Получение пленок диоксида титана золь-гель методом

Преимущества золь-гель метода по сравнению с электрохимическим осаждением и магнетронным напылением плёнок. Характеристика и свойства композита полианилина. Использование двуокиси титана для изготовления датчиков и фотоэлектрических преобразователей.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 01.03.2019
Размер файла 679,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Государственный университет «Дубна»

Получение пленок диоксида титана золь-гель методом

(Preparation of titanium dioxide films by the sol-gel method)

Фадейкина И.Н., Ламакина О.С.

Московская обл, г. Дубна

Введение

Композиты полианилина с неорганическими наполнителями из-за ряда полезных свойств нашли широкое применение в электронике и электротехнике. В частности, композиты полианилина (ПАНИ) с двуокисью титана используются для изготовления фотоэлектрических преобразователей, различного типа датчиков, пьезоэлектрических материалов [1,2].

Интерес к оксиду титана связан с его физико-химическими характеристиками, в частности, биологической совместимостью, смачиваемостью, сенсорными и оптическими свойствами [3].

Одним из способов синтеза пленок диоксида титана является золь-гель метод. Данный метод при получении тонких пленок имеет ряд преимуществ по сравнению с электрохимическим осаждением, магнетронным напылением или осаждением из газовой фазы.

Метод не требует сложной аппаратуры, он позволяет наносить пленки на различные подложки: керамику, стекло, металлы. С его помощью могут быть получены высокогомогенные пленки с низкой дефектностью кристаллической структуры и широким диапозоном химического состава.

Синтез прекурсора для получения пленок TiO2 золь-гель методом

В агатовой ступке растирают 1 г TiO2 с 1,5 г NaOH. Полученную смесь порошков переносят в алундовый тигель и оставляют в муфельной печи на 1 час при температуре ~ 6500С.

ТiO2 + 2NaOH > Na2ТiO3 + H2O (1)

В остуженный сплав TiO2 и NaOH по каплям добавляют 40 мл НСl, разбавленной 1:1.

Na2ТiO3 + 6HCl > 2NaCl v + TiCl4 + 3 H2O (2)

Полученный мутный белый раствор профильтровывают с помощью фильтра «Белая лента». В фильтрат также по каплям добавляют 30 мл концентрированного раствора NH3, при этом выделяется белый газ NH4Cl. В результате образуется ксерогель ТiO22О.

TiCl4+ 3H2O + 4NH3 > 4NH4Cl ^ + ТiO2*nН2О (3)

Чтобы удостовериться, что реакция прошла до конца, полученный гидрат титана проверяют на присутствие хлорид-иона добавлением раствора нитрата серебра. напыление плёнка титан полианилин

Приготовленный гидрат титана отфильтровывают и фильтрат оставляют на сутки в эксикаторе при комнатной температуре. В 45 мл свежеприготовленного гидрата титана при постоянном перемешивании и охлаждении по каплям добавляют 2 мл 30% H2O2.

С первых капель раствор становится прозрачным и желтеет. В раствор по каплям добавляют, продолжая мешать, 30 мл ледяной уксусной кислоты, после чего раствор из бледно-жёлтого становится золотисто-рыжего цвета, сохранив прозрачность.

TiO2 + 2H2O2 > Н4TiO4 (4)

Н4TiO4 + 4СН3СООН > (СН3СОО)4Ti + 4H2O (5)

Раствор оставляют в холодильнике. После чего, полученный желтый раствор обезвоживают на ротационном испарителе (рис.1.) [6].

Рис. 1. Осадок, полученный на ротационном испарителе

Полученный желтый осадок исследуют с помощью ИК-Фурье спектроскопии (рис.2).

В ИК-спектре пероксо-комплекса титана появляются характерные пики для поглощения с максимумом при 1386 см-1 можно отнести к мостиковым колебаниям д(?Ti -O(H) -Ti ?).

Симметричные и ассиметричные колебания д(СОО) групп наблюдаются в пределах 1500 ? 1600 см?1 и относятся к колебаниям пероксо-лигандов.

Широкая полоса поглощения с тремя пиками в области то 2700?3300 см?1 соответствует валентным v(OН) колебаниям [7].

Рис. 2. ИК-спектр, полученного пероксо-комплекса

Получение пленок диоксида титана золь-гель методом

Подготовка подложек. Предметные стекла и FTO-стекла очищают моющими средствами и промывают дистиллированной водой, после чего оставляют в ультразвуковой ванне в изопропиловом спирте на 30 минут при 40 0С, по истечении времени подложки вынимают и оставляют сушить.

Далее предметные стекла и FTO-стекла очищают, используя плазму низкого давления, способствующую активации поверхности и удалению остатков органических соединений.

