I. Metode pripreme TiO2 oksidnog filma
1. Metoda oksidacije zagrijavanjem atmosfere
Titan oksidira u atmosferi. Kako se vrijeme zagrijavanja povećava, debljina oksidnog filma postupno se povećava, što rezultira različitim tonovima koji se mijenjaju od žute do cijan, a zatim do ljubičaste. Prednost ove metode je u tome što može jeftino iu velikim količinama obojiti titan, čime se dobiva površinski film za bojanje s dobrim prianjanjem. Međutim, varijacija boja je ograničena, a raspon boja nije bogat. Ujednačenost boje i ponovljivost su loši, a boju je teško točno kontrolirati. Osim što se zagrijava i boji u atmosferi-koja sadrži kisik, kada se zagrijava u atmosferi dušika, na površini titana formira se TiN film zlatnožute boje i visoke otpornosti na trošenje.
2. Metoda anodne oksidacije
Napon se primjenjuje između titanske anode i katode od nehrđajućeg čelika ili aluminija u elektrolitu, a anodna oksidacija se javlja kroz elektrokemijsku reakciju, stvarajući 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 stvaranje debelih oksidnih filmova; dok se rastaljene soli i ne-vodene otopine koriste za stvaranje tanjih oksidnih filmova. Najznačajniji faktor koji utječe 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 time i boja oksidnog filma. Ovom se metodom mogu pripremiti oksidni filmovi različitog sastava i svojstava na ventilnim metalima (Zr, W, Nb, Ta, Al, itd.). Oksidni filmovi imaju karakteristike kao što su gustoća, stabilnost i jako prianjanje i mogu se koristiti u premazima-otpornim na koroziju, dielektricima za kondenzatore i oksidima vrata za tranzistore.
3. PVD (Physical Vapor Deposition) je proces u kojem se tekući ili čvrsti materijali isparavaju i zatim talože na podlogu.
PVD tehnike uključuju raspršivanje, ionsko nanošenje, toplinsko isparavanje, lasersko isparavanje i ionsku implantaciju. PVD se može koristiti za pripremu filmova ili višeslojnih filmova debljina u rasponu od nekoliko nanometara do nekoliko mikrometara. Različito dopiranje može se postići uvođenjem različitih plinova. Materijal supstrata može utjecati na kristalizaciju TiO2 filmova. Neki istraživači su pomoću PVD-a pripremili strukturirane filmove anataza i rutila na podlogama od stakla i nehrđajućeg čelika.
4. CVD (Chemical Vapor Deposition) je proces u kojem materijal supstrata kemijski reagira s plinom radi taloženja filma na supstratu.
U usporedbi s PVD-om, CVD može nanositi filmove na podloge složenih oblika, što je prednost s kojom se PVD ne može mjeriti. Kombinacijom plazme, iona, lasera i drugih sredstava, temperatura taloženja CVD može se smanjiti ili se brzina taloženja može povećati. Bilo je mnogo studija o CVD tehnologiji pripreme TiO2 filmova, koje su dokazale 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 visoko{1}}autoklavu pod kontroliranom temperaturom (oko 200 stupnjeva) i tlakom (<10MPa) in an aqueous solution.
Neki su istraživači koristili ovu metodu za pripremu TiO2 katalitičkih materijala s različitim faznim strukturama i morfologijama (nanoštapići, nanočestice), uključujući tro-fazne strukture (rutil + brukit + anataz), dvo-fazne strukture (rutil + anataz) i jedno-fazne strukture (rutil), koje pokazuju različite katalitičke aktivnosti. 6. Sol-Gel metoda: Sol-Gel metoda koristi spojeve s visokom kemijskom aktivnošću kao prekursore, ravnomjerno miješa sirovine u tekućoj fazi i podvrgava se reakcijama hidrolize i kondenzacije da bi se konačno formirao TiO2 s molekularnim ili čak nanostrukturama. Ova je metoda ekonomična i jednostavna i može dobiti TiO2 visoke -čistoće na temperaturi blizu sobne. Promjenom metode pripreme i temperature kalcinacije, kristalna struktura TiO2 može se prilagoditi kako bi se dobio TiO2 s različitim strukturama kao što su rutil i anataz. Ova se metoda često koristi u pripremi TiO2 fotokatalitičkih materijala ili TiO2 premaza s biološkom aktivnošću.
