【正文】 都是在文老師的指導下完成的，傾注了文老師大量的心血。致 謝本論文是在指導老師文峰副教授的悉心指導下完成的。2）與未經(jīng)處理的樣品相比，經(jīng)過堿處理的樣品的表面能有所增大，但是增加的幅度比較小。圖33 樣品的極性分量與色散分量之間的關(guān)系圖從圖33可以看出，與未經(jīng)處理的樣品相比，堿處理60和120分鐘樣品的總表面能有所增加，但是色散分量在總表面能中的比值卻有所下降，這種變化可能與堿液處理后改變了鈦表面的結(jié)構(gòu)與成分有關(guān)，以往的實驗研究顯示鈦表面經(jīng)堿液處理后形成多孔網(wǎng)狀的水凝膠層，其主要成分為二氧化鈦（銳鈦礦）［25］，正是這層水凝膠層使材料的表面能發(fā)生了一些改變。圖32為樣品表面能與處理時間之間的關(guān)系。 圖31 樣品與蒸餾水的接觸角和處理時間之間的關(guān)系圖31中，X軸為樣品編號，Y軸為接觸角的大小。在得出a和b的基礎(chǔ)上，我們分別對a、b平方，得到的結(jié)果分別為表面能的色散分量和極性分量；兩者相加就得出了處理時間為30分鐘的樣品總的表面能。表23 四種檢測液體的表面能參數(shù)表面能（焦耳）測試液體γdlvγplvγlv蒸餾水乙二醇丙三醇甲酰胺下面以堿處理時間為30分鐘的樣品為例，說明表面能的計算方法。根據(jù)粘附功的定義式：Wa=γSV+γLV－γSL (1)又根據(jù)young的方程：γSV=γlvCOSθ+γSL+πe (2)由上述兩式可得：Wa=γLV（1+COSθ） (3)同時，粘附功Wa又可以用兩相中各自的極性分量和色散分量來表示： Wa=2（γdlvγplv）1/2+2（γplvγps）1/2 (4)由上述（3）和（4）兩式可得： γLV(1+cosθ)=2(γdlv)1/2(γds)1/2+2(γplv)1/2(γps)1/2 (5)根據(jù)最小二乘法，將（5）式寫成Y=a+bX形式，γLV(1+cosθ)/2(γdlv)1/2=(γds)1/2+(γps)1/2(γplv/γdlv)1/2其中 X=(γplv/γdlv)1/2 Y=γLV(1+cosθ)/2(γdlv)1/2然后，由測得的不同液體的接觸角，以及相應(yīng)的液體表面張力，可算得數(shù)組（Xi Yi）。在1805年，young指出接觸角的問題可以當作平面固體上液滴受三個表面張力來處理，如圖25所示［23］。各測試液體的接觸角如表22所示。 (a)堿處理30分鐘的樣品表面形貌 （b）堿處理60分鐘的樣品表面形貌(c)堿處理90分鐘的樣品表面形貌 （d）堿處理120分鐘的樣品表面形貌圖23不同樣品表面形貌圖 接觸角的測量本實驗采用北京哈科實驗儀器廠制造的接觸角測量儀（如圖22所示）測定液滴的接觸角。 基體材料的準備本實驗采用的是厚度為1mm的純鈦板作為實驗的材料，實驗中裁剪1010mm的正方形鈦片樣品，樣品的數(shù)量為10；再先后用400目、800目和1000目的砂紙打磨鈦片的表面，直至樣品表面平整光滑；最后先后用丙酮、無水乙醇及蒸餾水分別超聲清洗所得樣品各15分鐘，并將樣品干燥后放在保濕箱中保存。通過這一研究我們可以更深層次的了解鈦氧膜的表面結(jié)構(gòu)與性能，從而為以后的進一步研究打下堅實的基礎(chǔ)。例如，作為光催化劑,可實現(xiàn)有機物的光催化降解,具有殺菌、消毒和處理污水等作用；利用其親水親油的“雙親”特性,可使鍍有鈦氧膜的物體具有自清潔作用,從而達到防污、防霧、易洗、易干等目的；而金紅石相鈦氧膜是很好的人工心臟瓣膜材料。然后將樣品浸泡在配制好的溶液中，在不同溫度條件下振蕩處理。因TiO膜表面易形成羥基，可以通過化學處理方法活化TiO膜，使其表面產(chǎn)生羥基基團［20］。（2） NH3等離子注入本文采用等離子體浸沒離子注入設(shè)備，在真空室內(nèi)充以Ar氣為保護氣體，同時通入氨氣作為離子注入源。下面本文將著重介紹等離子體注入法和化學處理法。 鈦氧膜的表面改性工藝眾所周知，常溫下Ti金屬暴露在空氣中會形成一層氧化鈦層，這層氧化鈦通常幾納米厚，具有優(yōu)良的化學惰性、抗腐蝕性能和生物相容性。