電泳沉積納米TiO2陶瓷涂層結(jié)構(gòu)表征與性能研究畢業(yè)論文

1、I / 40摘要摘要電泳沉積法（EPD）制備薄膜具有設(shè)備簡單，成本低，成膜快，被鍍件（用于沉積薄膜的基體）形狀不受限制，薄膜厚度均勻，并且其厚度在較大圍可控等優(yōu)點。二氧化鈦熔點高、化學(xué)穩(wěn)定性好，在復(fù)合材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文利用電泳沉積法制備出了均勻的二氧化鈦薄膜，研究了二氧化鈦在懸浮介質(zhì)中的核電機(jī)理；考察了二氧化鈦粉末在有機(jī)懸浮液中的分散性和穩(wěn)定性，并且研究了電泳工藝參數(shù)對電泳沉積量的影響；特別研究了助劑 PEG（聚乙二醇）對電泳膜性能的影響并初步探討了助劑 PEG 對二氧化鈦膜性能影響的原因；研究了電泳沉積的動力學(xué)規(guī)律，為今后制備含二氧化鈦的層狀復(fù)合材料打下基礎(chǔ)。本文還通過研究了不

2、同燒結(jié)溫度對二氧化鈦晶型的影響定性的表征了光催化性能。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: : 電泳沉積 ，二氧化鈦膜 ，聚乙二醇 ，Zeta 電勢 ，燒結(jié) ，光催化A AbstractbstractFilm fabricated using electrophoreic deposition(EPD) has the advantages of simpe setup,low cast,time saving,thinkness uniformity,etc. TiO2 has the potential employed as one part of composite because of its high

3、melting point,and excellent chemo-stability.In this paper,homogeneous TiO2 film was produced by EPD.The charged mechanism of TiO2 powder in dispersion medium was studied.The dispersibility of TiO2 powder and stability of TiO2 film was studied.Apart from this,the influence of parameter of deposition

4、was studied；Especially，we studied the influence of film by adding available PEG to it.All of these made it available to fabricate multiplayer composite compound with TiO2 layer.The paper characteristic the performance of photocatalysis by studying the effects of different calcination temperature on

5、crystal phase.KeywordsKeywords : : electrophoretic deposition，TiO2 film，PEG，ZeTa potential，sintering，photocatalysisIII / 40畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） ，是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過

6、幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名： 日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明使用授權(quán)說明本人完全了解工學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳?。作者簽名： 日 期：目錄目錄摘要IABSTRACTI第一章緒論11.1 引言11.2 簡介和分類11.2.1 電泳沉積簡介 11.2.2 納米二氧化鈦分類與功能

7、21.3 納米二氧化鈦國外應(yīng)用歷程31.4 制膜方法簡介41.5 電泳沉積法制膜技術(shù)國外研究51.6 本課題擬解決的主要問題與設(shè)計思路6第二章試驗條件和方法72.1 試驗原材料與所用實驗儀器72.2 試驗方法7第三章試驗113.1 分散劑選擇與電導(dǎo)率測定113.1.1 分散劑選擇 113.1.2 懸浮液配制與電導(dǎo)率測定 113.2 粉末在懸浮液中的分散性和穩(wěn)定性122TiO3.2.1 分散性 123.2.2 懸浮穩(wěn)定性 123.3PH 值對電泳沉積的影響153.4 懸浮液濃度對電泳沉積的影響173.5 沉積電壓對電泳沉積的影響183.6 電泳時間對電泳沉積的影響203.7 電泳沉積機(jī)理213.

8、8 PEG400 添加對沉積膜的影響223.8.1 添加前后得到的沉積膜對比 223.8.2 PEG 添加量不同所得沉積膜之比較 233.9 不同煅燒溫度處理對晶型的影響262TiO第四章結(jié)論28參考文獻(xiàn)29V / 40致311 / 40第一章第一章 緒論緒論1.11.1 引言引言納米，亦稱納米鈦白粉。從尺寸上來說，通常產(chǎn)生物理化學(xué)性質(zhì)顯著變化2TiO的細(xì)小微粒的尺寸在 100 納米以下，其外觀為白色疏松粉末。具有抗紫外線、抗菌、自潔凈、抗老化功效；納米二氧化鈦具有十分寶貴的光學(xué)性質(zhì)，在汽車工業(yè)與諸多領(lǐng)域都顯示出美好的發(fā)展前景。此外，納米還具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定2TiO性、無毒性、非遷移

9、性，且完全可以與食品接觸，所以被廣泛應(yīng)用于抗紫外線材料、食品包裝材料、造紙工業(yè)、防曬霜、化妝品、功能纖維、塑料、油墨、涂料、油漆、精細(xì)瓷、航天工業(yè)等領(lǐng)域。半導(dǎo)體氧化物具有光催化性能和光致超親水性，其薄膜化負(fù)載極擴(kuò)展了2TiO在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用，將負(fù)載在各種基底上制得的兼具自潔凈和親水性功2TiO2TiO能的材料具有廣泛的市場前景。然而，制膜技術(shù)是一個難點，已經(jīng)開發(fā)的制膜方法都存在一些缺點，因此開發(fā)工藝易于實現(xiàn)的薄膜制備技術(shù)具有重要的意義。2TiO1.21.2 簡介和分類簡介和分類1.2.11.2.1 電泳沉積簡介電泳沉積簡介電泳是指電泳涂料在陰陽兩極，施加于電壓作用下帶電荷的涂料離子移動到陰極

10、，并與陰極表面所產(chǎn)生之堿性作用形成不溶解物，沉積于工件表面。它包括四個過程：）分解：在陰極反應(yīng)最初為電解反應(yīng)，生成氫氣與氫氧根離子，此反應(yīng)造成陰極面形成一高堿層，當(dāng)陽離子與氫氧根離子作用生成不溶于水的物質(zhì)，方程式為； ）電泳動：陽離子與在電場作用下，向陰極移動，2H OOHH H而陰離子向陽極移動的過程；）電沉積：在被涂工件表面，陽離子與陰極表面堿性作用，中和而析出不沉積物，沉積于被涂工件上；4）涂料固體與工件表面上的涂膜為半透明性的，具有多數(shù)毛細(xì)孔，水被從陰極涂膜中排滲出來，在電場作用下，引起涂膜脫水，而涂膜則吸附于工件表面，而完成整個電泳過程。Sarker 和 Nicholson1等根據(jù)

