鈦基復(fù)合材料具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性與電化學(xué)活性,從而在生物醫(yī)藥、能量儲存及轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。作為先進增材制造方法之一的選區(qū)激光熔融法為三維鈦基復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體化的設(shè)計與制造提供了新思路。基于此,本文采用選區(qū)激光熔融方法分別制備不同復(fù)雜形狀與高比表面積的鈦基體。然后,對所制得的鈦基體分別進行陽極氧化和丙酮退火處理來進一步提高鈦基體的比表面積。最后,通過碳化、氮化以及負(fù)載催化劑等改性處理分別得到TiO2@C納米管陣列、TiN納米管陣列與Ni-Ni0.2Mo0.8N/TiO2@C微/納米棒等鈦基復(fù)合材料,分別研究了多巴胺濃度與熱處理溫度對TiO2@C納米管陣列制備過程的影響;熱處理溫度對TiN納米管陣列制備過程的影響;鉬酸銨和硝酸鎳濃度對Ni-Ni0.2Mo0.8N/TiO2@C微/納米棒制備過程的影響。研究表明:（1）選區(qū)激光熔融方法制備的微米圓柱陣列鈦基體與井字形鈦基體分別經(jīng)過90s化學(xué)拋光、陽極氧化處理30 min與450℃/3 h空氣退火處理得到TiO2納米管陣列,再將制得的TiO2納米管陣列在0.1 mg·mL-1多巴胺溶液中浸漬12h經(jīng)650℃/3 h碳化處理制... 

【文章來源】：武漢科技大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SLM制備晶格結(jié)構(gòu)的工藝原理圖[16]

?5蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)可以分為具有隨機和非隨機幾何形狀的結(jié)構(gòu)。隨機晶格結(jié)構(gòu)在單元格的形狀和大小上具有隨機變化，而非隨機或周期性的晶格結(jié)構(gòu)具有重復(fù)的晶格結(jié)構(gòu)，可以按其形狀和大小進行分類[17]。Sing等[18]采用SLM方法制造周期性的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)樣品，并且周期性的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)采用重復(fù)單元進行設(shè)計，該單元由圓形支桿和球形核組成。如圖2所示。這些樣品證明了SLM方法具有根據(jù)CAD設(shè)計不同形狀的模型制備高精確度的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的能力以及制備的管狀和盤狀蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是具有各種形狀和尺寸的多孔結(jié)構(gòu)。圖1.2.SLM方法制造的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的樣品[18]Fig.1.2SamplesofcellularlatticestructuresfabricatedbySLMmethod[18]1.2一維納米結(jié)構(gòu)TiO2及其復(fù)合材料的制備與應(yīng)用無機金屬氧化物納米材料由于具有獨特的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電性和催化性能受到了廣大學(xué)者極大的興趣。作為應(yīng)用最廣泛的金屬氧化物之一，具有納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(TiO2)表現(xiàn)出獨特的惰性表面和光學(xué)性質(zhì)[19-20]。將TiO2納米結(jié)構(gòu)調(diào)控為一維納米結(jié)構(gòu)對其生理和電學(xué)特性有著重要的意義。與體相材料相比，一維TiO2納米材料如納米管與納米線表現(xiàn)出較大的比表面積、優(yōu)異的電荷傳輸性能、化學(xué)穩(wěn)定性與機械性能。將TiO2與其他材料復(fù)合得到性能更優(yōu)的TiO2復(fù)合材料，并有望在生物傳感器、超級電容器、電催化制氫、太陽能電池和燃料電池等領(lǐng)域中應(yīng)用[21-23]。1.2.1一維納米結(jié)構(gòu)TiO2的制備及應(yīng)用目前，常用的TiO2納米線與納米管的制備方法均包括水熱法與模板法。此外，在金屬鈦基表面進行陽極氧化法可制備具有高度有序結(jié)構(gòu)的TiO2納米管陣列。Zhang等[24]以TiO2粉末為原料，采用水熱法在10mol·L-1NaOH溶液中進行200℃/24h制得TiO2納米線。1998年Kasuga等[25]首次采用?

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文7空氣中經(jīng)450℃/3h退火處理得到的TNAs由無定形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為銳鈦礦。并且隨陽極氧化處理電壓的增加，得到TNAs的管徑與管長也隨之增加(圖3)。圖1.3不同電壓(a)20V,(b)40V條件下處理2h制得TNAs的頂部與側(cè)面SEM照片[34]Fig.1.3TopviewandsideviewSEMimagesoftheTNAspreparedatdifferentvoltagefor2h:(a)20V,(b)40V[34]電化學(xué)陽極氧化法可制備具有高度有序結(jié)構(gòu)、高比表面積的TNAs。該方法具有高效和成本低的優(yōu)點，制備的TNAs的管徑和管長均可控，與Ti基材之間的粘合非常牢固，從而可作為自支撐材料使用以及有利于TNAs的重復(fù)使用。如果金屬、無機或有機材料可以插入或覆于TiO2納米管，那么在TiO2材料中可能引入一些新穎的特性，如導(dǎo)電性，電磁性或化學(xué)性質(zhì)等。1.2.2一維納米TiO2/碳復(fù)合材料的制備及應(yīng)用于生物傳感器電化學(xué)生物傳感器因其具有簡單性，可靠性，高選擇性和高靈敏度，應(yīng)用在環(huán)境和臨床方面來檢測和監(jiān)控不同分析物例如神經(jīng)遞質(zhì)，蛋白質(zhì)，核酸和小分子等。在電極與電解液的界面上發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移過程，此高效電極是構(gòu)成電化學(xué)生物傳感器的核心，并在測試溶液中產(chǎn)生與被測試的分析物有關(guān)的電勢和/或電流[35]。一維納米結(jié)構(gòu)TiO2具有高比表面積、優(yōu)異的電荷傳輸性能與化學(xué)穩(wěn)定性，但作為典型的半導(dǎo)體材料之一，TiO2具有較寬的帶隙(3.2eV)，尤其是電子傳輸效率相對較低，從而影響光電化學(xué)性能[36]。碳由于具有電導(dǎo)率高，化學(xué)惰性，柔性的表面以及在水介質(zhì)中的寬電位窗口而成為廣泛使用的電化學(xué)電極材料之一[37]。以丙酮、乙二醇、丁酮與多巴胺等為碳源與TiO2納米線/管進行復(fù)合來提高一維納米結(jié)構(gòu)TiO2表面上的電子傳輸能力和催化活性，從而有效地促進電子的傳輸，并選擇性地檢測生物分子。因此一維納米

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈦及鈦合金激光選區(qū)熔化技術(shù)的研究進展[J]. 李俊峰,魏正英,盧秉恒.  激光與光電子學(xué)進展. 2018(01)



本文編號：3541442