I. Metode pripreme TiO2 oksidnog filma
1. Metoda oksidacije zagrijavanjem atmosfere
Titanijum oksidira u atmosferi. Kako se vrijeme zagrijavanja povećava, debljina oksidnog filma se postepeno povećava, što rezultira različitim tonovima koji se mijenjaju od žute do cijan, a zatim do ljubičaste. Prednost ove metode je u tome što se može jeftino i u velikim količinama obojiti titanijum, čime se dobija površinski film za bojenje sa dobrom adhezijom. Međutim, varijacije boja su ograničene, a raspon boja nije bogat. Ujednačenost boje i ponovljivost su loši, a boju je teško precizno kontrolisati. Osim što se zagrijava i boji u atmosferi koja sadrži kisik-, kada se zagrije u atmosferi dušika, na površini titanijuma se formira TiN film koji ima zlatno žutu boju i visoku otpornost na habanje.
2. Metoda anodne oksidacije
Napon se primjenjuje između titanijumske anode i katode od nehrđajućeg čelika ili aluminija u elektrolitu, a anodna oksidacija se događa elektrohemijskom reakcijom, formirajući obojeni oksidni film. Elektroliti za anodnu oksidaciju uključuju vodene otopine, ne-vodene otopine i rastaljene soli. Obično se vodene otopine fosforne kiseline, borne kiseline i njihovih soli koriste za formiranje debelih oksidnih filmova; dok se rastaljene soli i ne-vodeni rastvori koriste za stvaranje tanjih oksidnih filmova. Najznačajniji faktor koji utiče na debljinu TiO2 oksidnog filma je primijenjeni napon, a njegova debljina je općenito proporcionalna primijenjenom naponu. Stoga se promjenom napona može kontrolirati debljina oksidnog filma, a samim tim i boja oksidnog filma. Ova metoda se može koristiti za pripremu oksidnih filmova različitog sastava i svojstava na metalima ventila (Zr, W, Nb, Ta, Al, itd.). Oksidni filmovi imaju karakteristike kao što su gustina, stabilnost i jaka adhezija, i mogu se koristiti u premazima{10}}otpornim na koroziju, dielektricima za kondenzatore i oksidima gejta za tranzistore.
3. PVD (Physical Vapor Deposition) je proces u kojem se tečni ili čvrsti materijali isparavaju i potom talože na podlogu.
PVD tehnike uključuju raspršivanje, ionsko nanošenje, termičko isparavanje, lasersko isparavanje i ionsku implantaciju. PVD se može koristiti za pripremu filmova ili višeslojnih filmova debljine od nekoliko nanometara do nekoliko mikrometara. Različiti doping se može postići uvođenjem različitih plinova. Materijal supstrata može uticati na kristalizaciju TiO2 filmova. Neki istraživači su PVD-om pripremili strukturirane filmove anataza i rutila na podlozi od stakla i nehrđajućeg čelika.
4. CVD (Chemical Vapor Deposition) je proces u kojem materijal supstrata hemijski reaguje sa gasom da nanese film na podlogu.
U poređenju sa PVD-om, CVD može nanositi filmove na podloge složenih oblika, što je prednost kojoj PVD ne može parirati. Kombinacijom plazme, jona, lasera i drugih sredstava može se smanjiti temperatura taloženja CVD-a ili povećati stopa taloženja. Provedena su mnoga istraživanja o CVD tehnologiji pripreme TiO2 filmova, koja su dokazala da materijal supstrata i temperatura taloženja imaju važan utjecaj na strukturu filma. Na primjer, kako se temperatura taloženja povećava, veličina zrna TiO2 filmova se povećava.
5. Hidrotermalna metoda uključuje reakcije u autoklavu pod visokim-pritiskom pod kontrolisanom temperaturom (oko 200 stepeni) i pritiskom (<10MPa) in an aqueous solution.
Neki istraživači su koristili ovu metodu za pripremu TiO2 katalitičkih materijala sa različitim faznim strukturama i morfologijama (nanošipci, nanočestice), uključujući trofazne strukture (rutil + brookit + anataz), dvofazne strukture (rutil + anataz) i jednofazne strukture (rutil + anataz) i jednofazne strukture (rutile različite aktivnosti) Sol-Gel metoda: Sol-Gel metoda koristi jedinjenja sa visokom hemijskom aktivnošću kao prekursore, jednolično miješa sirovine u tečnoj fazi i podvrgava se reakcijama hidrolize i kondenzacije kako bi se konačno formirao TiO2 sa molekularnim ili čak nanostrukturama. Ova metoda je ekonomična i jednostavna i može dobiti TiO2 visoke{12}}čistoće na temperaturi blizu sobne. Promjenom metode pripreme i temperature kalcinacije, kristalna struktura TiO2 može se podesiti kako bi se dobio TiO2 s različitim strukturama kao što su rutil i anataz. Ova metoda se često koristi u pripremi TiO2 fotokatalitičkih materijala ili TiO2 premaza s biološkom aktivnošću.