11、DLVO 理論詳細(xì)研究了的 EPD2MOHX行為。他們認(rèn)為，在中的來自離解反應(yīng)，如 2MOHXXYXYX (這里可以是也可以是其他陽離子，可以是也可以是其他陰離子)。YHXOH在某一溫度下，膠體懸浮體系中的上述離解反應(yīng)的平衡常數(shù)為：在陰極附近，的濃度顯著增加，為了維護(hù)平衡，YX 的濃度KYXYXY必須增加或者降低濃度。而構(gòu)成雙電層粒子，靠近雙電層粒子表XX X X面的和它的結(jié)合力較強(qiáng)離雙電層粒子表面越遠(yuǎn)，粒子的結(jié)合力越小。可以X X同正離子反應(yīng)，它和結(jié)合增加了體系中 YX 的濃度，同時減少了和的濃度，YXY即：+YX。YX 沿其濃度梯度方向向懸浮液本體產(chǎn)生擴(kuò)散而不沉積，這Y X 樣 K 就仍然

12、是常數(shù)。由于這種化學(xué)“反應(yīng)”的結(jié)果,粒子周圍的雙電層變薄，所以進(jìn)入雙電層的粒子就可以靠得足夠近，其結(jié)果是倫敦-德華(LVD W)吸引力占主導(dǎo)地位，從而發(fā)生沉積過程。1.2.21.2.2 納米二氧化鈦分類與功能納米二氧化鈦分類與功能納米二氧化鈦主要有兩種結(jié)晶形態(tài)：銳鈦型（Anatase）和金紅石型（Rutile） 。金紅石型二氧化鈦比銳鈦型二氧化鈦穩(wěn)定而致密，有較高的硬度、密度、介電常數(shù)與折射率，其遮蓋力和著色力也較高。而銳鈦型二氧化鈦在可見光短波部分的反射率比金紅石型二氧化鈦高，帶藍(lán)色色調(diào)，并且對紫外線的吸收能力比金紅石型低，光催化活性比金紅石型高。在一定條件下，銳鈦礦二氧化鈦可轉(zhuǎn)化成金紅石型

13、二氧化鈦。其次，按照其表面特性可分為：親水性納米鈦白粉和親油性納米鈦白粉；按照外觀分有粉體和液體之分，分體一般是白色，液體有白色和半透明狀。還具有以下功能：1）殺菌功能：在紫外線作用下，以 0.1濃度的超細(xì)3/mg cm可徹底地殺死惡性海拉細(xì)胞，而且隨著超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，2TiO光催化殺死癌細(xì)胞的效率也提高；用光催化氧化深度處理自來水，可大大2TiO2TiO減少水中的細(xì)菌數(shù)，飲用后無致突變作用，達(dá)到安全飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。在涂料中添加納米可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，可應(yīng)用于醫(yī)院病房、2TiO手術(shù)室與家庭衛(wèi)生間等細(xì)菌密集、易繁殖的場所，可有效殺死大腸桿菌、黃色葡

14、萄糖菌等有害細(xì)菌，防止感染。因此，納米能凈化空氣，具有除臭功能；2）防紫2TiO3 / 40外線功能：納米既能吸收紫外線，又能反射、散射紫外線，還能透過可見光，2TiO是性能優(yōu)越、極有發(fā)展前途的物理屏蔽型的紫外線防護(hù)劑。納米二氧化鈦的強(qiáng)抗紫外線能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外線能力與其機(jī)理與其粒徑有關(guān)：當(dāng)粒徑較大時，對紫外線的阻隔是以反射、散射為主，且對中波區(qū)和長波區(qū)紫外線均有效。防曬機(jī)理是簡單的遮蓋,屬一般的物理防曬，防曬能力較弱；隨著粒徑的減小，光線能透過納米二氧化鈦的粒子面，對長波區(qū)紫外線的反射、散射性不明顯而對中波區(qū)紫外線的吸收性明顯增強(qiáng)。其防曬機(jī)理是吸收紫外線，主要吸收中

15、波區(qū)紫外線。利用納米的透明性和紫外線吸收能力還可用作食品包裝膜、油墨、2TiO涂料、紡織制品和塑料填充劑，可以替代有機(jī)紫外線吸收劑，用于涂料中可提高涂料耐老化能力；3）光催化功能：納米二氧化鈦采用液相法制備出的二氧化鈦具有粒子團(tuán)聚少、化學(xué)活性高、粒徑分布窄、形貌均一等特性，具有很強(qiáng)的光催化性能，已廣泛應(yīng)用于環(huán)保中。環(huán)境有害氣體可分為室有害氣體和大氣污染氣體。室有害氣體主要有裝飾材料等放出的甲醛與生活環(huán)境中產(chǎn)生的甲硫醇、硫化氫與氨氣等。納米二氧化鈦通過光催化作用可將吸附于其表面的這些物質(zhì)分解氧化，從而使空氣中這些物質(zhì)的濃度降低，減輕或消除環(huán)境不適感；4）防霧與自清潔功能：薄膜在2TiO光照下具有

16、超親水性和超永久性，因此其具有防霧功能。如在汽車后視鏡上涂覆一層氧化鈦薄膜，即使空氣中的水分或者水蒸氣凝結(jié)，冷凝水也不會形成單個水滴，而是形成水膜均勻地鋪展在表面，所以表面不會發(fā)生光散射的霧。當(dāng)有雨水沖過，在表面附著的雨水也會迅速擴(kuò)散成為均勻的水膜，這樣就不會形成分散視線的水滴，使得后視鏡表面保持原有的光亮，提高行車的安全性。1.31.3 納米二氧化鈦國外應(yīng)用歷程納米二氧化鈦國外應(yīng)用歷程作為“環(huán)境催化劑”環(huán)保材料，用途十分廣泛。最早工業(yè)化使用納米仍是2TiO發(fā)現(xiàn)人藤島昭教授，10 年前他和日本樂公司的客座研究員渡部俊合作研究，有一次交換意見時，渡部俊提出“如果大量生產(chǎn)氫能不行，那么，把它應(yīng)用在

17、分解微量的在害化學(xué)物質(zhì)方面，如清除廁所便器上的黃色污垢樣？”1998 年，他們利用噴涂光催化劑的方法，成功開發(fā)出廁所和浴池用防污瓷磚，成為光催化劑技術(shù)2TiO2TiO迅速發(fā)展的導(dǎo)火線。我國幾乎也同時在 1997 年由國家自然科學(xué)基金資助，將納米光催化劑用在廢水處理上。有效地降解和消除有害污染物。日本首先將光2TiO2TiO催化劑作為建筑涂料噴涂在高樓大廈，高速公路兩旁的隔音墻，街道路燈等裝置與玻璃和瓷物體，經(jīng)（紫外線）的照射，積落在上面的塵埃和污染物質(zhì)，如氧化氮，硫化物，氯化物等就能夠自動地被清除。我國、 、 、 ，均有許多企業(yè)正在研制生產(chǎn)建筑用的涂料，高科納米柔、納米雅等、外墻乳膠漆，于 2

