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1、摘要电泳沉积法（EPD）制备薄膜具有设备简单，成本低，成膜快，被镀件（用于沉积薄膜的基体）形状不受限制，薄膜厚度均匀，并且其厚度在较大范围内可控等优点。二氧化钛熔点高、化学稳定性好，在复合材料领域具有广阔的应用前景。本文利用电泳沉积法制备出了均匀的二氧化钛薄膜，研究了二氧化钛在悬浮介质中的核电机理；考察了二氧化钛粉末在有机悬浮液中的分散性和稳定性，并且研究了电泳工艺参数对电泳沉积量的影响；特别研究了助剂PEG（聚乙二醇）对电泳膜性能的影响并初步探讨了助剂PEG对二氧化钛膜性能影响的原因；研究了电泳沉积的动力学规律，为今后制备含二氧化钛的层状复合材料打下基础。本文还通过研究了不同烧结温度对二氧化
2、钛晶型的影响定性的表征了光催化性能。关键词: 电泳沉积 ，二氧化钛膜 ，聚乙二醇 ，Zeta电势 ，烧结 ，光催化Abstract Film fabricated using electrophoreic deposition(EPD) has the advantages of simpe setup,low cast,time saving,thinkness uniformity,etc. TiO2 has the potential employed as one part of composite because of its high melting point,and excel
3、lent chemo-stability.In this paper,homogeneous TiO2 film was produced by EPD.The charged mechanism of TiO2 powder in dispersion medium was studied.The dispersibility of TiO2 powder and stability of TiO2 film was studied.Apart from this,the influence of parameter of deposition was studied；Especially，
4、we studied the influence of film by adding available PEG to it.All of these made it available to fabricate multiplayer composite compound with TiO2 layer.The paper characteristic the performance of photocatalysis by studying the effects of different calcination temperature on crystal phase.Keywords
5、: electrophoretic deposition，TiO2 film，PEG，ZeTa potential，sintering，photocatalysis毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权
6、说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 目录摘要IABSTRACTI第一章 绪论11.1引言11.2简介和分类11.2.1电泳沉积简介11.2.2纳米二氧化钛分类及功能21.3纳米二氧化钛国内外应用历程31.4制膜方法简介41.5电泳沉积法制膜技术国内外研究51.6本课题拟解决的主要问题及设计思路6第二章
7、试验条件和方法72.1试验原材料及所用实验仪器72.2 试验方法7第三章 试验113.1分散剂选择及电导率测定113.1.1分散剂选择113.1.2 悬浮液配制及电导率测定113.2 粉末在悬浮液中的分散性和稳定性123.2.1分散性123.2.2 悬浮稳定性123.3PH值对电泳沉积的影响153.4悬浮液浓度对电泳沉积的影响173.5 沉积电压对电泳沉积的影响183.6 电泳时间对电泳沉积的影响203.7 电泳沉积机理213.8 PEG400添加对沉积膜的影响223.8.1 添加前后得到的沉积膜对比223.8.2 PEG添加量不同所得沉积膜之比较233.9 不同煅烧温度处理对晶型的影响26第
