项目名称: 二氧化钛纳米薄膜/基体系统的界面结构状态及力学行为研究

项目编号: No.11462017

项目类型: 地区科学基金项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 冀国俊

作者单位: 内蒙古工业大学

项目金额: 58万元

中文摘要: 二氧化钛纳米薄膜具有许多独特的物理化学性能,近年来有关其应用于光催化、太阳能和自清洁等领域的研究越来越多,但目前关于二氧化钛纳米薄膜界面结构及力学性能的研究很少,而这些力学特性对其应用具有重要的影响。本项目将采用纳米力学测试系统、X射线衍射仪、SEM原位力学实验系统、透射电镜、X射线光电子能谱仪、气固两相流实验装置等对用溶胶-凝胶法和磁控溅射法在不同基体表面制备得到的二氧化钛纳米薄膜的硬度、弹性模量、摩擦磨损特性、薄膜残余应力、断裂特性、薄膜与基体界面处的结合特征和薄膜受风沙冲蚀行为等力学性能进行实验表征与计算分析,详细研究薄膜的微观结构状态对其力学性能的影响,阐明二氧化钛纳米薄膜受力作用的破坏模式和失效机理。这些研究,对于提高二氧化钛纳米薄膜的使用寿命,特别是提高二氧化钛纳米薄膜在北方风沙地区太阳能光伏电池等领域中的使用寿命,进而拓展其应用范围,具有重要的理论和实际意义。

中文关键词: 二氧化钛;纳米薄膜;界面结构;力学性能;失效机理

英文摘要: Titania nanofilms possess many unique physicochemical properties. In recent years, more and more works have been carried out on the applications of titania nanofilms in the fields of photocatalysis, solar energy, and self-cleaning, etc. But few investigations, at present, have focused on their interfacial structure and mechanical properties. In fact, these mechanical properties have a crucial influcence on the applications of the titania nanofilms. In this project, titania nanofilms will be coated on different substrates by sol-gel technique and magnetron sputtering method. Subsequently, their mechanical properties, such as hardness, elastic modulus, tribological properties, residual stress, fracture performance, bonding characteristic of the film/substrate interface and erosion behavior of the films subject to sandstorm will be characterized using nanomechanical testing system, X-ray diffractometer, in-situ testing system in SEM, transmission electron microscope, X-ray photoelectron spectroscope and gas-solid two-phase flow device. At the same time, the influence of the microstructure conditions of the titania nanofilms on their mechanical properties will be investigated in detail, and that the damage pattern and the failure mechanism of the titania nanofilms will be analyzed. These investigations have important theoretical and practical significance to improve the service life of titania nanofilms, especially improve their service life in the field of solar photovoltaic cells in northern sandy area.

英文关键词: Titania;Nanofilm;Interfacial structure;Mechanical properties;Failure mechanism

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