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文檔簡介
1、金屬鈦的陽極氧化膜分為兩種,TiO2納米管(多孔膜)和致密膜。TiO2納米管具有有序的多孔結(jié)構(gòu)、大比表面積,可作為超級電容器的電極材料。盡管TiO2納米管已研究多年,但因Ti片上制備的TiO2納米管易剝離、電化學性能較差等缺點使應(yīng)用受限。因此,本文首先對比了Ti絲、Ti片兩種基底,在不同陽極氧化條件下,制備的TiO2納米管形貌和電化學性能的差異。其次,為了提高TiO2納米管的比電容,研究了N摻雜的TiO2納米管的兩種制備方法(一步法、二
2、步法),并與未摻雜的TiO2納米管的性能相比較。再次,為了簡化摻雜工藝,直接在沉積有TiN涂層的Ti片(TiN-Ti)基底上進行不同條件下的陽極氧化,得到電化學性能更好的含N的TiO2納米管,為超級電容器電極材料的制備提供指導。最后,盡管TiO2致密膜可作為電容器的電介質(zhì)材料,但與TiO2納米管相比,TiO2致密膜卻很少有人研究。因此,本文還研究了不同基底上、不同條件下致密膜的制備,并對比了致密膜的漏電流及不同頻率下的比電容和損耗。全文
3、的主要工作如下:
首先,由于Ti絲上制備的TiO2納米管與基底結(jié)合力較好,因此系統(tǒng)研究了不同陽極氧化條件下Ti絲上制備的TiO2納米管的形貌與電化學性能,并與Ti片上制備的TiO2納米管相比較。實驗表明,NH4F濃度越大、溫度越高,Ti絲上制備出的TiO2納米管的管長越長、比電容越大。
其次,分別使用一步法及二步法在Ti片上制備出N摻雜的納米管。一步法是將Ti片在含尿素的電解液中氧化生成N摻雜的納米管,二步法是將常規(guī)
4、制備出的TiO2納米管在氨水或尿素溶液中浸漬。兩種方法制備出的N摻雜的TiO2納米管均獲得更大的比電容,但是浸漬后的納米管與基底的結(jié)合力較差,因此一步法更具有優(yōu)勢。
另外,將TiN-Ti在常規(guī)電解液中陽極氧化制備出含N的TiO2納米管,研究了氧化時間及溫度對納米管的影響。與相同時間下Ti片上生長的納米管相比,TiN-Ti上生長的管長較短,單位長度上具有更高的比電容。隨著溫度的升高,TiN-Ti上制備的納米管管長變長,比電容提高
5、。
最后,為了探索致密膜的陽極氧化工藝,研究了電解液種類、氧化電壓、溫度對TiN-Ti及Ti片上生長的致密膜性能的影響。四種電解液對比結(jié)果表明,電解液種類對Ti片上致密膜性能影響不大,但TiN-Ti在NH4B5O8與H3BO3混合溶液中制備的致密膜性能最好。與Ti片上致密膜相比,在TiN-Ti上生長的致密膜的漏電流和損耗性能更優(yōu)。實驗表明,TiN-Ti生長的致密膜性能與Ti片上的相似,隨著氧化電壓的升高,漏電流增加,比電容下降
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