18、001 年上市。在文物保護(hù)上，我國已取得長足的進(jìn)展，世界八大奇跡之一的兵馬俑，由西北大學(xué)納米材料研究所，用摻銀的光催化劑薄膜，即利用“溶膠凝膠”2,3法制成一種透明的膠體，2TiO涂在文物表面可以形成一種“無機(jī)膜” ，這樣可保護(hù)文物的顏色不變，材質(zhì)不腐壞，還可以有效地排除蟲菌對文物的侵蝕，還有利于降低空氣中的有害氣體的含量。摻銀光催化劑除可以對質(zhì)文物進(jìn)行有效保護(hù)外，還可以用于絲綢和書畫等文物的2TiO保護(hù)。還可利用光催化劑把舊報紙變?yōu)槊摮?、抗菌再生紙等?TiO1.41.4 制膜方法簡介制膜方法簡介制膜技術(shù)一直是一個難點，已經(jīng)開發(fā)的有溶膠凝膠法、氣相沉積法4-6、離子濺射法7,8。溶膠凝膠法就

19、是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米結(jié)構(gòu)的材料。溶膠凝膠法也存在某些問題：首先是目前所使用的原料價格比較昂貴，有些原料為有機(jī)物，對健康有害；其次通常整個溶膠 凝膠過程所需時間較長，常需要幾天或幾周；第三是凝膠中存在大量微孔，在干燥過程中又將會逸出許多氣體與有機(jī)物，并產(chǎn)生收縮。氣相沉積是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù)，包括大圍的絕緣材料，大多數(shù)金屬材料和金屬

20、合金材料。從理論上來說，它是很簡單的：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個反應(yīng)室，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。離子濺射是在真空容器，在高壓 1500V 的作用下，殘留的氣體分子被電離，5 / 40形成等離子體，陽離子在電場加速下轟擊金屬鈀，使金屬原子濺射到樣品的表面，形成導(dǎo)電膜。同氣相沉積一樣，離子濺射法也需要高真空設(shè)備，操作復(fù)雜，本昂貴，而且所得膜的性能欠佳，國掌握這些技術(shù)的公司為數(shù)不多，因此， 開發(fā)工藝易于實現(xiàn)，性能優(yōu)良的薄膜制備技術(shù)對制膜技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化具有重要的意義。2TiO1.51.5 電泳沉積法制膜技術(shù)國外研究電泳沉積法制膜技術(shù)國外研究電泳沉積（簡

21、記為 EPD）的方法可以使從納米尺寸到微米級的顆粒沉積在各種不同的基體上，從而制備出各種不同厚度的功能性薄膜。Byrne9和 Morand10等曾以粉末的懸浮液為介質(zhì)，用電泳方法進(jìn)行了薄膜的制備嘗試。雖然發(fā)25P2TiO2TiO現(xiàn)所制薄膜中的粒子較大，附著力不夠強(qiáng)，而且與一樣負(fù)載量的噴涂膜相比，2TiO這種電泳膜的光催化性能并沒有顯示出明顯的優(yōu)越性，但證實可快速實現(xiàn)在基2TiO底上大量均勻負(fù)載，這一點具有較強(qiáng)的實用性。曉明11等在乙醇體系中電泳沉積生物玻璃（BG）和羥基磷灰石（HA）顆粒，在陰極基體上得到了64Ti Al V生物活性梯度功能膜。通過電泳沉積的方法，Cengiz12得到了層64/

22、Ti Al VBG HA為堅硬的化合物、表層為硬質(zhì)的功能薄膜。朱亞彬13等用23Al OYTZP23Al O，和粉末制成顆粒溶于丙酮溶液中，在上得到了均勻的23Y O3BaCOCuO/Ag MgO涂層。Zanetti14等將（SBT）粉末分散于水中形成/YBCO Ag MgO229SrBi Ta O體積分?jǐn)?shù)為 0.03%的懸浮液，在涂有鉑的氧化鋁和基體上電泳沉積得2/Pt Ti SiOSi到了厚度大于 5um，晶型與最初粉末一樣的鐵電 SBT 厚膜。盧立柱15等在乙酰丙酮中電泳沉積釔穩(wěn)定二氧化鋯（8YSZ）粒子，在金屬瓷 Ni-8YSZ 基片上得到一定特性的功能薄膜。Zhitomirsky16

23、等將超細(xì)氧化鋁和氧化鋯粉末溶于異丙醇中，在碳纖維上電泳沉積出了一定厚度的多層膜。這些功能薄膜在性能上滿足了232/Al OZrO材料的各種要求17-19。1.61.6 本課題擬解決的主要問題與設(shè)計思路本課題擬解決的主要問題與設(shè)計思路對于帶有電荷的膠體粒子，如若在外加電場作用下可向特定的電極定向移動，如果用導(dǎo)電基底材料作為與膠粒所帶電荷相反的電極，便可利用膠粒的電動性質(zhì)使納米尺寸的膠體粒子電沉積在基底材料表面，前人用電泳方法進(jìn)行了薄膜的制2TiO備嘗試，雖然發(fā)現(xiàn)所制薄膜中的粒子較大，附著力不夠強(qiáng)，而且與一樣負(fù)載量2TiO的噴涂膜相比，且這種電泳膜的光催化性能并沒有顯示出明顯的優(yōu)越性，但證實可快速

24、實現(xiàn)在基底上大量均勻負(fù)載，這一點具有較強(qiáng)的實用性。如果針對影響薄2TiO膜質(zhì)量的各種可能因素開展深入研究，有望開發(fā)出一種實用薄膜負(fù)載化技術(shù)。由此，本課題試驗研究設(shè)計從選擇較好分散介質(zhì)入手，著重比較備選分散介質(zhì)配置出的同濃度（20g/l）懸浮液的電導(dǎo)率與其懸浮性差異，并繪制相關(guān)時間段2TiO的各懸浮液沉降曲線以來表征Zeta電勢大小即懸浮性好壞；利用選擇出的分散介質(zhì)配制懸浮液并調(diào)節(jié)PH值為0.9、1.5、4.6、5.2、8.5，保持濃度為20g/l，沉積2TiO電壓為100v，分別進(jìn)行電泳試驗，考察PH對膜性能的影響；依此種控制變量法的方法逐步考察電泳時間、懸浮液濃度、沉積電壓等工藝參量對電泳膜