8、四章 结论28参考文献29致谢31第一章 绪论1.1引言纳米，亦称纳米钛白粉。从尺寸上来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在100纳米以下，其外观为白色疏松粉末。具有抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化功效；纳米二氧化钛具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。此外，纳米还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外线材料、食品包装材料、造纸工业、防晒霜、化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷、航天工业等领域。半导体氧化物具有光催化性能和光致超亲水性，其薄膜化负载极大地扩展了在环保领域中的应用，将负
9、载在各种基底上制得的兼具自洁净和亲水性功能的材料具有广泛的市场前景。然而，制膜技术是一个难点，已经开发的制膜方法都存在一些缺点，因此开发工艺易于实现的薄膜制备技术具有重要的意义。1.2简介和分类1.2.1电泳沉积简介电泳是指电泳涂料在阴阳两极，施加于电压作用下带电荷的涂料离子移动到阴极，并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物，沉积于工件表面。它包括四个过程：）分解：在阴极反应最初为电解反应，生成氢气及氢氧根离子，此反应造成阴极面形成一高碱层，当阳离子与氢氧根离子作用生成不溶于水的物质，方程式为； ）电泳动：阳离子及在电场作用下，向阴极移动，而阴离子向阳极移动的过程；）电沉积：在被涂工件表面，
10、阳离子与阴极表面碱性作用，中和而析出不沉积物，沉积于被涂工件上；4）涂料固体与工件表面上的涂膜为半透明性的，具有多数毛细孔，水被从阴极涂膜中排渗出来，在电场作用下，引起涂膜脱水，而涂膜则吸附于工件表面，而完成整个电泳过程。Sarker和Nicholson1等根据DLVO理论详细研究了的EPD行为。他们认为，在中的来自离解反应，如 (这里可以是也可以是其他阳离子，可以是也可以是其他阴离子)。在某一温度下，胶体悬浮体系中的上述离解反应的平衡常数为：在阴极附近，的浓度显著增加，为了维护平衡，YX的浓度必须增加或者降低浓度。而 构成双电层粒子，靠近双电层粒子 表面的 和它的结合力较强离双电层粒子表面越
11、远，粒子的结合力越小。可以同正离子反应，它和结合增加了体系中YX的浓度，同时减少了和 的浓度，即：+ YX。YX沿其浓度梯度方向向悬浮液本体产生扩散而不沉积，这样K就仍然是常数。由于这种化学“反应”的结果,粒子周围的双电层变薄，所以进入双电层的粒子就可以靠得足够近，其结果是伦敦-范德华(LVD W)吸引力占主导地位，从而发生沉积过程。1.2.2纳米二氧化钛分类及功能纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型（Anatase）和金红石型（Rutile）。金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比
12、金红石型二氧化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化活性比金红石型高。在一定条件下，锐钛矿二氧化钛可转化成金红石型二氧化钛。其次，按照其表面特性可分为：亲水性纳米钛白粉和亲油性纳米钛白粉；按照外观分有粉体和液体之分，分体一般是白色，液体有白色和半透明状。还具有以下功能：1）杀菌功能：在紫外线作用下，以0.1浓度的超细可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，光催化杀死癌细胞的效率也提高；用光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。在涂料中添加纳米可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，
