《中高壓腐蝕鋁箔表面自組裝生長鈦酸鉍納米複合介質膜》是依託西安交通大學，由杜顯鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：中高壓腐蝕鋁箔表面自組裝生長鈦酸鉍納米複合介質膜
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：杜顯鋒
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
分子自組裝是近20年發展起來的一種納米材料製備新技術。本項目採用分子自組裝技術，在中高壓腐蝕鋁箔表面生長鈦酸鉍納米複合介質膜，通過最佳化複合介質膜的結構、組成和性能，實現鋁箔比容的大幅度提升。（1）水體系鈦酸鉍前軀體製備，通過溶劑化效應改變Bi、Ti離子的荷電數和溶劑化質量，實現其在鋁箔表面的可控沉積。（2）腐蝕鋁箔表面官能化，研究不同官能團對鋁箔表面荷電性、表面自由能、表面親/疏水性的影響，揭示官能化對Bi4Ti3O12分子在界面自組裝實現的作用。（3）腐蝕鋁箔表面自組裝生長Bi4Ti3O12納米介質膜，探討自組裝條件對Bi4Ti3O12自組裝膜結構、組成與性能的影響，闡明自組裝膜在鋁箔表面的生長動力學。（4）陽極氧化製備Al2O3/Bi3Ti4O12複合介質膜，研究複合介質膜中離子遷移特性，探討不同離子對複合介質膜的組成和性能的影響，建立複合膜結構與比容關係的物理模型。
結題摘要
自組裝是近20年發展起來的一種納米材料製備新技術。本項目採用自組裝生長技術，在中高壓腐蝕鋁箔表面生長高介電常數納米複合介質膜，通過最佳化複合介質膜的結構、組成和性能，實現鋁箔比容的大幅度提升。採用Sol-Gel法製備鈦前驅體，通過選擇不同種類的螯合劑、表面活性劑，調整前驅體組成、濃度、pH等，改變前驅體膠粒的荷電性、荷電量以及膠粒大小、分布，研究鈦膠粒在界面自組裝及電性能的影響因素。結果表明：採用複合螯合劑，能減小膠粒尺寸並有效降低鈦氧化物結晶溫度；適當降低前驅體濃度和pH值，能獲得帶正電量更大、尺寸更小的鈦膠粒；添加陽離子表面活性劑將增大膠粒Zeta電位；而微波處理在不改變前驅體其它物化性質下，明顯減小膠粒尺寸和增強分布均勻性；這些都有利於膠粒在界面的自組裝生長，實現比容的提升。採用濕化學法，選擇不同表面活性劑對鋁箔進行改性，發現在酸性前驅體中，陽離子表面活性劑能加強鋁箔的荷正電量，非離子表面活性劑使鋁箔趨向電中性，而陰離子表面活性劑則改變鋁箔荷電性，帶負電。對比分析發現，聯合使用陰離子表面活性劑和雙氧水，能控制鋁箔親/疏水性，增強表面Zeta負電位，增加膠粒和鋁箔間的靜電引力，有利於膠粒在界面的自組裝生長。採用自組裝技術，在化學成鍵和靜電引力作用下，通過異相成核，以及濃差擴散和布朗運動等，在中高壓腐蝕鋁箔表面生長一層均勻緻密、與鋁箔結合緊密的納米複合介質膜，研究生長條件對複合介質膜的微結構、組成與性能的影響，結果顯示：當鋁箔表面全部被磺酸官能團覆蓋後，採用尺寸小、帶正電量大的鈦前驅體，同時儘量減小鋁箔腐蝕，能獲得最佳的複合介質膜，其結構為外層鈦氧化物和內層氧化鋁，其比容提升可達26%（375V）。