25、性能的影響規(guī)律，最終得出電泳膜性能較好的工藝參數(shù)；在單純研究電泳工藝時，本試驗還想添加助劑PEG400，通過控制添加的濃度考察其對膜性能的影響，以提高工藝質(zhì)量。對于光催化性本試驗通過在不同燒結(jié)溫度下分析晶型的轉(zhuǎn)變（以XRD為表征手段）定性2TiO探討獲得較高光催化活性時的燒結(jié)溫度。第二章第二章 試驗條件和方法試驗條件和方法2.12.1 試驗原材料與所用實驗儀器試驗原材料與所用實驗儀器7 / 40本試驗使用的化學(xué)藥品有：納米二氧化鈦粉末、去離子水、無水乙醇（分析純） 、乙二醇（分析純） 、丙酮（分析純） 、冰乙酸（分析純） 、PEG400（化學(xué)純）試驗器材包括：50ml 燒杯若干、膠頭滴管若干、

26、精密 PH 試紙、銅片、電子天平、DDS-11D 型數(shù)顯電導(dǎo)率測定儀、EPS 100 核酸電泳儀、BW-GWL182 高溫?zé)隣t、LD1-Y-2000 型 X 射線衍射儀、XTL-IA(B)連續(xù)變倍體視顯微鏡2.22.2 試驗方法試驗方法 1）電導(dǎo)率測定純介質(zhì)電導(dǎo)率測定：根據(jù)電導(dǎo)率儀原理，電導(dǎo)率是以數(shù)字表示溶液傳導(dǎo)電流的能力。水的電導(dǎo)率與其所含無機(jī)酸、堿、鹽的量有一定的關(guān)系，當(dāng)它們的濃度較低時，電導(dǎo)率隨著濃度的增大而增加；因此，該指標(biāo)常用于推測水中離子的總濃度或含鹽量。電導(dǎo)(G)是電阻(R)的倒數(shù)。當(dāng)兩個電極(通常為鉑電極或鉑黑電極)插入溶液中，可以測出兩電極間的電阻 R。根據(jù)歐姆定律，溫度一定

27、時，這個電阻值與電極間距 L(cm)正比，與電極的截面積 A(cm2)反比，即 R =(L/A)；其中 為電阻率,是長 1cm，截面積為 1cm2導(dǎo)體的電阻，其大小決定于物質(zhì)的本性。據(jù)上式，導(dǎo)體的電導(dǎo)(G)可表示成下式：G =1/R=(1/)(A/L)=K(1/J)；其中，K=1/ 稱為電導(dǎo)率，J =L/A 稱為電極常數(shù)；電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率指相距 1cm 的兩平行電極間充以1cm3溶液時所具有的電導(dǎo)。由上式可見，當(dāng)已知電極常數(shù)(J)，并測出溶液電阻(R)或電導(dǎo)(G)時，即可求出電導(dǎo)率。首先選為校正檔后用去離子水清洗鉑電極兩次，插入水中校正 DDS-11D 型數(shù)顯電導(dǎo)率測定儀顯示值為介電常數(shù)，其次

28、估計待測試劑的數(shù)值大小調(diào)節(jié)量程，調(diào)節(jié)溫度為實際室溫后，插入各純介質(zhì)試劑中待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)值，測定完要再次用去離子水清洗鉑電極，重復(fù)校正，重復(fù)測定；20g/l 各懸浮液電導(dǎo)率測定：在 150ml 燒杯中加入 140ml 純介質(zhì)，稱量 2.8g納米二氧化鈦粉末，配制 20g/l 的各分散介質(zhì)懸浮液，攪拌半分鐘，插入電極測定，清洗電極校正完畢后，重復(fù)測定；20g/l 各澄清液電導(dǎo)率測定：將上述懸浮液靜置 24h 后待分散體系沉降穩(wěn)定后，測定上層澄清液電導(dǎo)率；電導(dǎo)率變化曲線繪制；結(jié)果分析和討論。2）各分散介質(zhì)配制 20g/l懸浮液沉降百分比測定2TiO燒杯質(zhì)量和試樣質(zhì)量稱量；經(jīng)單位時間段（12h）靜

29、置后干燥質(zhì)量測定：100ml 燒杯中加入 1g 二氧化鈦粉末與 50ml 分散劑，攪拌均勻后靜置，第一組時間為 12h 以后每一組時間間隔遞增12h，到點后用吸液管緩慢吸出上層液，此過程中攪動不能大以免使沉降層擾動，造成沉降百分比偏高誤差。待吸盡后放入干燥箱中恒溫 80 度干燥直至干燥完全，最后稱重；經(jīng)單位時間段（12h）靜置沉降百分比計算；沉降曲線繪制；結(jié)果分析和討論。3）不同 PH 值下電泳沉積量測定電泳儀工作原理：帶電粒子在直流電場作用下于一定介質(zhì)中所發(fā)生的定向運(yùn)動，利用這一現(xiàn)象對化學(xué)或生物化學(xué)組分進(jìn)行分離分析的技術(shù)稱之為電泳。生物學(xué)上的重要物質(zhì)如蛋白質(zhì)、核酸等，在溶液中能吸收或給出氫離

30、子從而帶電。因此，它們在電場影響下，在不同介質(zhì)中的運(yùn)動速度是不同的。這樣用電泳的方法就可以對其進(jìn)行定量分析，或者將一定混合物分離成各個組分以與作少量制備。 電泳儀/電泳槽使用注意事項： 1、電泳儀/電泳槽通電進(jìn)入工作狀態(tài)后，禁止人體接觸電極、電泳物與其它可能帶電部分，也不能到電泳槽取放東西，如需要應(yīng)先斷電，以免觸電。同時要求儀器必須有良好接地端，以防漏電； 2、儀器通電后，不要臨時增加或撥除輸出導(dǎo)線插頭，以防短路現(xiàn)象發(fā)生，雖然儀器部附設(shè)有保險絲，但短路現(xiàn)象仍有可能導(dǎo)致儀器損壞； 3、由于不同介質(zhì)支持物的電阻值不同，電泳時所通過的電流量也不同，其泳動速度與泳至終點所需時間也不同，故不同介質(zhì)支持物

