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纳米TiO₂粉体和陶瓷的制备与性能表征

作　者: 吕婧儒
导　师: 邵忠宝
学　校: 东北大学
专　业: 物理化学
关键词: 纳米TiO2 光催化性能化学沉淀法高温能量球磨法钛粉掺杂量
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

纳米TiO2具有较强的光催化性能,可以分解空气中的有机物和氮氧化物：在阳光照射下,纳米TiO2具有亲油和亲水的双重性质,可用作自清洁材料,太阳光中的紫外光会使TiO2长期保持其去污功能。纳米TiO2的环保作用和可持续性使其成为科学研究一个热点。实验采用化学沉淀法,以钛酸正丁酯、草酸溶液和无水乙醇为原料在pH值为6的条件下进行反应制备前驱体TiO(OH)2·2H2O,前驱体用乙二醇进行分散。实验通过TG-DTA曲线研究了TiO(OH)2·2H2O的热分解过程制备纳米TiO2,通过X射线衍射仪(XRD)分析纳米TiO2的晶型和粒度,通过扫描电子显微镜(SEM)分析纳米TiO2的形貌和分散性。实验研究了草酸溶液浓度、原料配比、陈化时间、煅烧温度和煅烧方式等对纳米TiO2粉体性能的影响,最终确定了最佳制备工艺。实验结果表明：以体积比为1：1：1的草酸(0.2mol·L-1)、钛酸正丁酯和无水乙醇在50℃下反应4 h制备出前驱体；在350℃下煅烧前驱体可以获得平均粒径为11nm、粒度分布均匀、分散性好的纳米TiO2粉体。利用高温能量球磨法进行煅烧,可以降低纳米TiO2的相转变温度。本实验以纳米钛粉和自制的纳米TiO2粉体为原料制备纳米TiO2导电陶瓷,研究了坯体成型压力对陶瓷密度的影响以及钛粉掺杂量对陶瓷电导率的影响,并通过XRD和SEM等手段研究了陶瓷的结构与形貌。实验结果表明：坯体成型压力越高,陶瓷的致密性越好,但是过高的成型压力会使陶瓷在烧结过程中出现微裂纹；陶瓷的导电率会随着钛粉掺杂量的变化而不同；烧结温度为1100℃时,陶瓷没有完全致密化,因此应该提高烧结温度。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-27
  1.1 纳米TiO_2的主要性质  11-15
    1.1.1 纳米TiO_2的光催化性能  11-14
    1.1.2 纳米TiO_2的亲油亲水性  14-15
  1.2 纳米TiO_2的制备方法  15-20
    1.2.1 气相法  15-16
    1.2.2 液相法  16-20
  1.3 纳米TiO_2的应用  20-23
    1.3.1 净化空气  20-21
    1.3.2 杀菌  21
    1.3.3 自洁玻璃  21-22
    1.3.4 太阳能电池  22
    1.3.5 压敏陶瓷  22
    1.3.6 其他应用  22-23
  1.4 纳米TiO_2薄膜材料  23-24
    1.4.1 溶胶-凝胶法  23
    1.4.2 电化学方法  23-24
    1.4.3 溅射镀膜法  24
  1.5 纳米TiO_2靶材  24-25
  1.6 选题意义和研究内容  25-27
    1.6.1 纳米TiO_2粉体及陶瓷的选题意义  25-26
    1.6.2 研究内容  26-27
第2章纳米TiO_2粉体的制备与表征  27-43
  2.1 化学沉淀法制备纳米Ti02  27-30
    2.1.1 实验方法的选择  27
    2.1.2 原料的选择  27-28
    2.1.3 实验药品及仪器  28
      2.1.3.1 实验药品  28
      2.1.3.2 实验仪器  28
    2.1.4 实验原理  28-30
    2.1.5 实验工艺流程  30
  2.2 纳米TiO_2性能表征与测试  30-31
    2.2.1 粉体的煅烧工艺  30-31
    2.2.2 粉体的形貌分析  31
    2.2.3 物相分析  31
  2.3 实验结果与讨论  31-40
    2.3.1 pH值的确定  31-32
    2.3.2 分散剂的选择  32
    2.3.3 煅烧温度对TiO_2晶型以及粒径的影响  32-35
    2.3.4 草酸溶液浓度的选择  35
    2.3.5 草酸溶液和钛酸正丁酯体积比的选择  35-36
    2.3.6 钛酸正丁酯浓度的选择  36-37
    2.3.7 陈化时间的选择  37-39
    2.3.8 煅烧方式对比  39-40
  2.4 最佳实验条件总结  40-41
  2.5 本章小结  41-43
第3章 TiO_2陶瓷的制备与表征  43-59
  3.1 特种陶瓷的制备工艺  43-47
    3.1.1 粉体的制备  43
    3.1.2 坯体的成型  43-44
    3.1.3 陶瓷的烧结  44-47
      3.1.3.1 烧结的基本类型  44-45
      3.1.3.2 烧结推动力  45
      3.1.3.3 烧结机理  45-46
      3.1.3.4 烧结的主要方法  46-47
  3.2 TiO_2陶瓷的制备  47-48
    3.2.1 实验方法的选择  47
    3.2.2 原料的选择  47
    3.2.3 实验药品及仪器  47-48
      3.2.3.1 实验药品  47-48
      3.2.3.2 实验仪器  48
    3.2.4 实验工艺流程  48
  3.3 TiO_2陶瓷性能表征与测试  48-49
    3.3.1 电导率的测定  49
    3.3.2 密度的测定  49
  3.4 实验结果与讨论  49-52
    3.4.1 坯体成型压力对陶瓷材料性能的影响  49-51
    3.4.2 纳米钛粉掺杂量对陶瓷电导率的影响  51-52
  3.5 TiO_2陶瓷导电的原因  52-57
    3.5.1 纳米钛粉掺杂量为0.5%的TiO_2陶瓷  52-54
    3.5.2 纳米钛粉掺杂量为1.0%、1.5%和2.0%的TiO_2陶瓷  54-55
    3.5.3 纳米钛粉掺杂量为2.5%和3.0%的TiO_2陶瓷  55-57
  3.6 TiO_2陶瓷的最佳制备工艺  57
  3.7 本章小结  57-59
第4章结论  59-60
参考文献  60-65
致谢  65

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