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聚合物基体上负载纳米二氧化钛薄膜的研究

作　者: 王玉玲
导　师: 杜海燕
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 二氧化钛薄膜溶胶-凝胶法低温聚合物基体
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

纳米TiO₂薄膜具有光催化活性和超亲水性,将TiO₂薄膜载于聚合物材料表面,形成新型的功能材料将是未来的研究热点,它可在聚合物材料的防老化降解、材料表面的杀菌去污、自清洁,及消除周围有毒气体等方面发挥特殊功效。本研究用钛酸四丁酯（TBOT）为钛的前驱体,用改进的溶胶-凝胶法低温下制得了锐钛矿的纳米TiO₂,研究了制备条件,包括pH值、温度等对溶胶-凝胶相转变过程和转变速率的影响。用透射电子显微镜（TEM）和x射线衍射仪（XRD）对所得的TiO₂粉进行了表征。之后用改进的溶胶-凝胶法实现了在PP聚合物基体上负载上了纳米TiO₂薄膜。用XPS表征了聚合物表面改性前后所发生的变化,并用SEM观察了聚合物表面改性前后的形貌变化和所得TiO₂薄膜的表面形貌;用XRD表征了TiO₂薄膜的结晶结构及结晶程度;用TEM观察了TiO₂的结晶状态及晶粒大小;通过观察紫外灯照射下薄膜与水的接触角表征了薄膜的亲水性,通过在紫外光照条件下二氧化钛薄膜光催化降解甲基橙对光催化活性进行了表征。实验结果表明,溶胶中pH值的降低和温度的升高,会加快溶胶-凝胶相转变过程,不利于得到稳定的溶胶。表明处理后的聚合物表面带有很多亲水性的OH官能团。溶胶-凝胶法所制得的TiO₂主要是锐钛矿结构,结晶尺寸小（5纳米左右）,加有PEG和硅烷的TiO₂薄膜中有大量微孔,并且PEG和硅烷的加入促进了TiO₂的结晶,使其结晶度变大,提高了其光催化活性和亲水性。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-22
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 TiO_2的晶型  9-11
  1.3 光催化与亲水机理及影响因素  11-14
    1.3.1 光催化机理  11-12
    1.3.2 亲水机理  12-14
  1.4 影响光催化活性及亲水性的因素  14-15
    1.4.1 影响光催化活性的因素  14-15
    1.4.2 影响亲水性的因素  15
  1.5 二氧化钛薄膜的应用  15-17
  1.6 二氧化钛的制备方法  17-19
    1.6.1 二氧化钛纳米粒子的制备方法  17
    1.6.2 二氧化钛薄膜的制备方法  17-19
  1.7 聚合物上负载TiO_2薄膜的研究进展  19-20
  1.8 课题研究的目的、意义和内容  20-22
第二章溶胶－凝胶法机理和试验体系的选择  22-29
  2.1 改进的溶胶－凝胶法简介  22
  2.2 传统的溶胶－凝胶法概述  22-25
    2.2.1 Sol-Gel的特点  22-23
    2.2.2 Sol-Gel的理论基础  23-25
  2.3 溶胶溶液的组成对溶胶的影响  25-27
    2.3.1 醇盐种类的影响  25
    2.3.2 溶剂及其含量的影响  25-26
    2.3.3 水量的影响  26
    2.3.4 酸种类的影响  26
    2.3.5 络合剂及其他添加剂的影响  26
    2.3.6 水解温度的影响  26-27
  2.4 试验体系的选择  27-28
    2.4.1 钛的前驱体的选择  27
    2.4.2 溶剂的选择  27
    2.4.3 其他试剂的选择  27-28
    2.4.4 载体的选择  28
  2.5 本章小结  28-29
第三章二氧化钛粉体的低温制备及表征  29-42
  3.1 引言  29
  3.2 实验原料和设备  29-30
    3.2.1 试验原料  29-30
    3.2.2 试验设备  30
    3.2.3 分析仪器  30
  3.3 TiO_2粉体的低温制备  30
    3.3.1 溶胶的制备  30
    3.3.2 热处理  30
  3.4 二氧化钛粉体的测试与表征  30-31
  3.5 结果和讨论  31-40
    3.5.1 加水量的影响  31-34
    3.5.2 加水方式的影响  34-35
    3.5.3 pH值的影响  35-38
    3.5.4 乙醇量的影响  38
    3.5.5 水解温度的影响  38-40
  3.6 水热处理对TiO_2的影响  40-41
  3.7 本章小结  41-42
第四章纳米TiO_2薄膜的制备、表征及其光致特性的研究  42-58
  4.1 前言  42
  4.2 实验部分  42-46
    4.2.1 实验原料  42-43
    4.2.2 实验设备  43
    4.2.3 分析仪器  43
    4.2.4 聚合物基体的表面处理  43-44
    4.2.5 溶胶的制备  44
    4.2.6 纳米TiO_2薄膜的制备  44-46
  4.3 测试与表征  46-47
    4.3.1 PP塑料的表面处理前后的表征  46
    4.3.2 纳米TiO_2薄膜的表征  46-47
  4.4 结果与讨论  47-58
    4.4.1 PP表面处理的表征  47-48
    4.4.2 纳米TiO_2薄膜的XRD分析  48-49
    4.4.3 纳米TiO_2薄膜的TEM分析  49-51
    4.4.4 纳米TiO_2薄膜的SEM表征  51-54
    4.4.5 纳米TiO_2薄膜的超亲水性能研究  54-55
    4.4.6 纳米TiO_2薄膜光催化性能的表征  55-57
    4.4.7 本章小结  57-58
第五章全文结论  58-59
参考文献  59-65
发表论文和科研情况说明  65-66
致谢  66

聚合物基体上负载纳米二氧化钛薄膜的研究

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