31、的電泳不要同時在同一電泳儀上進(jìn)行； 4、在總電流不超過儀器額定電流時（最大電流圍） ，可以多槽關(guān)聯(lián)使用，但要注意不能超載，否則容易影響儀器壽命； 5、某些特殊情況下需檢查儀器電泳輸入情況時，允許在穩(wěn)壓狀態(tài)下空載開機(jī)，但在穩(wěn)流狀態(tài)下必須先接好負(fù)載再開機(jī)，否則電壓表指針將大幅度跳動，容易造成不9 / 40必要的人為機(jī)器損壞； 6、電泳儀/電泳槽使用過程中發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，如較大噪音、放電或異常氣味，須立即切斷電源，進(jìn)行檢修，以免發(fā)生意外事故。銅片質(zhì)量測定（1.7103g）：事先用 1：5 的濃硝酸清潔表面，清水漂洗后晾干稱重；電泳干燥后總重量測定：預(yù)熱 EPS 100 核酸電泳儀 10 分鐘，配制10

32、、20、30g/l 各分散劑懸浮液，用冰醋酸逐滴滴加調(diào)節(jié)各組試驗所需 PH 值，就緒后插入石墨電極和銅片，保持 3cm 間距，設(shè)定電泳時間和電壓，待電泳結(jié)束后取出銅片，晾干稱重，各組重復(fù)操作，記錄稱重質(zhì)量；沉積量曲線繪制；結(jié)果分析和討論。4）不同懸浮液濃度下電泳沉積量測定電泳干燥后總重量測定：采用 1.5 的 PH 值，控制電壓選取為90、100、110v，電泳時間為 5min，濃度選取為 10、20、30、40g/l，電泳儀操作重復(fù)上述實驗步驟；沉積量曲線繪制；結(jié)果分析和討論；5）不同沉積電壓下電泳沉積量測定。電泳干燥后總重量測定：在 PH 為 1.5，沉積時間為 5min 的條件下，電壓分

33、別選取為 80、90、100、110v，濃度為 10、20、30g/l ，重復(fù)上述實驗步驟；沉積量曲線繪制；結(jié)果分析和討論。6）不同電泳時間下電泳沉積量測定電泳干燥后總重量測定：維持沉積電壓 100v，調(diào)節(jié) PH=1.5，電泳時間各組調(diào)節(jié)為 2、4、6、8、10min，濃度選為 10、20、30g/l，重復(fù)上述實驗步驟；沉積量曲線繪制；結(jié)果分析和討論。7）電泳沉積機(jī)理探討8）添加 20g/lPEG400 沉積量測定銅片質(zhì)量測定（1.7014g） ；電泳干燥后總重量測定：懸浮液中粉體二氧化鈦濃度定為 20g/l，加入2.8gPEG400 充分?jǐn)嚢?，調(diào)節(jié) PH=1.5、沉積電壓 U=100v、電泳

34、時間 t=5min，電泳結(jié)束后晾干稱重；沉積量曲線繪制。9）添加 30g/lPEG400 沉積量測定電泳干燥后總重量測定：懸浮液中粉體二氧化鈦濃度定為 20g/l，加入4.2gPEG400 充分?jǐn)嚢瑁{(diào)節(jié) PH=1.5、沉積電壓 U=100v、電泳時間 t=5min，電泳結(jié)束后晾干稱重；沉積量曲線繪制。10）添加 40g/lPEG400 沉積量測定電泳干燥后總重量測定：懸浮液中粉體二氧化鈦濃度定為 20g/l，加入5.6gPEG400 充分?jǐn)嚢?，調(diào)節(jié) PH=1.5、沉積電壓 U=100v、電泳時間 t=5min，電泳結(jié)束后晾干稱重；沉積量曲線繪制。11）添加 50g/lPEG400 沉積量測定

35、電泳干燥后總重量測定：懸浮液中粉體二氧化鈦濃度定為 20g/l，加入7.0gPEG400 充分?jǐn)嚢?，調(diào)節(jié) PH=1.5、沉積電壓 U=100v、電泳時間 t=5min，電泳結(jié)束后晾干稱重；沉積量曲線繪制。12）添加 60g/lPEG400 沉積量測定電泳干燥后總重量測定：懸浮液中粉體二氧化鈦濃度定為 20g/l，加入8.4gPEG400 充分?jǐn)嚢?，調(diào)節(jié) PH=1.5、沉積電壓 U=100v、電泳時間 t=5min，電泳結(jié)束后晾干稱重；沉積量曲線繪制。13）利用體視顯微鏡對表面進(jìn)行比較觀察：體視顯微鏡又可稱為實體顯微鏡或稱操作和解剖顯微鏡。是一種具有正像立體感的目視儀器。其光學(xué)結(jié)構(gòu)原理是由一個共

36、用的初級物鏡，對物體成像后的兩個光束被兩組中間物鏡亦稱變焦鏡分開，并組成一定的角度稱為體視角一般為 12 度-15 度，再經(jīng)各自的目鏡成像，它的倍率變化是由改變中間鏡組之間的距離而獲得，利用雙通道光路，雙目鏡筒中的左右兩光束不是平行，而是具有一定的夾角，為左右兩眼提供一個具有立體感的圖像。它11 / 40實質(zhì)上是兩個單鏡筒顯微鏡并列放置，兩個鏡筒的光軸構(gòu)成相當(dāng)于人們用雙目觀察一個物體時所形成的視角，以此形成三維空間的立體視覺圖像。其特點為：視場直徑大、焦深大這樣便于觀察被檢測物體的全部層面；雖然放大率不如常規(guī)顯微鏡，但其工作距離很長，像是直立的，便于實際操作，這是由于在目鏡下方的棱鏡把象倒轉(zhuǎn)過

37、來的緣故。根據(jù)實際的使用要求，目前的體視顯微鏡可選配豐富的附件，比如若想得到更大的放大倍數(shù)可選配放大倍率更高的目鏡和輔助物鏡，可通過各種數(shù)碼接口和數(shù)碼相機(jī)、攝像頭、電子目鏡和圖像分析軟件組成數(shù)碼成像系統(tǒng)接入計算機(jī)進(jìn)行分析處理，照明系統(tǒng)也有反射光、透射光照明，光源有鹵素?zé)簟h(huán)形燈、熒光燈、冷光源等等。根據(jù)體視顯微鏡這些光學(xué)原理和特點決定了它在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。PH=0.9 與 PH=1.5 空白組（20g/l）電泳膜比較；空白組（20g/l）與加助劑電泳膜（20g/l）比較；加助劑組（20、30、40、50、60g/l）電泳膜比較；添加 PEG400 影響原因分析和討論。14）不同