由于該技術(shù)大多采用堿性溶液，不含有毒物質(zhì)和重金屬元素，且電解液具有抗污染能力強和重復(fù)使用率高等特點，因而對環(huán)境污染小，滿足優(yōu)質(zhì)清潔生產(chǎn)的需要。溶液中的陰離子也有可能因高電場作用被捕獲進入氧化膜，引起電子雪崩。熱作用機理沒有提出定量的模型，雖然可以定性解釋大電流密度時的電擊穿現(xiàn)象，但對某些小電流密度產(chǎn)生的電擊穿現(xiàn)象無法解釋，仍有待進一步的發(fā)展和完善。但是，離子電流機理一直沒有得到實驗證實，成為最早被淘汰的理論假設(shè)。圖中的曲線a代表在陽極或陰極表面釋放氣體過程中，金屬電解液系統(tǒng)中電流與電壓的變化關(guān)系；曲線b代表有氧化膜出現(xiàn)時，電流與電壓的變化關(guān)系圖16 等離子體電解質(zhì)形成過程中的兩種電流與電壓的關(guān)系圖［15］（a）表示在電極附近區(qū)域放電現(xiàn)象的變化過程（b）表示在電極表面絕緣氧化膜上的放電現(xiàn)象變化過程②微弧氧化的電擊穿現(xiàn)象關(guān)于微弧氧化過程中的電擊穿現(xiàn)象，許多研究者都對其產(chǎn)生的原因提出過多種假設(shè)和模型。對于像電鍍，電化學加工或者陽極氧化這樣傳統(tǒng)的電解過程，則通常把它簡化成兩相的系統(tǒng)來考慮，即金屬電解液或氧化物電解液系統(tǒng)。每個弧點存在時間很短，但等離子體放電區(qū)瞬間溫度很是均勻的，此為火花放電階段。具體過程如下：Al、Ti、Mg等金屬樣品作為電極，一般是陽極，放入電解質(zhì)溶液中。微弧氧化是將Al、Ti、Mg、Nb、Zr、Ta等閥金屬或其合金置于特殊的電解液中，利用電化學方法，使材料表面產(chǎn)生火花放電斑點，在熱化學、等離子體化學和電化學的共同作用下，在這些材料表面原位生長氧化膜的技術(shù)［15］。然后用浸漬提拉或旋轉(zhuǎn)涂覆等方法在基體上鍍一層或多層薄膜，通過干燥焙燒除去凝膠中剩余的有機物和水分，從而在基材表面形成鈦氧膜［11］。因此，即使工件保持不動，也可以從等離子區(qū)得到很大密度的離子流。在磁控濺射中正式利用了正交的磁場和電場的作用，使二次電子對濺射的有力作用充分地被發(fā)揮出來，并使其對基片升溫的不利影響盡量的壓抑下去，這就是磁控濺射之所以能成為一種使用的高速、低溫濺射源的原因，非平衡磁控濺射系統(tǒng)工作原理如圖14所示。在磁控濺射中不是依靠外加電源來提高放電中的電離率，而是利用了濺射產(chǎn)生的二次電子本身的作用。濺射鍍膜法指的是在真空室中，利用荷能粒子轟擊靶材表面，通過粒子動量傳遞打出靶材中的原子及其它粒子，并使其沉積在基體表面上形成薄膜的技術(shù)?；瘜W方法主要有溶膠凝膠法［6～7］、化學氣相沉積法、化學液相淀積法［8］，噴鍍熱解法等，物理方法主要有電子束蒸發(fā)法［9］，磁控濺射法、直流濺射法、射頻濺射法和過濾弧沉積法等。銳鈦礦型氧化鈦的TiTi鍵距比金紅石的大，TiO鍵距小于金紅石型。銳鈦礦實際上可以看做是一種四面體結(jié)構(gòu)，而金紅石和板鈦礦則是晶格稍有畸變的八面體結(jié)構(gòu)。圖11 氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu) 氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)氧化鈦有三種晶體結(jié)構(gòu)：金紅石、銳鈦礦和板鈦礦型。以金紅石相為例，銳鈦礦相的結(jié)構(gòu)基本一致。TiO膜作為生物活性材料在生物體內(nèi)可以長期穩(wěn)定存在且不與生物組織發(fā)生物化反應(yīng)，即具有良好的生物相容性，但其缺點在于植入生物體內(nèi)后，不能有效地在材料表面形成有正常的細胞并維持長期的活性［3］。加之TiO2具有高活性、安全無毒、化學性質(zhì)穩(wěn)定(耐化學及光腐蝕)、難溶、成本低等優(yōu)點,因此被公認為是環(huán)境治理領(lǐng)域中最具開發(fā)前途的環(huán)保型光催化材料。例如，作為氧傳感器用于濕敏、壓敏元件及汽車尾氣傳感器；作為光催化劑,可實現(xiàn)