13、可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可有效杀死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌，防止感染。因此，纳米能净化空气，具有除臭功能；2）防紫外线功能：纳米既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。纳米二氧化钛的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关：当粒径较大时，对紫外线的阻隔是以反射、散射为主，且对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的遮盖,属一般的物理防晒，防晒能力较弱；随着粒径的减小，光线能透过纳米二氧化钛的粒子面，对长波区紫外线的反射、散射性不明显而对中波
14、区紫外线的吸收性明显增强。其防晒机理是吸收紫外线，主要吸收中波区紫外线。利用纳米的透明性和紫外线吸收能力还可用作食品包装膜、油墨、涂料、纺织制品和塑料填充剂，可以替代有机紫外线吸收剂，用于涂料中可提高涂料耐老化能力；3）光催化功能：纳米二氧化钛采用液相法制备出的二氧化钛具有粒子团聚少、化学活性高、粒径分布窄、形貌均一等特性，具有很强的光催化性能，已广泛应用于环保中。环境有害气体可分为室内有害气体和大气污染气体。室内有害气体主要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等。纳米二氧化钛通过光催化作用可将吸附于其表面的这些物质分解氧化，从而使空气中这些物质的浓度降低，减轻或消除环
15、境不适感；4）防雾及自清洁功能：薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性，因此其具有防雾功能。如在汽车后视镜上涂覆一层氧化钛薄膜，即使空气中的水分或者水蒸气凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺展在表面，所以表面不会发生光散射的雾。当有雨水冲过，在表面附着的雨水也会迅速扩散成为均匀的水膜，这样就不会形成分散视线的水滴，使得后视镜表面保持原有的光亮，提高行车的安全性。1.3纳米二氧化钛国内外应用历程作为“环境催化剂”环保材料，用途十分广泛。最早工业化使用纳米仍是发现人藤岛昭教授，10年前他和日本乐陶公司的客座研究员渡部俊合作研究，有一次交换意见时，渡部俊提出“如果大量生产氢能不行，那么，
16、把它应用在分解微量的在害化学物质方面，如清除厕所便器上的黄色污垢样？”1998年，他们利用喷涂光催化剂的方法，成功开发出厕所和浴池用防污瓷砖，成为光催化剂技术迅速发展的导火线。我国几乎也同时在1997年由国家自然科学基金资助，将纳米光催化剂用在废水处理上。有效地降解和消除有害污染物。日本首先将光催化剂作为建筑涂料喷涂在高楼大厦，高速公路两旁的隔音墙，街道路灯等装置及玻璃和陶瓷物体，经阳光（紫外线）的照射，积落在上面的尘埃和污染物质，如氧化氮，硫化物，氯化物等就能够自动地被清除。我国广州、北京、上海、成都，均有许多企业正在研制生产建筑用的涂料，广州高科纳米柔、纳米雅等内、外墙乳胶漆，于2001年
17、上市。在文物保护上，我国已取得长足的进展，世界八大奇迹之一的西安兵马俑，由西北大学纳米材料研究所，用掺银的光催化剂薄膜，即利用“溶胶凝胶”2,3法制成一种透明的胶体，涂在文物表面可以形成一种“无机膜”，这样可保护文物的颜色不变，材质不腐坏，还可以有效地排除虫菌对文物的侵蚀，还有利于降低空气中的有害气体的含量。掺银光催化剂除可以对陶质文物进行有效保护外，还可以用于丝绸和书画等文物的保护。还可利用光催化剂把旧报纸变为脱臭、抗菌再生纸等。1.4制膜方法简介制膜技术一直是一个难点，已经开发的有溶胶凝胶法、气相沉积法4-6、离子溅射法7,8。溶胶凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这
