納米二氧化鈦及其復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、作為一種性能優(yōu)越的半導(dǎo)體材料,納米二氧化鈦(TiO2)在光催化、顏料、化妝品、光電轉(zhuǎn)換、氣敏元件及光致變色器件等領(lǐng)域的應(yīng)用極為重要,因此,對TiO2晶體結(jié)構(gòu),顆粒尺寸以及形貌的可控制備也就顯得舉足輕重。聚合物基納米二氧化鈦復(fù)合材料因兼具二氧化鈦的功能性和有機(jī)材料的可設(shè)計(jì)性、易加工性而備受人們關(guān)注。將納米二氧化鈦與聚合物基體進(jìn)行復(fù)合,這也是實(shí)現(xiàn)納米二氧化鈦實(shí)際應(yīng)用的重要途徑之一。
　　 基于上述研究背景和發(fā)展趨勢,本文以在非耐高溫

2、型基材表面復(fù)合結(jié)晶態(tài)納米二氧化鈦為目標(biāo),圍繞納米二氧化鈦的控制合成,尤其是對性能有決定性作用的晶體結(jié)構(gòu)的控制,以及其聚合物基復(fù)合材料的性能,在以下五個方面開展了工作:
　　 (1)聚乙烯醇作用下納米TiO2的制備與結(jié)晶控制
　　 以聚乙烯醇為添加劑,通過水熱處理過氧鈦酸溶液制備結(jié)晶性良好的TiO2顆粒和具有優(yōu)良分散穩(wěn)定性的TiO2水懸浮液。通過改變?nèi)芤篜h、PVA添加量、PVA分子量等考察實(shí)驗(yàn)條件對TiO2的晶體結(jié)構(gòu),形

3、貌以及粒徑分布的影響。低Ph溶液有利于金紅石TiO2的生成,而同等情況下,PVA的添加可以誘導(dǎo)金紅石結(jié)構(gòu)向銳鈦礦結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。弱酸、中性及堿性溶液條件時,TiO2的晶體結(jié)構(gòu)不受PVA的影響。溶液Ph通過影響PVA在TiO2顆粒表面的吸附量而使得TiO2在水懸浮液中表現(xiàn)不同的形態(tài)。
　　 (2)PMMA基納米TiO2薄膜的制備與表征
　　 以TiOSO4酸性水溶液為前驅(qū)物,尿素為沉淀劑,采用液相沉積法在PMMA表面制備TiO

4、2薄膜。通過考察沉積過程中溶液Ph隨時間的變化,對不同條件下PMMA基體表面‘TiO2膜層的形貌差別進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)尿素添加量增大能夠加速TiO2膜的形成,但添加量過高則影響TiO2的膜厚。直接制得的PMMA基納米TiO2薄膜復(fù)合物因TiO2結(jié)晶度不高而對甲基橙的光催化降解速率偏低。利用微波輻照則可以一定程度上提高PMMA表面TiO2的結(jié)晶度,加快其對甲基橙的光催化降解速率。
　　 (3)低溫條件下TiO2納米棒的制備及晶體結(jié)構(gòu)調(diào)

5、控研究
　　 介紹了一種在低于100℃的溫度范圍內(nèi)制備結(jié)晶態(tài)TiO2納米棒的方法,此方法無需任何添加劑和表面活性劑。純金紅石型TiO2和純銳鈦礦型TiO2分別在75℃,80℃時生成。TiO2各種晶相的形成依賴于反應(yīng)溫度和反應(yīng)物濃度條件,低反應(yīng)溫度和反應(yīng)物濃度有利于金紅石相的形成,而高反應(yīng)物濃度和反應(yīng)溫度則傾向于產(chǎn)生銳鈦礦和板鈦礦相。反應(yīng)溫度和濃度對產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)的影響可以通過它們對反應(yīng)速率的影響來解釋。此方法可以用于在非耐高溫基材

6、表面沉積二氧化鈦,制備具有紫外線屏蔽或光催化降解功能的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合功能材料。
　　 (4)聚丙烯腈基碳纖維表面納米TiO2的制備及光催化性能研究
　　 以鈦酸四丁酯為鈦源,通過沉淀,膠溶,再沉淀的方法在聚丙烯腈基碳纖維表面低溫負(fù)載具有不同晶體結(jié)構(gòu)的納米TiO2層。負(fù)載有不同晶體結(jié)構(gòu)TiO2的碳纖維在紫外區(qū)均有吸收響應(yīng),但對紫外光催化降解甲基橙表現(xiàn)出不同的降解速率。由銳鈦礦/金給石組成的混晶型二氧化鈦表現(xiàn)出最佳的光催化降

7、解效果,在酸性條件下,其催化降解速率得到進(jìn)一步提升。制得的碳纖維負(fù)載二氧化鈦可以方便地重復(fù)應(yīng)用于光催化降解過程,在連續(xù)降解應(yīng)用中具有一定的價值。
　　 (5)電場誘導(dǎo)下PMMA/納米TiO2復(fù)合材料的制備及性能研究
　　 利用二氧化鈦對電場刺激的響應(yīng)性,在PMMA澆鑄聚合成型過程中,通過施加外電場誘導(dǎo)棒狀納米TiO2極化取向,制備具有TiO2定向排列結(jié)構(gòu)的PMMA基復(fù)合材料。棒狀TiO2在PMMA基體中取向分布程度隨場強(qiáng)