II. Faktori utjecaja anodiziranog TiO2 filma u boji
1. Elektrolit
Elektrolit za anodizaciju se može klasifikovati na kiseli elektrolit, alkalni elektrolit, rastvor soli, itd. Zbog brzog rastvaranja oksidnog filma u alkalnom rastvoru, postoji relativno malo studija o tome. Neki znanstvenici su istraživali utjecaj tipa elektrolita na film titan oksida i otkrili da je u usporedbi s alkalnim elektrolitom, napon formiranja oksidnog filma u kiselom elektrolitu veći. Sa smanjenjem koncentracije i temperature elektrolita povećava se napon formiranja i brzina rasta oksidnog filma. Sa smanjenjem gustoće struje i omjera površine anode i katode, napon formiranja oksidnog filma opada. Neki znanstvenici su anodizirali u alkalnom elektrolitu i otkrili da što je veća koncentracija elektrolita, to je veći indeks loma TiO2 oksidnog filma, a to pospješuje transformaciju oksidnog filma iz amorfnog u kristalno stanje.
2. Oksidacijski napon
Uobičajeni načini anodizacije uključuju režim konstantne struje i režim konstantnog napona, a prema talasnom obliku napona, mogu se dalje podijeliti na DC, AC i impulsne modove itd. Neki naučnici su proučavali utjecaj potencijalnog linearnog načina skeniranja i potencijalnog koračnog moda u kiselom elektrolitu i niskog napona na anodizirani film čistog titanijuma i otkrili da u režimu linearnog skeniranja potencijalnog oksida formiraju film brzog skeniranja potencijala. sporo skeniranje proizvodi nanokristale. U postupnom načinu skeniranja, povećanje oksidacionog napona može povećati udio Ti4+ u oksidnom filmu. Anodizacijom na niskom naponu mogu se dobiti obojeni oksidni filmovi. Dok eloksiranje na visokom naponu stvara električne iskre, formirajući ogromno lokalno električno polje, praćeno procesom kristalizacije ili fazne transformacije oksida, a dobijeni oksidni film često ima bolju otpornost na habanje.
3. Vrijeme oksidacije
Sa povećanjem vremena, trend rasta debljine oksidnog filma općenito je u početku brz, a zatim spor. Tokom procesa anodizacije, rast i otapanje oksidnog filma se dešavaju istovremeno. Kada je brzina rasta oksidnog filma veća od brzine otapanja, debljina oksidnog filma se povećava; kada je brzina rasta oksidnog filma manja od brzine otapanja, njegova debljina se smanjuje. Neki naučnici su otkrili da se u istom elektrolitu debljina oksidnog filma čistog titanijuma povećava s vremenom pri višim naponima, dok se s vremenom smanjuje pri nižim naponima. Neki naučnici su proučavali dugotrajni-proces anodizacije čistog titana na niskom naponu i otkrili da se u fazi formiranja oksidnog filma debljina i kristalnost filma povećava s vremenom oksidacije, dok se u fazi inkubacije oksidnog filma otapanje filma ubrzava, a kristalizacija oksidnog filma usporava. Iako je objavljeno da vrijeme oksidacije utječe na proces kristalizacije i kristalnost, općenito se vjeruje da kristalna struktura oksidnog filma ovisi samo o primijenjenom naponu.
4. Ostali faktori
Prije anodiziranja čistog titana, površinsko mehaničko, kemijsko ili elektrokemijsko poliranje općenito se koristi za uklanjanje površinskih zagađivača. Nakon mehaničkog poliranja, obično se provodi kiselo pranje kako bi se uklonio površinski pasivizirajući film. Prijavljeno je da proces anodizacije elektrohemijski poliranog čistog titana lokalno prolazi kroz reakciju evolucije kiseonika, što rezultira debljim oksidnim filmom u tom području, dok je oksidni film formiran na neobrađenoj gruboj površini ujednačeniji. U poređenju sa oksidnim filmom bez tretmana poliranja, oksidni film dobijen nakon poliranja i anodizacije ima bolju otpornost na koroziju. Povećanje temperature elektrolita može povećati efikasnost oksidacije oksidnog filma. Neki naučnici su otkrili da je pri istom naponu oksidni film čistog titanijuma deblji i ima veću kristalnost na visokoj temperaturi elektrolita.