18、些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米结构的材料。溶胶凝胶法也存在某些问题：首先是目前所使用的原料价格比较昂贵，有些原料为有机物，对健康有害；其次通常整个溶胶凝胶过程所需时间较长，常需要几天或几周；第三是凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，并产生收缩。气相沉积是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的：两种或两种
19、以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。离子溅射是在真空容器内，在高压1500V的作用下，残留的气体分子被电离，形成等离子体，阳离子在电场加速下轰击金属钯，使金属原子溅射到样品的表面，形成导电膜。同气相沉积一样，离子溅射法也需要高真空设备，操作复杂，陈本昂贵，而且所得膜的性能欠佳，国内掌握这些技术的公司为数不多，因此，开发工艺易于实现，性能优良的薄膜制备技术对制膜技术的产业化具有重要的意义。1.5电泳沉积法制膜技术国内外研究电泳沉积（简记为EPD）的方法可以使从纳米尺寸到微米级的颗粒沉积在各种不同的基体上，从而制备出各种不同厚度的功
20、能性薄膜。Byrne9和Morand10等曾以粉末的悬浮液为介质，用电泳方法进行了薄膜的制备尝试。虽然发现所制薄膜中的粒子较大，附着力不够强，而且与相同负载量的喷涂膜相比，这种电泳膜的光催化性能并没有显示出明显的优越性，但证实可快速实现在基底上大量均匀负载，这一点具有较强的实用性。陈晓明11等在乙醇体系中电泳沉积生物玻璃（BG）和羟基磷灰石（HA）颗粒，在阴极基体上得到了生物活性梯度功能膜。通过电泳沉积的方法，Cengiz12得到了内层为坚硬的化合物、表层为硬质的功能薄膜。朱亚彬13等用，和粉末制成颗粒溶于丙酮溶液中，在上得到了均匀的涂层。Zanetti14等将（SBT）粉末分散于水中形成体积
21、分数为0.03%的悬浮液，在涂有铂的氧化铝和基体上电泳沉积得到了厚度大于5um，晶型与最初粉末一样的铁电SBT厚膜。卢立柱15等在乙酰丙酮中电泳沉积钇稳定二氧化锆（8YSZ）粒子，在金属陶瓷Ni-8YSZ基片上得到一定特性的功能薄膜。Zhitomirsky16等将超细氧化铝和氧化锆粉末溶于异丙醇中，在碳纤维上电泳沉积出了一定厚度的多层膜。这些功能薄膜在性能上满足了材料的各种要求17-19。1.6本课题拟解决的主要问题及设计思路对于带有电荷的胶体粒子，如若在外加电场作用下可向特定的电极定向移动，如果用导电基底材料作为与胶粒所带电荷相反的电极，便可利用胶粒的电动性质使纳米尺寸的胶体粒子电沉积在基底
22、材料表面，前人用电泳方法进行了薄膜的制备尝试，虽然发现所制薄膜中的粒子较大，附着力不够强，而且与相同负载量的喷涂膜相比，且这种电泳膜的光催化性能并没有显示出明显的优越性，但证实可快速实现在基底上大量均匀负载，这一点具有较强的实用性。如果针对影响薄膜质量的各种可能因素开展深入研究，有望开发出一种实用薄膜负载化技术。由此，本课题试验研究设计从选择较好分散介质入手，着重比较备选分散介质配置出的同浓度（20g/l）悬浮液的电导率及其悬浮性差异，并绘制相关时间段内的各悬浮液沉降曲线以来表征Zeta电势大小即悬浮性好坏；利用选择出的分散介质配制悬浮液并调节PH值为0.9、1.5、4.6、5.2、8.5，保
23、持浓度为20g/l，沉积电压为100v，分别进行电泳试验，考察PH对膜性能的影响；依此种控制变量法的方法逐步考察电泳时间、悬浮液浓度、沉积电压等工艺参量对电泳膜性能的影响规律，最终得出电泳膜性能较好的工艺参数；在单纯研究电泳工艺时，本试验还想添加助剂PEG400，通过控制添加的浓度考察其对膜性能的影响，以提高工艺质量。对于光催化性本试验通过在不同烧结温度下分析晶型的转变（以XRD为表征手段）定性探讨获得较高光催化活性时的烧结温度。第二章 试验条件和方法2.1试验原材料及所用实验仪器本试验使用的化学药品有：纳米二氧化钛粉末、去离子水、无水乙醇（分析纯）、乙二醇（分析纯）、丙酮（分析纯）、冰乙酸（