Подготовка золя. В обезвоженный осадок пероксида титана массой 7,5 г. добавляют изопропилового спирта, образовается бледно-желтый раствор, который оставляют на сутки.

Нанесение на подложку . Перед нанесением золя на подложку раствор центрифугируют при 4000 об./мин в течение 5 минут. для отделения осадка диоксида титана.

Нанесение пленок производят методом полива и с использованием аэрографа, в качестве подложек использовуют предметные стекла и FTO-стекло. После нанесения образцы обжигают на плитке при температуре 1500С в течение 10, 15 и 30 минут.

Наиболее удачными оказались образцы, где нанесение производилось на подложку с помощью аэрографа (рис.3).

А)

Б)

Рис. 3. Образцы пленок диоксида титана, полученные с помощью аэрографа: А)-FTO-стекло; Б). предметное стекло

В)

Г)

Рис. 4. Образцы пленок диоксида титана, полученные методом полива: В) - предметное стекло Г) FTO-стекло

Пленка, полученная в таких условиях, визуально обладала наибольшей однородностью и устойчивостью. Образцы, полученные методом полива, не имели однородной структуры (рис.4).

ИК-Фурье спектроскопия, полученных образцов пленок. Как видно из рисунков, полученные спектры порошка и пленок диоксида титана имеют аналогичные пики, так широкий пик от 700 до ~1500 см?1 характеризует полосу поглощения, вызванную колебаниями [д(Ti-O)] связи и мостиковыми колебаниями д(TiO(H)-Ti). Широкая полоса поглощения в области от 3200?3700 см?1 соответствует валентным д(OН) [7].

Рис. 5. ИК-спектры пленок диоксида титана: синяя кривая- пленка, полученная с использованием аэрографа; красная кривая-пленка, полученная методом полива

Рис. 6. ИК-спектр порошка диоксида титана

Выводы

Золь-гель метод является удобным для получения пленок диоксида титана, но особое внимание следует уделить обезвоживанию спирта для получения золя.

Получены образцы пленок диоксида титана, синтезированные на подложке FTO и на предметном стекле.

Наиболее однородную и плотную структуры имеют образцы пленок диоксида титана и композитного материала на основе FTO-TiO2, нанесенные с помощью аэрографа.

Список литературы

1. Pedro G. R. Adv. Mater. 13, 163

2. Wu H. B., Huang F., Peng J. B., Gao Y. Org. Electron. 6, 118

3. Петухов Д. И., Колесник И. В., Елисеев А. А., Лукашин А. В., Третьяков Ю. Д. Синтез и исследование свойств пленок пористого ТiO2, полученных анодным окислением -Альтернативная энергетика и экология, 2007, №1(45), с.65-67

4. Cerna M. Self-Cleaning Properties of Thin Printed Layers of Titanium Dioxide// Brno University of Technology Faculty of Chemistry. 2012. V. 12. P. 1?118.

5. Jeffrey B. C., George W. S. Sol-gel science: the physics and chemistry of sol-gel processing// Library of Congress Cataloging-in-Publication Data. 1990. ISBN-13: 978-0-12-134970-7; ISBN-10: 0-12-134970-5. P. 1?907.

6. Медовникова Ю. Г. Маг.дисс. Разработка метода синтеза прекурсоров для получения наноструктурированных пленок TiO2 золь-гель методом на проводящих подложках, 2016

7. Тарасевич Б. Н. ИК спектры основных классов органических соединений: справочные материалы. М: Университетская книга, 2012. 55 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Сущность и преимущества золь-гель-технологии синтеза порошков диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Технологические свойства, структура и фазовый состав полученных порошков и напыленных из них покрытий, перспективы их применения.

    статья [172,1 K], добавлен 05.08.2013

  • Применение газовых сенсоров в системах автоматической пожарной сигнализации. Основные стадии наночастиц и наноматериалов. Механические свойства наноматериалов. Мицеллярные и полимерные гели. Золь-гель метод синтеза тонких пленок с солями металлов.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 21.12.2016

  • Организация контроля и управление качеством покрытий, получаемых по золь-гель технологии. Схема изготовления модифицированного золь-гель пленкой изделия. Разработанная технологическая схема. Описание оборудования, используемого для контроля ПОР.

    лекция [710,1 K], добавлен 04.10.2014

  • Виды и свойства керамических покрытий, способы получения. Электронные ускорители низких энергий в технологиях получения покрытий. Нанесение покрытий CVD-методом. Золь-гель технология. Исследование свойств нанесенных покрытий, их возможные дефекты.