38、燒結(jié)溫度對晶型影響：不同溫度處理的粉體產(chǎn)生相變，利用 XRD 得到的衍射圖譜進(jìn)行物相定性分析，根據(jù)所含晶體的衍射角，經(jīng)布拉格方程求得晶面間距，再估計出各衍射線的相對強(qiáng)度，最后與標(biāo)準(zhǔn)衍射花樣經(jīng)行比較鑒定所含晶型。550 度煅燒，XRD 晶型分析；650 度煅燒，XRD 晶型分析；750 度煅燒，XRD 晶型分析；結(jié)論 。第三章第三章 試驗試驗3.13.1 分散劑選擇與電導(dǎo)率測定分散劑選擇與電導(dǎo)率測定3.1.13.1.1 分散劑選擇分散劑選擇對于納米氧化物粒子，如二氧化鈦，根據(jù)它們在溶液中 PH 值不同，可帶正電、負(fù)電和中性。當(dāng) PH 值較小時，粒子表面形成 M-,導(dǎo)致粒子表面帶正電；當(dāng) PH3O

39、H值較高時粒子表面形成 M鍵，使粒子表面帶負(fù)電。在不同的 PH 值下在分散劑O中的粉體的表面化學(xué)特性就由吸附到顆粒表面的和粒子所決定20。所吸HOH附的帶電粒子越多，其核電密度越大，Zeta 電位絕對值亦越大，越有利于懸浮體系的分散穩(wěn)定性。在漿料制備中，為獲得高分散性穩(wěn)定性好的漿料，通常選用一些有機(jī)電解質(zhì)來改善其懸浮性能21。據(jù)此，本試驗選擇的介質(zhì)分別是：去離子水、無水乙醇、乙二醇、丙酮。3.1.23.1.2 懸浮液配制與電導(dǎo)率測定懸浮液配制與電導(dǎo)率測定首先測定所選純分散劑的電導(dǎo)率；其次在 50ml 燒杯中分別配置濃度為 20g/l 的不同分散介質(zhì)懸浮液，測定其電導(dǎo)率后靜置若干小時（約 12h

40、）待懸浮顆粒充2TiO分沉降后測其上層澄清液電導(dǎo)率，所測數(shù)據(jù)如下表 3.1 所示。表 3.1 純介質(zhì)、懸浮液與澄清液的電導(dǎo)率（um/cm）分散介質(zhì)分散介質(zhì)去離子水去離子水無水乙醇無水乙醇乙二醇乙二醇丙酮丙酮乙二醇乙二醇+0.05M+0.05M 冰乙酸冰乙酸乙醇乙醇+0.03M+0.03M 冰乙酸冰乙酸純介質(zhì)純介質(zhì)3.630.720.421.114.361.57懸浮液懸浮液2TiO40.72.170.487.544.895.64澄清液澄清液42.02.380.619.206.287.19表 1 列出的試驗測定的電導(dǎo)率數(shù)值反應(yīng)出純有機(jī)介質(zhì)的電導(dǎo)率較小，而分散有粉末的懸浮液與其澄清液的電導(dǎo)率增加很多

41、。這說明懸浮液帶上了與相反2TiO2TiO的電荷?？梢哉J(rèn)為，粉末由于吸附介質(zhì)分子離解出的而帶正電荷：2TiOH。22()()TiOnHnx AATiOnHnx AA3.23.2粉末在懸浮液中的分散性和穩(wěn)定性粉末在懸浮液中的分散性和穩(wěn)定性2TiO3.2.13.2.1 分散性分散性根據(jù) Deijaguin-Landau 理論22，懸浮液穩(wěn)定性主要依靠聚結(jié)穩(wěn)定性。聚結(jié)穩(wěn)13 / 40定性取決于固體粒子的靜電排斥能與粒子間吸引能的相對大小，而靜電吸引能決定于粒子半徑和粒子間距，粒子排斥能則決定于粒子半徑和電勢的平方。去離子水是強(qiáng)極性分子，容易潤濕非極性分子表面，使其分散。同時，水分子容易離解2TiO出

42、一些和離子，固體粉末粒子吸附這些離子而帶上電荷，具有一定電勢，HOH故懸浮性較好，丙酮的情況與此類似，而乙醇和乙二醇極性不強(qiáng)，不能很好地潤濕表面，故荷電性差，團(tuán)聚度大，分散性差。2TiO3.2.23.2.2 懸浮穩(wěn)定性懸浮穩(wěn)定性本文采用文獻(xiàn)23的粉末沉降質(zhì)量百分比方法對懸浮液的分散穩(wěn)定性進(jìn)行考察。稱量 50ml 燒杯質(zhì)量和 1g 試樣，分別配置濃度為 20g/l 不同分散劑的粉末的懸2TiO浮液，經(jīng)不同時間的沉降后進(jìn)行烘干處理，再次稱量燒杯和試樣質(zhì)量，并作出質(zhì)量差，最后計算出沉降百分比，繪制沉降曲線。實驗數(shù)據(jù)如所列表格數(shù)據(jù)。表 3.2 20g/l懸浮液經(jīng) 12h 沉降處理相關(guān)質(zhì)量（g）2TiO

43、分散介質(zhì)分散介質(zhì)去離子水去離子水乙醇乙醇乙二醇乙二醇丙酮丙酮乙醇乙醇+0.03M+0.03M 冰乙酸冰乙酸乙二醇乙二醇+0.05M+0.05M 冰乙酸冰乙酸沉降前試樣沉降前試樣+ +燒杯燒杯34.227633.948634.008834.009233.973334.8597沉降后試樣沉降后試樣+ +燒杯燒杯34.218433.815833.947733.998033.870234.8102質(zhì)量差質(zhì)量差0.00920.13280.06110.01120.10310.0495沉降質(zhì)量百分比沉降質(zhì)量百分比99.08%86.72%93.89%98.88%89.69%95.05%表 3.3 20g/l懸

44、浮液經(jīng) 24h 沉降處理相關(guān)質(zhì)量（g）2TiO分散介質(zhì)分散介質(zhì)去離子水去離子水乙醇乙醇乙二醇乙二醇丙酮丙酮乙醇乙醇+0.03M+0.03M 冰乙酸冰乙酸乙二醇乙二醇+0.05M+0.05M 冰乙酸冰乙酸沉降前試樣沉降前試樣+ +燒杯燒杯34.117534.244734.031533.820034.072433.9535沉降后試樣沉降后試樣+ +燒杯燒杯34.06234.073333.893033.726933.917733.8411質(zhì)量差質(zhì)量差0.05550.17140.13850.09310.15470.1124沉降質(zhì)量百分比沉降質(zhì)量百分比94.45%82.86%86.15%90.69%84

45、.53%88.76%表 3.4 20g/l懸浮液經(jīng) 36h 沉降處理相關(guān)質(zhì)量（g）2TiO分散介質(zhì)分散介質(zhì)去離子水去離子水乙醇乙醇乙二醇乙二醇丙酮丙酮乙醇乙醇+0.03M+0.03M 冰乙酸冰乙酸乙二醇乙二醇+0.05M+0.05M 冰乙酸冰乙酸沉降前試樣沉降前試樣+ +燒杯燒杯33.813833.886434.550334.312434.287334.4525沉降后試樣沉降后試樣+ +燒杯燒杯33.727333.609634.349634.161034.068534.2786質(zhì)量差質(zhì)量差0.08650.27680.20070.15140.21880.1739沉降質(zhì)量百分比沉降質(zhì)量百分比91.