24、分析纯）、PEG400（化学纯）试验器材包括：50ml烧杯若干、胶头滴管若干、精密PH试纸、铜片、电子天平、DDS-11D型数显电导率测定仪、EPS 100核酸电泳仪、BW-GWL182高温烧炉、LD1-Y-2000型X射线衍射仪、XTL-IA(B)连续变倍体视显微镜 2.2 试验方法 1）电导率测定纯介质电导率测定：根据电导率仪原理，电导率是以数字表示溶液传导电流的能力。水的电导率与其所含无机酸、碱、盐的量有一定的关系，当它们的浓度较低时，电导率随着浓度的增大而增加；因此，该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。电导(G)是电阻(R)的倒数。当两个电极(通常为铂电极或铂黑电极)插入溶液中，
25、可以测出两电极间的电阻R。根据欧姆定律，温度一定时，这个电阻值与电极间距L(cm)正比，与电极的截面积A(cm2)反比，即R =(L/A)；其中为电阻率,是长1cm，截面积为1cm2导体的电阻，其大小决定于物质的本性。据上式，导体的电导(G)可表示成下式：G =1/R=(1/)(A/L)=K(1/J)；其中，K=1/称为电导率，J =L/A称为电极常数；电解质溶液电导率指相距1cm的两平行电极间充以1cm3溶液时所具有的电导。由上式可见，当已知电极常数(J)，并测出溶液电阻(R)或电导(G)时，即可求出电导率。首先选为校正档后用去离子水清洗铂电极两次，插入水中校正DDS-11D型数显电导率测定
26、仪显示值为介电常数，其次估计待测试剂的数值大小调节量程，调节温度为实际室温后，插入各纯介质试剂中待读数稳定后记录数值，测定完要再次用去离子水清洗铂电极，重复校正，重复测定；20g/l各悬浮液电导率测定：在150ml烧杯中加入140ml纯介质，称量2.8g纳米二氧化钛粉末，配制20g/l的各分散介质悬浮液，搅拌半分钟，插入电极测定，清洗电极校正完毕后，重复测定；20g/l各澄清液电导率测定：将上述悬浮液静置24h后待分散体系沉降稳定后，测定上层澄清液电导率；电导率变化曲线绘制；结果分析和讨论。2）各分散介质配制20g/l悬浮液沉降百分比测定烧杯质量和试样质量称量；经单位时间段（12h）静置后干燥
27、质量测定：100ml烧杯中加入1g二氧化钛粉末及50ml分散剂，搅拌均匀后静置，第一组时间为12h以后每一组时间间隔递增12h，到点后用吸液管缓慢吸出上层液，此过程中搅动不能大以免使沉降层扰动，造成沉降百分比偏高误差。待吸尽后放入干燥箱中恒温80度干燥直至干燥完全，最后称重；经单位时间段（12h）静置沉降百分比计算；沉降曲线绘制；结果分析和讨论。3）不同PH值下电泳沉积量测定电泳仪工作原理：带电粒子在直流电场作用下于一定介质中所发生的定向运动，利用这一现象对化学或生物化学组分进行分离分析的技术称之为电泳。生物学上的重要物质如蛋白质、核酸等，在溶液中能吸收或给出氢离子从而带电。因此，它们在电场影
28、响下，在不同介质中的运动速度是不同的。这样用电泳的方法就可以对其进行定量分析，或者将一定混合物分离成各个组分以及作少量制备。 电泳仪/电泳槽使用注意事项：1、电泳仪/电泳槽通电进入工作状态后，禁止人体接触电极、电泳物及其它可能带电部分，也不能到电泳槽内取放东西，如需要应先断电，以免触电。同时要求仪器必须有良好接地端，以防漏电；2、仪器通电后，不要临时增加或拨除输出导线插头，以防短路现象发生，虽然仪器内部附设有保险丝，但短路现象仍有可能导致仪器损坏； 3、由于不同介质支持物的电阻值不同，电泳时所通过的电流量也不同，其泳动速度及泳至终点所需时间也不同，故不同介质支持物的电泳不要同时在同一电泳仪上进