    курсовая работа [922,9 K], добавлен 11.10.2011

  • Процесс получения титана из руды. Свойства титана и область его применения. Несовершенства кристаллического строения реальных металлов, как это отражается на их свойствах. Термическая обработка металлов и сплавов - основной упрочняющий вид обработки.

    контрольная работа [2,3 M], добавлен 19.01.2011

  • Анализ метода повышения радиационной стойкости порошка диоксида титана путем модифицирования его нанопорошком диоксида титана. Исследование спектров диффузного отражения, зависимость изменения интегральной чувствительности порошка от концентрации TiO2.

    дипломная работа [4,2 M], добавлен 21.08.2013

  • Содержание титана в земной коре. Состав титановых концентратов, полученных из титановых руд, находящихся на территории Казахстана. Современная технология получения титанового шлака и металлического титана. Особенности очистки четырёххлористого титана.

    реферат [4,8 M], добавлен 11.03.2015

  • Титан и его распространенность в земной коре. История происхождения титана и его нахождение в природе. Сплавы на основе титана. Влияние легирующих элементов на температуру полиморфного превращения титана. Классификация титана и его основных сплавов.

    реферат [46,4 K], добавлен 29.09.2011

  • Устройство работы доменной печи. Технология производства титана. Свойства титана и область его применения. Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества. Назначение и область применения станков строгальной группы. Лакокрасочные материалы.

    контрольная работа [202,6 K], добавлен 14.03.2014

  • Методы порошковой металлургии. Повышение износостойкости покрытий, полученных методом высокоскоростного воздушно-топливного напыления, из самофлюсующихся сплавов на никелевой основе путём введения в состав исходных порошков добавок диборида титана.

    статья [2,3 M], добавлен 18.10.2013

  • Общая характеристика и механические свойства титана как металла. Оценка главных преимуществ и недостатков титановых сплавов, сферы их практического применения и значение в кораблестроении. Батискаф "Алвин": история проектирования и построения, проблемы.

    реферат [161,2 K], добавлен 19.05.2015

  • Физико-химические свойства титана и технология его производства. Карботермическая и алюмотермическая выплавка ферротитана. Достоинства и недостатки способов ведения плавки. Титан высокой чистоты как конструкционный материал. Применение жидкого алюминия.

    лекция [306,6 K], добавлен 24.11.2013

  • Исследование структуры, фазового состава и свойств покрытий системы Ti–Si–B, полученных электронно-лучевой наплавкой в вакууме и методом электронно-лучевого оплавления шликерной обмазки. Получение и перспективы применения МАХ-материалов на основе титана.

    дипломная работа [4,0 M], добавлен 14.06.2013

  • Обзор технологий и патентной литературы по восстановлению тетрахлорида титана магнием. Металлургический, конструктивный, тепловой, электрический расчет аппарата восстановления. Контроль и автоматизация технологических процессов, безопасность проекта.

    дипломная работа [596,3 K], добавлен 31.03.2011

  • Сфера применения карбидов титана и хрома. Состав и технологические характеристики исходных продуктов и композиционных порошков на их основе. Скорость окисления образцов. Микроструктура плазменного покрытия после изотермической выдержки в течение 28 часов.

    статья [211,0 K], добавлен 05.08.2013

  • Характеристика и механические свойства титана. Исследование влияния вспомогательных компонентов на свойства титанового сплава. Технологические аспекты плавки, определение типа плавильного агрегата. Термическая обработка: отжиг, закалка, старение.

    реферат [1,6 M], добавлен 17.01.2014

  • Промышленное значение цветных металлов: алюминий, медь, магний, свинец, цинк, олово, титан. Технологические процессы производства и обработки металлов, механизация и автоматизация процессов. Производство меди, алюминия, магния, титана и их сплавов.

    реферат [40,4 K], добавлен 25.12.2009

  • Методы физической, химической модификации пленок. Производство химически модифицированных пленок. Физическая сущность метода каландрования. Технология производства поливинилхлоридных пленок, производимых деформационным способом. Метод прокатки, строгания.

    курсовая работа [806,1 K], добавлен 04.01.2010

  • Создание композиционного материала (КМ) на основе никеля для повышения жаропрочности существующих никелевых сплавов. Технология изготовления КМ, его характеристика. Компоненты композита, матрица, армирующий элемент. Применение металлических композитов.

    курсовая работа [965,7 K], добавлен 25.10.2012

  • Методы напыления и физические основы нанесения тонких пленок, основные требования и системы оборудования для нанесения тонких плёнок, элементы вакуумных систем и устройство вакуумных камер для получения тонких плёнок. Экономическое обоснование проекта.

    дипломная работа [4,2 M], добавлен 01.03.2008

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.