46、35%72.32%79.93%84.86%78.12%82.61%表 3.5 20g/l懸浮液經(jīng) 48h 沉降處理相關(guān)質(zhì)量（g）2TiO分散介質(zhì)分散介質(zhì)去離子水去離子水乙醇乙醇乙二醇乙二醇丙酮丙酮乙醇乙醇+0.03M+0.03M 冰乙酸冰乙酸乙二醇乙二醇+0.05M+0.05M 冰乙酸冰乙酸沉降前試樣沉降前試樣+ +燒杯燒杯34.192933.592834.069134.070334.019834.1375沉降后試樣沉降后試樣+ +燒杯燒杯34.091633.210633.772933.870233.681733.8864質(zhì)量差質(zhì)量差0.10130.38220.29620.20010.3381

47、0.2511沉降質(zhì)量百分比沉降質(zhì)量百分比89.87%60.78%70.38%79.99%66.19%74.89%15 / 40表 3.6 20g/l懸浮液經(jīng) 60h 沉降處理相關(guān)質(zhì)量（g）2TiO分散介質(zhì)分散介質(zhì)去離子水去離子水乙醇乙醇乙二醇乙二醇丙酮丙酮乙醇乙醇+0.03M+0.03M 冰乙酸冰乙酸乙二醇乙二醇+0.05M+0.05M 冰乙酸冰乙酸沉降前試樣沉降前試樣+ +燒杯燒杯33.995233.952234.011034.023034.232634.0508沉降后試樣沉降后試樣+ +燒杯燒杯33.860133.433133.651533.691333.829733.7032質(zhì)量差質(zhì)量差

48、0.13510.51910.35950.33170.40290.3476沉降質(zhì)量百分比沉降質(zhì)量百分比86.69%48.09%64.05%66.83%59.71%65.24%根據(jù)各時間段的不同分散介質(zhì)的沉降質(zhì)量百分比數(shù)據(jù)輸入 Origin 得出沉降質(zhì)量百分比曲線，如圖 3.1 所示。圖 3.1 不同分散介質(zhì)的懸浮液的沉降曲線由圖 3.1 可以看出懸浮液在去離子水中分散穩(wěn)定性最好，丙酮中次之，在2TiO乙醇+0.03M 冰醋酸和乙醇中很差。測量結(jié)果與上述分析一致的。但在后續(xù)的電泳試驗過程中發(fā)現(xiàn)，如果采用去離子水作為分散劑，則所配制的懸浮液在電泳過程中，工作電極附近明顯有大量氣泡產(chǎn)生，所得到的電泳膜

49、很粗糙且多孔，這很可能是電解水析氫造成的，故本試驗采用分散穩(wěn)定性次之但仍佳的丙酮作為試驗分散劑配制懸浮液進(jìn)行后續(xù)電泳工藝的試驗探討。3.3PH3.3PH 值對電泳沉積的影響值對電泳沉積的影響為了考察懸浮液的 PH 值對電泳沉積的影響，試驗保持懸浮液濃度為 20g/l，電泳沉積電壓維持在 100v。在沒有滴加冰醋酸時不管沉積電壓高低、沉積時間長短均沒有顆粒沉積，工作電流顯示為零。向 20g/l 的懸浮液中逐滴滴加冰醋酸，利2TiO用精密 PH 試紙測定 PH 值，分別為：0.9、1.5、4.6、5.2、8.5；電泳時間選取為2、4、6、8min，質(zhì)量差如表 3.7 所示，時間與沉積量曲線圖如圖

50、3.2 所示。表 3.7 不同 PH 影響下所得沉積量（g）時間（時間（minmin）/ /沉積量（沉積量（g g）PHPH 值值24688.50.00020.00010.00020.00055.20.05810.09590.13660.17414.60.06830.10310.14520.18631.50.08210.11450.15870.19550.90.09650.13200.16790.206117 / 40圖 3.2 不同 PH 得到的沉積量曲線2TiO從圖 3.2 可以看出，在一定 PH 值下，沉積量均隨時間的延長而增加。一樣2TiO沉積時間下，隨著 PH 值的減小沉積量會增大。

51、當(dāng) PH 值為 0.9 時，工作電極附近明顯有少量氣泡產(chǎn)生，得到的膜層粗糙、多孔，這可能是析氫造成的。在體視顯微鏡下觀察沉積電壓為 100v、時間 5min、濃度為 20g/l、PH 值分別為 0.9 和 1.5 的沉積膜表面可明顯辨別，如圖 3.3 和 3.4 所示。圖 3.3 PH=0.9 的沉積膜在體視顯微鏡下表面放大 15 倍圖像圖 3.4 PH=1.5 的沉積膜在體視顯微鏡下表面放大 15 倍圖像向懸浮液中滴加少量冰醋酸時，懸浮液中的濃度增加，降低了懸浮液的 PHH值，同時也使懸浮液中的顆粒有更多可供吸附的。顆粒表面的活性點2TiOH2TiO吸附懸浮液中的自由，自身變成帶正電荷的粒子

52、，在電場的作用下向陰極遷移，H最終在銅片基體上放電沉積出來。當(dāng)懸浮液中沒有自由或濃度很低時，即懸HH浮液 PH 值較高時，基本上得不到電泳沉積層。當(dāng)懸浮液的 PH 值太低時，懸浮液中又有過多的自由，在陰極電泳沉積時又會發(fā)生嚴(yán)重的析氫現(xiàn)象。H3.43.4 懸浮液濃度對電泳沉積的影響懸浮液濃度對電泳沉積的影響根據(jù)上述對 PH 值的討論，為避免因 PH 過低造成的析氫不良影響，后續(xù)試驗采用 1.5 的 PH 值更為合理；控制電壓選取為 90、100、110v，電泳時間為 5min，濃度選取為 10、20、30、40g/l，重復(fù)上述實驗步驟，測得的實驗數(shù)據(jù)如下表所示（基底薄銅片質(zhì)量為 1.7103g）