29、行；4、在总电流不超过仪器额定电流时（最大电流范围），可以多槽关联使用，但要注意不能超载，否则容易影响仪器寿命；5、某些特殊情况下需检查仪器电泳输入情况时，允许在稳压状态下空载开机，但在稳流状态下必须先接好负载再开机，否则电压表指针将大幅度跳动，容易造成不必要的人为机器损坏； 6、电泳仪/电泳槽使用过程中发现异常现象，如较大噪音、放电或异常气味，须立即切断电源，进行检修，以免发生意外事故。铜片质量测定（1.7103g）：事先用1：5的浓硝酸清洁表面，清水漂洗后晾干称重；电泳干燥后总重量测定：预热EPS 100核酸电泳仪10分钟，配制10、20、30g/l各分散剂悬浮液，用冰醋酸逐滴滴加调节各组
30、试验所需PH值，就绪后插入石墨电极和铜片，保持3cm间距，设定电泳时间和电压，待电泳结束后取出铜片，晾干称重，各组重复操作，记录称重质量；沉积量曲线绘制；结果分析和讨论。4）不同悬浮液浓度下电泳沉积量测定电泳干燥后总重量测定：采用1.5的PH值，控制电压选取为90、100、110v，电泳时间为5min，浓度选取为10、20、30、40g/l，电泳仪操作重复上述实验步骤；沉积量曲线绘制；结果分析和讨论；5）不同沉积电压下电泳沉积量测定。电泳干燥后总重量测定：在PH为1.5，沉积时间为5min的条件下，电压分别选取为80、90、100、110v，浓度为10、20、30g/l ，重复上述实验步骤；沉
31、积量曲线绘制；结果分析和讨论。6）不同电泳时间下电泳沉积量测定电泳干燥后总重量测定：维持沉积电压100v，调节PH=1.5，电泳时间各组调节为2、4、6、8、10min，浓度选为10、20、30g/l，重复上述实验步骤；沉积量曲线绘制；结果分析和讨论。7）电泳沉积机理探讨8）添加20g/lPEG400沉积量测定铜片质量测定（1.7014g）；电泳干燥后总重量测定：悬浮液中粉体二氧化钛浓度定为20g/l，加入2.8gPEG400充分搅拌，调节PH=1.5、沉积电压U=100v、电泳时间t=5min，电泳结束后晾干称重；沉积量曲线绘制。9）添加30g/lPEG400沉积量测定电泳干燥后总重量测定：
32、悬浮液中粉体二氧化钛浓度定为20g/l，加入4.2gPEG400充分搅拌，调节PH=1.5、沉积电压U=100v、电泳时间t=5min，电泳结束后晾干称重；沉积量曲线绘制。10）添加40g/lPEG400沉积量测定电泳干燥后总重量测定：悬浮液中粉体二氧化钛浓度定为20g/l，加入5.6gPEG400充分搅拌，调节PH=1.5、沉积电压U=100v、电泳时间t=5min，电泳结束后晾干称重；沉积量曲线绘制。11）添加50g/lPEG400沉积量测定电泳干燥后总重量测定：悬浮液中粉体二氧化钛浓度定为20g/l，加入7.0gPEG400充分搅拌，调节PH=1.5、沉积电压U=100v、电泳时间t=5
33、min，电泳结束后晾干称重；沉积量曲线绘制。12）添加60g/lPEG400沉积量测定电泳干燥后总重量测定：悬浮液中粉体二氧化钛浓度定为20g/l，加入8.4gPEG400充分搅拌，调节PH=1.5、沉积电压U=100v、电泳时间t=5min，电泳结束后晾干称重；沉积量曲线绘制。13）利用体视显微镜对表面进行比较观察：体视显微镜又可称为实体显微镜或称操作和解剖显微镜。是一种具有正像立体感的目视仪器。其光学结构原理是由一个共用的初级物镜，对物体成像后的两个光束被两组中间物镜亦称变焦镜分开，并组成一定的角度称为体视角一般为12度-15度，再经各自的目镜成像，它的倍率变化是由改变中间镜组之间的距离而
34、获得，利用双通道光路，双目镜筒中的左右两光束不是平行，而是具有一定的夹角，为左右两眼提供一个具有立体感的图像。它实质上是两个单镜筒显微镜并列放置，两个镜筒的光轴构成相当于人们用双目观察一个物体时所形成的视角，以此形成三维空间的立体视觉图像。其特点为：视场直径大、焦深大这样便于观察被检测物体的全部层面；虽然放大率不如常规显微镜，但其工作距离很长，像是直立的，便于实际操作，这是由于在目镜下方的棱镜把象倒转过来的缘故。根据实际的使用要求，目前的体视显微镜可选配丰富的附件，比如若想得到更大的放大倍数可选配放大倍率更高的目镜和辅助物镜，可通过各种数码接口和数码相机、摄像头、电子目镜和图像分析软件组成数码
