【正文】 面自由能中的色散分量和極性分量，從而得到樣品表面能的值。圖32 樣品表面能與堿處理時(shí)間的關(guān)系圖從圖32中，我們可以知道堿處理時(shí)間對(duì)樣品的總表面能影響不大；但是表22中顯示處理后樣品的接觸角又要明顯小于未經(jīng)處理的樣品，表現(xiàn)出良好的親水性，顯然堿處理對(duì)表面能有較大的影響，這似乎相互矛盾。文老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，嚴(yán)以律己、做事認(rèn)真負(fù)責(zé)的人格魅力給我留下了深刻印象，將對(duì)我今后的學(xué)習(xí)、生活和工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。處理時(shí)間不為零的樣品的接觸角要明顯小于未經(jīng)處理的樣品，表現(xiàn)出較好的親水性。圖25 平面固體上液滴所受界面張力的示意圖由圖25可知，當(dāng)液體表面收縮，系統(tǒng)的能量達(dá)到最低時(shí)，上圖中的三個(gè)表面張力達(dá)到平衡，因而有下面的關(guān)系式存在［24］：γsv=γLVCOSθ+γSL+πe式中，γSV為固體與其蒸氣平衡時(shí)的表面張力；γLV為液體與液體蒸氣平衡時(shí)的表面張力； γSL為固體與液體的界面張力； πe為固體表面能的下降；當(dāng)θ＞0時(shí)，則πe可以忽略。2 實(shí)驗(yàn)部分 本文的研究路線圖鈦片的制作與預(yù)處理微弧氧化制備鈦氧膜對(duì)樣品進(jìn)行堿處理用顯微鏡觀察樣品表面形貌接觸角的測(cè)量表面能的計(jì)算結(jié)論：堿處理是如何影響鈦氧膜的表面能？圖21 研究路線圖 實(shí)驗(yàn)方法及過程 實(shí)驗(yàn)的工藝參數(shù)表表21 實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)表 樣品編號(hào)工藝參數(shù)12345制膜電壓200V200V200V200V200V制膜溫度30℃30℃30℃30℃30℃堿的濃度10mol/L10mol/L10mol/L10mol/L10mol/L堿處理的溫度30℃30℃30℃30℃30℃堿處理時(shí)間0mins30mins60mins90mins120mins實(shí)驗(yàn)的主要裝置包括微弧氧化裝置，接觸角測(cè)量?jī)x，100ml容量瓶，200ml燒杯以及50ml燒杯；微弧氧化裝置主要用于制作純鈦表面的鈦氧膜，其主要構(gòu)造與陽極氧化裝置相似；接觸角測(cè)量?jī)x主要用于測(cè)量樣品與測(cè)試液體間形成的接觸角，即測(cè)量液體對(duì)固體的浸潤(rùn)性。系統(tǒng)在加上高壓直流電后發(fā)生輝光放電，產(chǎn)生高能粒子在電場(chǎng)作用下向工件臺(tái)上的樣品表面處加速運(yùn)動(dòng)并轟擊樣品表面。（2）微弧氧化的特點(diǎn)［15］微弧氧化雖然從普通陽極氧化發(fā)展而來，但它將工作區(qū)由普通陽極氧化的法拉第區(qū)引入到高壓放電區(qū)，這是對(duì)陽極氧化理論的突破。這時(shí)，只包含一層帶正負(fù)電荷的相邊界，對(duì)于同時(shí)釋放氣體的過程則不予考慮或者只考慮特殊的修正因子（如電流產(chǎn)生系數(shù)或電極遮蔽系數(shù)等）。溶膠凝膠過程包括水解和聚合兩個(gè)過程。濺射現(xiàn)象是由轟擊離子與靶材原子之間動(dòng)量的傳遞過程而產(chǎn)生的，濺射用的最簡(jiǎn)單的裝置是直流二級(jí)濺射裝置。這些結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)是，其組成結(jié)構(gòu)基本單位是TiO6八面體。對(duì)于TiO2的研究主要集中在制備、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用等方面。而在TiO2性能方面的研究,尤以對(duì)其光催化性能和生物相容性的研究最為豐富。這些結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，是由TiO6八面體通過共用頂點(diǎn)還是共邊組成骨架。其濺射過程是這樣的：在真空室內(nèi)充以1～10Pa的惰性氣體，被濺射的材料作為陰極，將基片作為陽極并接地。前驅(qū)體為醇鹽時(shí),其反應(yīng)式如下［12］：水解反應(yīng)：Ti(OR)4+4H2O→Ti(OH)4+4ROH聚合反應(yīng)：Ti(OH)4+Ti(OR)4→2TiO2+4ROHTi(OH)4+Ti(OH)4→2TiO2+4H2O式中：R可為乙基、異丙基、正丁基等。圖15為電解液的電解過程。它將工作電壓由普通的幾十伏提高到幾百伏，施加電壓的形式也由直流到連續(xù)脈沖，再發(fā)展到交流，致使在樣品表面上出現(xiàn)電暈、輝光、微弧放電、甚至火花放電等現(xiàn)象。在氣體射頻放電過程中，被加速的高能粒子與氨氣分子激烈碰撞，會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：NH3 + e → NH2 + H + eNH2 + e → NH + H + eNH + e → N + H + e在反應(yīng)過程中可能得到NH2等基團(tuán)甚至N原子和H原子，這些高能活性基團(tuán)或原子形成的等離子體注入至樣品表面, 將在樣品表面發(fā)生化學(xué)健合，形成TiNH2或ONH等其他活性基團(tuán)［19］。其主要硬件包括接觸角測(cè)量?jī)x主機(jī)一臺(tái)和計(jì)算機(jī)一臺(tái)，裝置圖如圖22所示。利用粘附功表示表面能的方法是由固體的表面張力可分為γsd和γsp開始的，即γS=γsd+γsp，d和p分別表示色散力分量和極性分量。并且圖中樣品與蒸餾水的接觸角隨處理時(shí)間變化似乎沒有什么規(guī)律性；而表22中顯示其它三種液體與水的變化趨勢(shì)都不相一致；這可能是樣品制作或測(cè)量接觸角時(shí)出現(xiàn)了一些比較嚴(yán)重的誤差。本論文從選題到完成，每一步都是在文老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了文老師大量的心血。圖32為樣品表面能與處理時(shí)間之間的關(guān)系。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(shí)，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(cè)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）。 基體材料的準(zhǔn)備本實(shí)驗(yàn)采用的是厚度為1mm的純鈦板作為實(shí)驗(yàn)的材料，實(shí)驗(yàn)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。因TiO膜表面易形成羥基，可以通過化學(xué)處理方法活化TiO膜，使其表面產(chǎn)生羥基基團(tuán)［20］。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(qiáng)和重復(fù)使用率高等特點(diǎn)，因而對(duì)環(huán)境污染小，滿足優(yōu)質(zhì)清潔生產(chǎn)的需要。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(shí)，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(duì)其產(chǎn)生的原因提出過多種假設(shè)和模型。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(xué)方法，使材料表面產(chǎn)生火花放電斑點(diǎn)，在熱化學(xué)、等離子體化學(xué)和電化學(xué)的共同作用下，在這些材料表面原位生長(zhǎng)氧化膜的技術(shù)［15］。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。銳鈦礦實(shí)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)。加之TiO2具有高活性、安全無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定(耐化學(xué)及光腐蝕)、難溶、成本低等優(yōu)點(diǎn)