论文摘要
氧化钛基复合纳米结构因其自身的优良性质被广泛用于光催化、传感器、生物兼容材料等领域。本文主要研究了NiTi、TiNbZr、TiAlV和TiNbTaZr合金在有机溶液中的阳极氧化过程,制备出均匀一致的掺杂氧化钛基复合纳米管。在工艺优化的基础上,对氧化钛基复合纳米管进行氢敏性能和润湿性能的测试。实验结果表明,阳极氧化介质、温度、电压、时间对Ni-Ti-O纳米管形貌均有较大的影响。当仅在0.15M （NH4）2SO4+0.2M NH4F乙二醇（体积分数5%）丙三醇的混合溶液中,控制阳极氧化工艺为30oC、30V、1.5h时,可制备出均匀一致表面开口的Ni-Ti-O纳米管。Ni-Ti-O纳米管在阳极氧化生长过程中可以基本保持Ni/Ti原子百分比在一定的范围内,大大降低Ni原子的毒性,预期可以在生物医疗应用中展现出良好的生物相容性和抗腐蚀性。同时,Ni-Ti-O纳米管在高于400oC的温度下会出现变形和坍塌,因此在实际应用中Ni-Ti-O纳米管的使用温度不应超过400oC。在有机溶液中阳极氧化有助于避免Ti35Nb5Zr、TiNbTaZr合金基体两相非均匀氧化现象,但不能消除Ti6Al4V合金基体两相的差异。生成的Ti-Nb-Zr-O、Ti-Nb-Ta-Zr-O、Ti-Al-V-O纳米管表面覆盖一层纳米管多孔层,且温度和电压的升高不能溶解这层纳米多孔层。Ti-Nb-O纳米管在室温下对含H2气氛表现出一定的氢敏特性,纳米管在低浓度气氛下表现出良好的氢敏特性。Ti-Nb-Zr-O纳米管虽然在低浓度氢气气氛下表现出较大的响应,但其稳定性和重复性较差,Zr元素的加入反而降低了其氢敏特性。在Nb、Zr掺杂的钛合金中,选用Ti35Nb合金,采用30oC、15V、4h阳极氧化工艺,450oC热处理工艺,可制得亲水性能最好的掺杂纳米管。NiTi合金在30oC、30V、1.5h下阳极氧化后,再经过400oC热处理,可得到最优亲水性能的Ni-Ti-O纳米管。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 纳米科技1.1.1 纳米科技的发展1.1.2 纳米科技的特征1.1.3 纳米科技的分类1.2 纳米材料及其制备方法1.2.1 纳米材料的基本效应1.2.2 纳米材料制备方法1.2.3 纳米管的制备方法1.2.4 阳极氧化法1.3 钛合金材料1.3.1 钛的合金化1.3.2 NiTi 形状记忆合金概述1.3.3 NiTi 形状记忆合金在医学领域的应用1.3.4 NiTi 形状记忆合金的生物相容性1.4 钛合金表面纳米管的研究进展1.5 本文的研究内容参考文献第二章 实验材料与方法2.1 实验材料与设备2.2 材料制备与微结构表征2.3 氢敏特性表征2.4 润湿性表征第三章 Ni-Ti-O 纳米管的制备工艺和热稳定性3.1 电解质溶液对Ni-Ti-O 纳米管生长的影响3.2 阳极氧化电压对NiTi 合金氧化过程的影响3.3 阳极氧化温度对NiTi 合金氧化过程的影响3.3.1 低电压下阳极氧化温度对NiTi 合金氧化过程的影响3.3.2 高电压下温度对NiTi 合金氧化过程的影响3.4 阳极氧化时间对NiTi 合金氧化过程的影响3.5 Ni-Ti-O 纳米管元素分析及其热稳定性3.6 Ni-Ti-O 纳米管的形成机理3.7 本章小结参考文献第四章 钛合金在醇溶液中的阳极氧化研究4.1 温度对钛合金表面阳极氧化的影响4.1.1 温度对Ti-Nb-Zr-O 纳米管的影响4.1.2 温度对Ti-Nb-Ta-Zr-O 纳米管的影响4.2 电压对钛合金表面阳极氧化的影响4.2.1 电压对Ti-Nb-Zr-O 纳米管的影响4.2.2 电压对Ti-Al-V-O 纳米管的影响4.3 本章小结参考文献第五章 氧化物纳米管的氢敏特性和润湿性研究5.1 Ti-Nb-（Zr）-O 纳米管的氢敏特性5.2 氧化物纳米管的润湿性能5.2.1 Ti-O 纳米管的润湿性5.2.2 Ti-Nb-O 复合纳米管的润湿性5.2.3 Ti-Nb-Zr-O 复合纳米管的润湿性5.2.4 Ni-Ti-O 复合纳米管的润湿性5.3 本章小结参考文献第六章 全文总结致谢攻读硕士学位期间已发表或录用的论文与专利
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