素薄膜及其性质研究[J];高等学校化学学报;2004年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 饶正清;杨庆山;;薄膜结构褶皱处理方法[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
2 薛峰;苟晓凡;周又和;;磁性夹杂/超导薄膜结构力学特性研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
3 辛煜;方亮;陆新华;甘肇强;康健;叶超;程珊华;宁兆元;;微波ECR-CVD的宏观参数对a-C:F膜结构的影响[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
4 姬洪;;探索在普通衍射仪上分析薄膜的途径[A];第八届全国X射线衍射学术会议论文集[C];2003年
5 杨易;金新阳;杨立国;;薄膜结构风荷载数值模拟的新方法和应用[A];第十四届全国结构风工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
6 宋昌永;沈世钊;;薄膜结构的形状确定分析[A];第六届空间结构学术会议论文集[C];1996年
7 王友善;王长国;杜星文;;薄膜充气梁的皱曲行为分析[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
8 宋昌永;王树斌;;薄膜结构中索滑动对结构性能的影响[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
9 马平;胡建平;唐明;邱服民;王震;于杰;;高功率激光薄膜及相关检测技术[A];中国工程物理研究院科技年报(2005)[C];2005年
10 魏玉卿;尚仰宏;;空间薄膜结构张拉系统优化设计[A];中国电子学会电子机械工程分会2009年机械电子学学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王长国;空间薄膜结构皱曲行为与特性研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
2 罗胜耘;磁控溅射制备多层TiO_2薄膜的光电化学特性研究[D];复旦大学;2014年
3 秦国平;铟(铜)-氮共掺p型氧化锌薄膜的制备和性能研究[D];重庆大学;2015年
4 何剑;氢化非晶硅薄膜结构及其物理效应[D];电子科技大学;2015年
5 刘涛;纳米铁磁金属粉体及铁氧体薄膜微波磁共振特性研究[D];电子科技大学;2014年
6 杨蒙蒙;VO_2外延薄膜的制备和相变机理研究[D];中国科学技术大学;2015年
7 张化福;纳米氧化钒薄膜的低温制备及结构与相变性能研究[D];电子科技大学;2014年
8 王从磊;可压缩流与充气薄膜结构耦合作用流场特性[D];南京航空航天大学;2015年
9 郝桂杰;射频集成纳米软磁薄膜的性能和应用研究[D];电子科技大学;2015年
10 赵昊岩;溶液法制备有机晶态薄膜及其晶体管特性研究[D];清华大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李敏;共掺杂LiNbO_3薄膜铁磁性铁电性能的研究[D];天津理工大学;2015年
2 张创立;纳米α-Fe_20_3/Ti0_2薄膜的制备及其光解水制氢研究[D];天津理工大学;2015年
3 王翠娟;B位异价元素掺杂BiFeO_3薄膜的制备与性能研究[D];山东建筑大学;2015年
4 阿立玛;掺铈与掺铬对于铁酸铋薄膜铁电性影响的研究[D];内蒙古大学;2015年
5 石璐丹;电沉积制备硫族电池薄膜及其性能研究[D];山东建筑大学;2015年
6 张美杰;射频磁控溅射制备金属/CrN薄膜及其特性研究[D];延边大学;2015年
7 王艳艳;液相法制备Ti0_2和Cu_2S薄膜的摩擦学性能的研究[D];青岛理工大学;2015年
8 台运东;高功率脉冲磁控溅射技术制备Ti-Cu薄膜及血小板粘附件为[D];西南交通大学;2015年
9 张旭;有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备及其性能研究[D];内蒙古大学;2015年
10 张帅拓;多弧离子镀制备TiN/TiCrN/TiCrAIN多层硬质膜的研究[D];沈阳大学;2015年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 吕军锋;薄膜表面极性火焰处理技术的原理及其特点[N];中国包装报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978