II. Čimbenici utjecaja anodiziranog TiO2 obojenog filma
1. Elektrolit
Elektrolit za eloksiranje može se klasificirati u kiseli elektrolit, alkalni elektrolit, otopina soli, itd. Zbog brzog otapanja oksidnog filma u alkalnoj otopini, postoji relativno malo studija o tome. Neki su znanstvenici istraživali utjecaj vrste elektrolita na film titan oksida i otkrili da je u usporedbi s alkalnim elektrolitom, napon stvaranja oksidnog filma u kiselom elektrolitu veći. S padom koncentracije elektrolita i temperature, napon stvaranja i brzina rasta oksidnog filma rastu. Sa smanjenjem gustoće struje i omjera površine anode i katode, smanjuje se napon stvaranja oksidnog filma. Neki su znanstvenici anodizirali u alkalnom elektrolitu i otkrili da što je veća koncentracija elektrolita, to je veći indeks loma TiO2 oksidnog filma, te potiče transformaciju oksidnog filma iz amorfnog u kristalno stanje.
2. Oksidacijski napon
Uobičajeni načini eloksiranja uključuju način konstantne struje i način konstantnog napona, a prema valnom obliku napona mogu se dalje podijeliti na DC, AC i pulsne načine, itd. Neki su znanstvenici proučavali utjecaj potencijalnog linearnog načina skeniranja i potencijalnog koraka u kiselom elektrolitu i niskom naponu na anodizirani film čistog titana i otkrili da u linearnom načinu skeniranja, brzo skeniranje potencijala stvara oksidni film amorfne strukture, dok sporo skeniranje proizvodi nanokristali. U načinu postupnog skeniranja, povećanje oksidacijskog napona može povećati udio Ti4+ u oksidnom filmu. Anodiziranjem pri niskom naponu mogu se dobiti obojeni oksidni filmovi. Dok eloksiranje na visokom naponu stvara električne iskre, tvoreći veliko lokalno električno polje, što je praćeno procesom kristalizacije ili fazne transformacije oksida, a dobiveni oksidni film često ima bolju otpornost na trošenje.
3. Vrijeme oksidacije
S povećanjem vremena, trend rasta debljine oksidnog filma općenito je isprva brz, a zatim spor. Tijekom procesa anodizacije, rast i otapanje oksidnog filma odvijaju se 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 se debljina smanjuje. Neki su znanstvenici otkrili da se u istom elektrolitu debljina oksidnog filma čistog titana s vremenom povećava pri višim naponima, dok se s vremenom smanjuje pri nižim naponima. Neki su znanstvenici proučavali dugotrajni -proces anodizacije čistog titana pri niskom naponu i otkrili da se u fazi formiranja oksidnog filma debljina i kristalnost filma povećavaju 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 čimbenici
Prije eloksiranja čistog titana, površinsko mehaničko, kemijsko ili elektrokemijsko poliranje općenito se koristi za uklanjanje površinskih kontaminanata. Nakon mehaničkog poliranja obično se provodi ispiranje kiselinom kako bi se uklonio površinski pasivacijski film. Zabilježeno je da proces anodizacije elektrokemijski poliranog čistog titana lokalno prolazi kroz reakciju oslobađanja kisika, što rezultira debljim oksidnim filmom u tom području, dok je oksidni film formiran na neobrađenoj hrapavoj površini jednoličniji. U usporedbi s oksidnim filmom bez tretmana poliranja, oksidni film dobiven nakon poliranja i anodizacije ima bolju otpornost na koroziju. Povećanje temperature elektrolita može povećati učinkovitost oksidacije oksidnog filma. Neki su znanstvenici otkrili da je pri istom naponu oksidni film čistog titana deblji i ima veću kristalnost pri visokoj temperaturi elektrolita.