53、 ，沉積量與時間的關(guān)系圖見圖 3.3。2TiO表 3.8 電壓 90v 下各濃度沉積質(zhì)量（g）濃度（g/l）10203040沉積質(zhì)量（g）0.02140.03880.04210.0511表 3.9 電壓 100v 下各濃度沉積質(zhì)量（g）濃度（g/l）10203040沉積質(zhì)量（g）0.04420.05270.05890.0604表 3.10 電壓 110v 下各濃度沉積質(zhì)量（g）濃度（g/l）10203040沉積質(zhì)量（g）0.05080.05550.06280.0633圖 3.3 不同懸浮液濃度得到的沉積量曲線2TiO由圖可見，不同沉積電壓下，懸浮液濃度越大，即懸浮液中含有更多的帶正電19 /

54、40的顆粒時，在外加電場作用下遷移到陰極附近的粒子數(shù)量也越多，沉積量越大，2TiO兩者基本呈線性關(guān)系。在一定懸浮液濃度下，沉積量也隨外加電壓增大而增加。2TiO當(dāng)電壓為 110v 時，得到的膜層表面比較粗糙且裂紋較多，這可能是電壓過高易造成嚴(yán)重析氫的緣故。見圖 3.5 體視顯微鏡下所拍 110v 得到的 35 倍膜層表面照片。圖 3.5 U=110v 所得沉積膜在體視顯微鏡下表面放大 35 倍圖像3.53.5 沉積電壓對電泳沉積的影響沉積電壓對電泳沉積的影響在 PH 為 1.5，沉積時間為 5min 的條件下，電壓分別選取為80、90、100、110v，濃度為 10、20、30g/l ，重復(fù)上

55、述實驗步驟，測得的實驗數(shù)據(jù)如表所示（基底薄銅片質(zhì)量為 1.7103g） 。表 3.11 濃度為 10g/l 時各電壓得到的沉積質(zhì)量（g）電壓（v）8090100110沉積量（g）0.00790.02140.04420.0508表 3.12 濃度為 20g/l 時各電壓得到的沉積質(zhì)量（g）電壓（v）8090100110沉積量（g）0.01610.03880.05270.0555表 3.13 濃度為 30g/l 時各電壓得到的沉積質(zhì)量（g）電壓（v）8090100110沉積量（g）0.01760.04210.05890.0628圖 3.6 不同沉積電壓得到的沉積量曲線2TiO由圖 3.6 可見，在

56、不同濃度的懸浮液中，沉積量都是隨外加電壓增大而增2TiO大，而且在一樣沉積電壓下，懸浮液濃度越大沉積量也越多。兩電極之間的距離一定時，外加電壓增大，也就意味著兩電極之間的電場強(qiáng)度增強(qiáng)，則電場梯度增大，相當(dāng)于產(chǎn)生了更大的驅(qū)動力，從而使懸浮液中更多的顆粒移向陰極，并在陰極2TiO表面放電沉積出來。在電極兩端電壓為 110v 時，工作電極表面也有少量氣泡生成，并且得到的沉積層也呈多孔狀，這也應(yīng)該是由于陰極析氫造成的。其體現(xiàn)圖見3.7。21 / 40圖 3.7 U=110v 所得沉積膜在體視顯微鏡下表面放大 15 倍圖像3.63.6 電泳時間對電泳沉積的影響電泳時間對電泳沉積的影響維持沉積電壓為 10

57、0v，PH=1.5，電泳時間設(shè)計為 2、4、6、8、10min，濃度選為10、20、30g/l，重復(fù)上述實驗步驟，測得的實驗數(shù)據(jù)如表所示（基底薄銅片質(zhì)量為1.7103g） 。表 3.14 濃度為 10g/l 時各電壓時間得到的沉積質(zhì)量（g）時間（min）246810沉積量（g）0.05990.11540.18500.23140.2649表 3.15 濃度為 20g/l 時各電壓時間得到的沉積質(zhì)量（g）時間（min）246810沉積量（g）0.07950.13510.20470.25630.2831表 3.16 濃度為 30g/l 時各電壓時間得到的沉積質(zhì)量（g）時間（min）246810沉積量

58、0.09020.15660.22350.27390.3081（g）由此數(shù)據(jù)繪制不同電泳時間得到的沉積量與時間的關(guān)系見圖 3.8。2TiO圖 3.8 不同電泳時間得到的沉積量曲線2TiO由圖可見，在不同懸浮液濃度下得到的沉積量基本上都與時間呈線性關(guān)系，為求得沉積量與時間具體的函數(shù)關(guān)系，下面進(jìn)行電泳沉積機(jī)理的探討。3.73.7 電泳沉積機(jī)理電泳沉積機(jī)理24關(guān)于電泳沉積的機(jī)理，Hamaker 認(rèn)為，在一定時間 t（s） ，電泳沉積層的質(zhì)量Y（kg）應(yīng)該與懸浮液中粒子的電泳遷移率 u（）、兩電極之間的電場強(qiáng)度211mVsE（V/m） 、懸浮液的濃度 C（kg/）和工作電極的面積 A（）成正比關(guān)系，因此

59、得3m2m到了Hamaker方程式： (3.1)dYuECAdt由于在每次電泳沉積過程中都使兩電極之間的電壓 U 和距離 d 保持不變，而且得到的膜層厚度與電極距離相比幾乎可以忽略，因此可以用兩電極之間的電壓除以兩電極之間的距離來近似代替 E，再將等式 3.1 右邊的 A 移到左邊，即得到單位面積膜層質(zhì)量 w（kg/）與各參數(shù)的關(guān)系為：2m23 / 40 （3.2）dwUuCdtd又由于 C=，其中 C，m 分別表示 t 時懸浮液濃度和懸浮液中粉末的質(zhì)量，00/C mm、分別表示初始懸浮液濃度和懸浮液中粉末質(zhì)量。不難發(fā)現(xiàn)近似為 1，0C0m0/tmm故有 C=,因此公式 3.2 可以改寫為：0

60、C （3.3）0dwUuCdtd可以看出圖 3.3 和 3.4 中的結(jié)果基本與公式 3.3 相一致。從圖 3.8 可以看出，在不同懸浮液濃度下得到的沉積量基本上都與時間呈線性關(guān)系。從公式 3.3 也可以發(fā)現(xiàn)，右邊各參數(shù)都是與時間無關(guān)的量，因此可以將公式 3.3 最終表示成為： （3.4）0UwuCtd根據(jù)公式（3.4） ，圖 3.8 中各曲線的斜率 k=，因此有：0UuCd （3.5）0dukUC由圖中 3 條曲線線性擬合很容易得到他們的斜率，分別是 1.66810-5、1.74010-5、1.75810-5 g/min，由此可求出相應(yīng)電泳遷移率值。2m3.83.8 PEG400PEG400