35、成像系统接入计算机进行分析处理，照明系统也有反射光、透射光照明，光源有卤素灯、环形灯、荧光灯、冷光源等等。根据体视显微镜这些光学原理和特点决定了它在工业生产和科学研究中的广泛应用。PH=0.9与PH=1.5空白组（20g/l）电泳膜比较；空白组（20g/l）与加助剂电泳膜（20g/l）比较；加助剂组（20、30、40、50、60g/l）电泳膜比较；添加PEG400影响原因分析和讨论。14）不同烧结温度对晶型影响：不同温度处理的粉体产生相变，利用XRD得到的衍射图谱进行物相定性分析，根据所含晶体的衍射角，经布拉格方程求得晶面间距，再估计出各衍射线的相对强度，最后与标准衍射花样经行比较鉴定所含晶型
36、。550度煅烧，XRD晶型分析；650度煅烧，XRD晶型分析；750度煅烧，XRD晶型分析；结论 。第三章 试验3.1分散剂选择及电导率测定3.1.1分散剂选择对于纳米氧化物粒子，如二氧化钛，根据它们在溶液中PH值不同，可带正电、负电和中性。当PH值较小时，粒子表面形成M-,导致粒子表面带正电；当PH值较高时粒子表面形成M键，使粒子表面带负电。在不同的PH值下在分散剂中的粉体的表面化学特性就由吸附到颗粒表面的和粒子所决定20。所吸附的带电粒子越多，其核电密度越大，Zeta电位绝对值亦越大，越有利于悬浮体系的分散稳定性。在浆料制备中，为获得高分散性稳定性好的浆料，通常选用一些有机电解质来改善其悬
37、浮性能21。据此，本试验选择的介质分别是：去离子水、无水乙醇、乙二醇、丙酮。3.1.2 悬浮液配制及电导率测定首先测定所选纯分散剂的电导率；其次在50ml烧杯中分别配置浓度为20g/l的不同分散介质悬浮液，测定其电导率后静置若干小时（约12h）待悬浮颗粒充分沉降后测其上层澄清液电导率，所测数据如下表3.1所示。表3.1 纯介质、悬浮液及澄清液的电导率（um/cm）分散介质去离子水无水乙醇乙二醇丙酮乙二醇+0.05M冰乙酸乙醇+0.03M冰乙酸纯介质3.630.720.421.114.361.57悬浮液40.72.170.487.544.895.64澄清液42.02.380.619.206.28
38、7.19表1列出的试验测定的电导率数值反应出纯有机介质的电导率较小，而分散有粉末的悬浮液及其澄清液的电导率增加很多。这说明悬浮液带上了与相反的电荷。可以认为，粉末由于吸附介质分子离解出的而带正电荷：。3.2 粉末在悬浮液中的分散性和稳定性3.2.1分散性根据Deijaguin-Landau理论22，悬浮液稳定性主要依靠聚结稳定性。聚结稳定性取决于固体粒子的静电排斥能与粒子间吸引能的相对大小，而静电吸引能决定于粒子半径和粒子间距，粒子排斥能则决定于粒子半径和电势的平方。去离子水是强极性分子，容易润湿非极性分子表面，使其分散。同时，水分子容易离解出一些和离子，固体粉末粒子吸附这些离子而带上电荷，具
39、有一定电势，故悬浮性较好，丙酮的情况与此类似，而乙醇和乙二醇极性不强，不能很好地润湿表面，故荷电性差，团聚度大，分散性差。3.2.2 悬浮稳定性本文采用文献23的粉末沉降质量百分比方法对悬浮液的分散稳定性进行考察。称量50ml烧杯质量和1g试样，分别配置浓度为20g/l不同分散剂的粉末的悬浮液，经不同时间的沉降后进行烘干处理，再次称量烧杯和试样质量，并作出质量差，最后计算出沉降百分比，绘制沉降曲线。实验数据如所列表格数据。表3.2 20g/l悬浮液经12h沉降处理相关质量（g）分散介质去离子水乙醇乙二醇丙酮乙醇+0.03M冰乙酸乙二醇+0.05M冰乙酸沉降前试样+烧杯34.227633.948
40、634.008834.009233.973334.8597沉降后试样+烧杯34.218433.815833.947733.998033.870234.8102质量差0.00920.13280.06110.01120.10310.0495沉降质量百分比99.08%86.72%93.89%98.88%89.69%95.05%表3.3 20g/l悬浮液经24h沉降处理相关质量（g）分散介质去离子水乙醇乙二醇丙酮乙醇+0.03M冰乙酸乙二醇+0.05M冰乙酸沉降前试样+烧杯34.117534.244734.031533.820034.072433.9535沉降后试样+烧杯34.06234.073333
