I. Fremstillingsmetoder for TiO2-oksidfilm
1. Atmosfæreoppvarmingsoksidasjonsmetode
Titan oksiderer i atmosfæren. Etter hvert som oppvarmingstiden øker, øker tykkelsen på oksidfilmen gradvis, noe som resulterer i forskjellige toner som endres fra gult til cyan og deretter til lilla. Fordelen med denne metoden er at den kan farge titan billig og i store mengder, og gir en overflatefargefilm med god vedheft. Fargevariasjonen er imidlertid begrenset og fargespekteret er ikke rikt. Fargeensartetheten og repeterbarheten er dårlig, og fargen er vanskelig å kontrollere nøyaktig. Foruten å være oppvarmet og farget i en oksygenholdig-atmosfære, når den varmes opp i en nitrogenatmosfære, dannes det en TiN-film på titanoverflaten, som har en gylden gul farge og har høy slitestyrke.
2. Anodisk oksidasjonsmetode
Spenning påføres mellom titananoden og katoden av rustfritt stål eller aluminium i en elektrolytt, og anodisk oksidasjon skjer gjennom en elektrokjemisk reaksjon som danner en farget oksidfilm. Elektrolyttene for anodisk oksidasjon inkluderer vandige løsninger, ikke-vandige løsninger og smeltede salter. Vanligvis brukes vandige løsninger av fosforsyre, borsyre og deres salter for å danne tykke oksidfilmer; mens smeltede salter og ikke-vandige løsninger brukes til å generere tynnere oksidfilmer. Den viktigste faktoren som påvirker tykkelsen på TiO2-oksidfilmen er den påførte spenningen, og dens tykkelse er generelt proporsjonal med den påførte spenningen. Derfor, ved å endre spenningen, kan tykkelsen på oksidfilmen kontrolleres, og dermed kan fargen på oksidfilmen kontrolleres. Denne metoden kan brukes til å fremstille oksidfilmer med forskjellige sammensetninger og egenskaper på ventilmetaller (Zr, W, Nb, Ta, Al, etc.). Oksydfilmene har egenskaper som tetthet, stabilitet og sterk adhesjon, og kan brukes i korrosjonsbestandige{10}}belegg, dielektrikum for kondensatorer og gate-oksider for transistorer.
3. PVD (Physical Vapour Deposition) er en prosess der flytende eller faste materialer fordampes og deretter avsettes på et underlag.
PVD-teknikker inkluderer sputtering, ioneplettering, termisk fordampning, laserfordamping og ioneimplantasjon. PVD kan brukes til å fremstille filmer eller flerlagsfilmer med tykkelser fra noen få nanometer til noen få mikrometer. Ulik doping kan oppnås ved å introdusere forskjellige gasser. Substratmaterialet kan påvirke krystalliseringen av TiO2-filmer. Noen forskere har utarbeidet anatase- og rutilstrukturerte filmer på henholdsvis glass- og rustfritt stålunderlag ved PVD.
4. CVD (Chemical Vapor Deposition) er en prosess der substratmaterialet reagerer kjemisk med gass for å avsette en film på substratet.
Sammenlignet med PVD kan CVD avsette filmer på underlag med komplekse former, noe som er en fordel som PVD ikke kan matche. Ved å kombinere plasma, ioner, lasere og andre midler, kan avsetningstemperaturen til CVD reduseres eller avsetningshastigheten kan økes. Det har vært mange studier på CVD-prepareringsteknologien til TiO2-filmer, som har bevist at substratmaterialet og avsetningstemperaturen har en viktig innflytelse på filmstrukturen. For eksempel, når avsetningstemperaturen øker, øker kornstørrelsen til TiO2-filmer.
5. Den hydrotermiske metoden involverer reaksjoner i en-høytrykksautoklav under kontrollert temperatur (ca. 200 grader) og trykk (<10MPa) in an aqueous solution.
Noen forskere har brukt denne metoden til å fremstille TiO2-katalytiske materialer med forskjellige fasestrukturer og morfologier (nanostaver, nanopartikler), inkludert tre-fasestrukturer (rutil + brookitt + anatase), to-fasestrukturer (rutil + anatase) og en-fasestrukturer (rutil{7}), som utviser forskjellige{7}-katalytiske aktiviteter. Sol-Gel-metoden: Sol-Gel-metoden bruker forbindelser med høy kjemisk aktivitet som forløpere, blander råvarene jevnt i væskefasen, og gjennomgår hydrolyse- og kondensasjonsreaksjoner for til slutt å danne TiO2 med molekylære eller til og med nanostrukturer. Denne metoden er økonomisk og enkel, og kan oppnå TiO2 med høy{12}}renhet ved nesten romtemperatur. Ved å endre fremstillingsmetoden og kalsineringstemperaturen kan krystallstrukturen til TiO2 justeres for å oppnå TiO2 med forskjellige strukturer som rutil og anatase. Denne metoden brukes ofte til fremstilling av TiO2 fotokatalytiske materialer eller TiO2-belegg med biologisk aktivitet.
