鋁表面鈦化學(xué)轉(zhuǎn)化膜結(jié)合與吸附性能的第一性原理研究.pdf

1、鋁合金材料用于海洋工程結(jié)構(gòu)時(shí)需要進(jìn)行表面處理以抵御海水的腐蝕性。綜合考慮環(huán)境污染、生產(chǎn)效率、使用效果等因素，鈦化學(xué)轉(zhuǎn)化處理最具應(yīng)用前景。TiO2是鈦化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的一個(gè)重要成分，其與基體界面的結(jié)合以及對(duì)環(huán)境中特定粒子的吸附是衡量其耐腐蝕性的重要方面。本文采用第一性原理方法系統(tǒng)研究了Al和TiO2塊體及各低指數(shù)表面的穩(wěn)定性及電子結(jié)構(gòu)特征、Al(111)/TiO2(110)界面結(jié)合性能及結(jié)合機(jī)理、Cl原子和O原子在TiO2(110)表面的吸附性

2、能。
　　對(duì)Al和TiO2塊體及各低指數(shù)表面的研究顯示Al的最穩(wěn)定表面是(111)表面，其表面能為0.763J/m2，TiO2最穩(wěn)定表面是(110)表面，其表面能為0.572J/m2，該表面的Ti、O原子鍵具有更強(qiáng)的結(jié)合。由于表層原子懸空鍵的影響，Al和TiO2表層原子均比內(nèi)層原子具有更活潑的性質(zhì)。
　　對(duì)Al(111)/TiO2(110)界面結(jié)合性能及結(jié)合機(jī)理的研究顯示Al(111)/TiO2(110)界面可以穩(wěn)定形成，形

3、成界面時(shí)TiO2片層內(nèi)Ti-O配位結(jié)構(gòu)發(fā)生旋轉(zhuǎn)和扭曲，使界面層O原子得以靠近Al片層成鍵。界面區(qū)域的Al原子和O原子的結(jié)合可產(chǎn)生5種穩(wěn)定的Al-O配位結(jié)構(gòu)，并直接影響界面結(jié)合強(qiáng)度，最大界面分離功為21.8J/m2。電子結(jié)構(gòu)分析顯示界面上Al原子和O原子成鍵具有較強(qiáng)的離子性，隨著Al原子周圍的成鍵O原子數(shù)量增加，Al原子態(tài)密度在成鍵區(qū)積分?jǐn)?shù)值增大，電子集中分布于較低能級(jí)，Al-O鍵結(jié)合增強(qiáng)，界面分離功增大，界面結(jié)合作用增強(qiáng)。這一結(jié)果顯示出

4、TiO2作為鈦轉(zhuǎn)化膜底層重要成分與鋁良好的結(jié)合特性。
　　對(duì)Cl原子和O原子在TiO2(110)表面吸附性能的研究顯示，Cl原子在TiO2(110)表面的最穩(wěn)定吸附位是Ti頂位，其吸附能為-1.055eV；O原子在TiO2(110)表面的最穩(wěn)定吸附位置是Ti橋位，其吸附能為-3.783eV。Cl原子、O原子在含空位缺陷的TiO2(110)表面的吸附能低于在完整表面的吸附能，其中O原子的吸附能更低。因此，在同時(shí)存在Cl原子和O原子的