41、.893033.726933.917733.8411质量差0.05550.17140.13850.09310.15470.1124沉降质量百分比94.45%82.86%86.15%90.69%84.53%88.76%表3.4 20g/l悬浮液经36h沉降处理相关质量（g）分散介质去离子水乙醇乙二醇丙酮乙醇+0.03M冰乙酸乙二醇+0.05M冰乙酸沉降前试样+烧杯33.813833.886434.550334.312434.287334.4525沉降后试样+烧杯33.727333.609634.349634.161034.068534.2786质量差0.08650.27680.20070.151
42、40.21880.1739沉降质量百分比91.35%72.32%79.93%84.86%78.12%82.61%表3.5 20g/l悬浮液经48h沉降处理相关质量（g）分散介质去离子水乙醇乙二醇丙酮乙醇+0.03M冰乙酸乙二醇+0.05M冰乙酸沉降前试样+烧杯34.192933.592834.069134.070334.019834.1375沉降后试样+烧杯34.091633.210633.772933.870233.681733.8864质量差0.10130.38220.29620.20010.33810.2511沉降质量百分比89.87%60.78%70.38%79.99%66.19%74
43、.89%表3.6 20g/l悬浮液经60h沉降处理相关质量（g）分散介质去离子水乙醇乙二醇丙酮乙醇+0.03M冰乙酸乙二醇+0.05M冰乙酸沉降前试样+烧杯33.995233.952234.011034.023034.232634.0508沉降后试样+烧杯33.860133.433133.651533.691333.829733.7032质量差0.13510.51910.35950.33170.40290.3476沉降质量百分比86.69%48.09%64.05%66.83%59.71%65.24%根据各时间段内的不同分散介质的沉降质量百分比数据输入Origin得出沉降质量百分比曲线，如图3.
44、1所示。图3.1 不同分散介质的悬浮液的沉降曲线由图3.1可以看出悬浮液在去离子水中分散稳定性最好，丙酮中次之，在乙醇+0.03M冰醋酸和乙醇中很差。测量结果与上述分析一致的。但在后续的电泳试验过程中发现，如果采用去离子水作为分散剂，则所配制的悬浮液在电泳过程中，工作电极附近明显有大量气泡产生，所得到的电泳膜很粗糙且多孔，这很可能是电解水析氢造成的，故本试验采用分散稳定性次之但仍佳的丙酮作为试验分散剂配制悬浮液进行后续电泳工艺的试验探讨。3.3PH值对电泳沉积的影响为了考察悬浮液的PH值对电泳沉积的影响，试验保持悬浮液浓度为20g/l，电泳沉积电压维持在100v。在没有滴加冰醋酸时不管沉积电压
45、高低、沉积时间长短均没有颗粒沉积，工作电流显示为零。向20g/l的悬浮液中逐滴滴加冰醋酸，利用精密PH试纸测定PH值，分别为：0.9、1.5、4.6、5.2、8.5；电泳时间选取为2、4、6、8min，质量差如表3.7所示，时间与沉积量曲线图如图3.2所示。表3.7 不同PH影响下所得沉积量（g）PH值时间（min）/沉积量（g）24688.50.00020.00010.00020.00055.20.05810.09590.13660.17414.60.06830.10310.14520.18631.50.08210.11450.15870.19550.90.09650.13200.16790.2061 图3.2 不同PH得到的沉积量曲线从图3.2可以看出，在一定PH值下，沉积量均随时间的延长而增加。相同沉积时间下，随着PH值的减小沉积量会增大。当PH值为0.9时，工作电极附近明显有少量气泡产生，得到的膜层粗糙、多孔，这可能是析氢造成的。在体视显微镜下观察沉积电压为100v、时间5min、浓度为20g/l、PH值分别为0.9和1.5的沉积膜表面可明显辨别，如图3.3和3.4所示。图3.3 PH=0.9的沉积膜在体视显微镜下表面放大15倍图像