II. Påvirkningsfaktorer for anodisert TiO2-farget film
1. Elektrolytt
Elektrolytten for anodisering kan klassifiseres i sur elektrolytt, alkalisk elektrolytt og saltløsning osv. På grunn av den raske oppløsningen av oksidfilmen i alkalisk løsning er det relativt få studier på den. Noen forskere har undersøkt påvirkningen av elektrolytttype på titanoksidfilm og funnet at sammenlignet med alkalisk elektrolytt er dannelsesspenningen til oksidfilmen i sur elektrolytt høyere. Med reduksjon av elektrolyttkonsentrasjon og temperatur øker formasjonsspenningen og veksthastigheten til oksidfilmen. Med reduksjonen i strømtettheten og forholdet mellom anode og katodeareal, synker dannelsesspenningen til oksidfilmen. Noen forskere har anodisert i alkalisk elektrolytt og funnet ut at jo høyere konsentrasjonen av elektrolytten er, desto større er brytningsindeksen til TiO2-oksidfilmen, og det fremmer transformasjonen av oksidfilmen fra amorf til krystallinsk tilstand.
2. Oksidasjonsspenning
Vanlige anodiseringsmoduser inkluderer konstantstrømmodus og konstantspenningsmodus, og i henhold til spenningsbølgeformen kan de videre deles inn i likestrøms-, vekselstrøm- og pulsmoduser osv. Noen forskere har studert påvirkningen av potensiell lineær skanningsmodus og potensiell trinnmodus i sur elektrolytt og lavspenning på den anodiserte filmen av rent titan og funnet at i den lineære potensialskanning- eller skanningsstrukturen i form av lineær potensial eller skanning. film, mens langsom skanning produserer nanokrystaller. I trinnskanningsmodus kan økning av oksidasjonsspenningen øke andelen Ti4+ i oksidfilmen. Anodisering ved lav spenning kan gi fargede oksidfilmer. Mens anodisering ved høy spenning genererer elektriske gnister, danner et stort lokalt elektrisk felt, og dermed ledsaget av krystalliserings- eller fasetransformasjonsprosessen til oksidet, og den oppnådde oksidfilmen har ofte bedre slitestyrke.
3. Oksidasjonstid
Med tidens økning er veksttrenden for oksidfilmtykkelsen generelt rask først og deretter sakte. Under anodiseringsprosessen skjer veksten og oppløsningen av oksidfilmen samtidig. Når veksthastigheten til oksidfilmen er større enn oppløsningshastigheten, øker tykkelsen av oksidfilmen; når veksthastigheten til oksidfilmen er mindre enn oppløsningshastigheten, reduseres tykkelsen. Noen forskere har funnet at i den samme elektrolytten øker tykkelsen på oksidfilmen av rent titan med tiden ved høyere spenninger, mens den avtar med tiden ved lavere spenninger. Noen forskere har studert den langsiktige-anodiseringsprosessen av rent titan ved lav spenning og funnet at i dannelsesstadiet av oksidfilmen øker tykkelsen og krystalliniteten til filmen med oksidasjonstiden, mens i inkubasjonsstadiet av oksidfilmen akselererer oppløsningen av filmen og krystalliseringen av oksidet bremser ned. Selv om det har blitt rapportert at oksidasjonstiden påvirker krystalliseringsprosessen og krystalliniteten, antas det generelt at krystallstrukturen til oksidfilmen bare avhenger av den påførte spenningen.
4. Andre faktorer
Før anodisering av rent titan, brukes vanligvis mekanisk, kjemisk eller elektrokjemisk polering for å fjerne overflateforurensninger. Etter mekanisk polering utføres vanligvis syrevask for å fjerne passiveringsfilmen på overflaten. Det er rapportert at anodiseringsprosessen av elektrokjemisk polert rent titan lokalt gjennomgår en oksygenutviklingsreaksjon, noe som resulterer i en tykkere oksidfilm i det området, mens oksidfilmen som dannes på den ubehandlede grove overflaten er mer jevn. Sammenlignet med oksidfilmen uten poleringsbehandling, har oksidfilmen oppnådd etter polering og anodisering bedre korrosjonsbestandighet. Å øke elektrolytttemperaturen kan øke oksidasjonseffektiviteten til oksidfilmen. Noen forskere har funnet ut at ved samme spenning er oksidfilmen av rent titan tykkere og har høyere krystallinitet ved høy elektrolytttemperatur.