[發明專利]在鈦表面制備三維鈦酸鹽納米薄膜的方法

無效

• 申請號: 201010602117.9
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102102222A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 杜榮歸;朱燕峰;林昌健
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C30B29/32
• 分類號: C30B29/32;C30B7/10;C23C26/00;C23F13/02
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種納米薄膜，尤其是涉及一種在鈦表面制備三維鈦酸鹽納米薄膜的方法。

背景技術

金屬材料在國民經濟建設中發揮著極大的作用。同時，金屬腐蝕作為一種普遍和嚴重的現象，也給人類生產、生活和社會造成巨大的經濟損失和危害。

金屬腐蝕是金屬在周圍環境介質的作用下引起的破壞或變質的現象。可以說，人類有效地利用金屬的歷史，就是與金屬腐蝕作斗爭的歷史。控制和防止金屬腐蝕的方法一般有：正確選擇金屬材料、合理設計、添加緩蝕劑、施加表面覆蓋層和采用電化學保護等。

金屬按其腐蝕機理可分為化學腐蝕和電化學腐蝕，一般情況下金屬發生的是電化學腐蝕。電化學保護就是控制金屬腐蝕的常見和有效方法，它包括陰極保護和陽極保護兩種技術。其中，陰極保護又可分為外加電流陰極保護法和犧牲陽極法。犧牲陽極法是在被保護的金屬上連接電位更負的金屬或合金作為犧牲陽極，通過它溶解所產生的電流對被保護金屬進行陰極極化(降低其電極電位)，使被保護的金屬不受腐蝕。

二氧化鈦(TiO₂)是一種具有良好物理和化學穩定性的半導體材料，在紫外光照射下，價帶電子(e^-)就會被激發到導帶，在價帶上產生相應的空穴(h⁺)，e^-具有較強的還原性，h⁺具有較強的氧化性。當將TiO₂涂覆于金屬表面或作為光陽極與金屬相連時，光照激發產生的電子e^-由導帶進入金屬中，使金屬的電極電位降低，從而抑制了金屬的腐蝕，空穴則與TiO₂表面的H₂O、OH^-等發生反應生成活性基團。因此，把納米TiO₂薄膜的光電化學特性應用于金屬腐蝕防護，相當于一種陰極保護效應。與犧牲陽極的陰極保護不同的是，這種方法不需要犧牲陽極，不消耗電能，不消耗資源。TiO₂在防腐蝕過程中本身不發生溶解(節省材料)。從理論上說，TiO₂可作為一種永久性的防腐蝕涂層，其壽命遠高于其它電化學保護技術。

雖然納米TiO₂薄膜(涂層)光生陰極保護效應已引起許多專家的關注，在實驗室的研究中也取得了重要進展，但至今尚未在控制金屬腐蝕中進行有效的實際應用，尚需開展針對解決主要技術問題的相關研究。目前存在的主要關鍵問題有([4]Ohko?Y，Saitoh?S，Tatsuma?T，et?al.Photoelectrochemical?anticorrosion?and?self-cleaning?effects?of?a?TiO₂?coating?for?type?304stainless?steel[J].Journal?of?the?Electrochemical?Society，2001，148(1)：B24；[5]Park?H，Kim?K?Y，Choi?W.A?novel?photoelectrochemical?method?of?metal?corrosion?prevention?using?a?TiO₂?solarpanel[J].Chemical?communications，2001，(3)：28；[6]Subasri?R，Shinohara?T.Investigations?onSnO₂-TiO₂?composite?photoelectrodes?for?corrosion?protection[J].ElectrochemistryCommunications，2003，5(10)：897；[7]Shen?G?X，Chen?Y?C，Lin?L，et?al.Study?on?a?hydrophobicnano-TiO₂?coating?and?its?properties?for?corrosion?protection?of?metals[J].Electrochimica?Acta，2005，50(25-26)：5083；[8]Zhou?M?J，Zeng?Z?O，Zhong?L.Photogenerated?cathode?protectionproperties?of?nano-sized?TiO₂/WO₃?coating[J].Corrosion?Science，2009，51(6)：1386；[9]Tatsuma?T，Saitoh?S，Ohko?Y，et?al.TiO₂-WO₃?Photoelectrochemical?anticorrosion?system?with?an?energystorage?ability[J].Chemistry?of?Materials，2001，13(9)：2838；[10]Li?J，Yun?H，Lin?C?J.Aphotoelectrochemical?study?of?n-doped?TiO₂?nanotube?arrays?as?the?photoanodes?for?cathodicprotrction?of?SS[J].Journal?of?the?Electrochemical?Society，2007，154(11)：C631：(1))作為光陽極納米TiO₂薄膜的光電效率較低，使被保護金屬的電極電位降低的幅值不夠大，因此對金屬的陰極保護效率還不夠高。(2)作為光生陰極保護系統的光陽極，要能向被保護的金屬提供穩定的陰極極化電流，但在暗態下TiO₂光生電荷可快速復合，陰極保護難以維持。因此，如何降低光生電荷復合速度，使TiO₂薄膜在暗態下也有光生陰極保護效應是另一個關鍵問題。為了提高TiO₂的比表面積，把TiO₂顆粒制備成納米管是近期此研究領域的熱門課題。內徑小于10nm的末端開口、中空、管壁薄的鈦酸鹽納米管有著更大的比表面積，在催化、吸附等領域有著誘人的應用前景。