中高压腐蚀铝箔表面自组装生长钛酸铋纳米复合介质膜

分子自组装是近20年发展起来的一种纳米材料制备新技术。本项目采用分子自组装技术，在中高压腐蚀铝箔表面生长钛酸铋纳米复合介质膜，通过优化复合介质膜的结构、组成和性能，实现铝箔比容的大幅度提升。（1）水体系钛酸铋前躯体制备，通过"溶剂化效应"改变Bi、Ti离子的荷电数和溶剂化质量，实现其在铝箔表面的可控沉积。（2）腐蚀铝箔表面官能化，研究不同官能团对铝箔表面荷电性、表面自由能、表面亲/疏水性的影响，揭示官能化对Bi4Ti3O12分子在界面自组装实现的作用。（3）腐蚀铝箔表面自组装生长Bi4Ti3O12纳米介质膜，探讨自组装条件对Bi4Ti3O12自组装膜结构、组成与性能的影响，阐明自组装膜在铝箔表面的生长动力学。（4）阳极氧化制备Al2O3/Bi3Ti4O12复合介质膜，研究复合介质膜中离子迁移特性，探讨不同离子对复合介质膜的组成和性能的影响，建立复合膜结构与比容关系的物理模型。

自组装是近20年发展起来的一种纳米材料制备新技术。本项目采用自组装生长技术，在中高压腐蚀铝箔表面生长高介电常数纳米复合介质膜，通过优化复合介质膜的结构、组成和性能，实现铝箔比容的大幅度提升。. 采用Sol-Gel法制备钛前驱体，通过选择不同种类的螯合剂、表面活性剂，调整前驱体组成、浓度、pH等，改变前驱体胶粒的荷电性、荷电量以及胶粒大小、分布，研究钛胶粒在界面自组装及电性能的影响因素。结果表明：采用复合螯合剂，能减小胶粒尺寸并有效降低钛氧化物结晶温度；适当降低前驱体浓度和pH值，能获得带正电量更大、尺寸更小的钛胶粒；添加阳离子表面活性剂将增大胶粒Zeta电位；而微波处理在不改变前驱体其它物化性质下，明显减小胶粒尺寸和增强分布均匀性；这些都有利于胶粒在界面的自组装生长，实现比容的提升。. 采用湿化学法，选择不同表面活性剂对铝箔进行改性，发现在酸性前驱体中，阳离子表面活性剂能加强铝箔的荷正电量，非离子表面活性剂使铝箔趋向电中性，而阴离子表面活性剂则改变铝箔荷电性，带负电。对比分析发现，联合使用阴离子表面活性剂和双氧水，能控制铝箔亲/疏水性，增强表面Zeta负电位，增加胶粒和铝箔间的静电引力，有利于胶粒在界面的自组装生长。. 采用自组装技术，在化学成键和静电引力作用下，通过异相成核，以及浓差扩散和布朗运动等，在中高压腐蚀铝箔表面生长一层均匀致密、与铝箔结合紧密的纳米复合介质膜，研究生长条件对复合介质膜的微结构、组成与性能的影响，结果显示：当铝箔表面全部被磺酸官能团覆盖后，采用尺寸小、带正电量大的钛前驱体，同时尽量减小铝箔腐蚀，能获得最佳的复合介质膜，其结构为外层钛氧化物和内层氧化铝，其比容提升可达26%（375V）。