红外与激光工程
2024, 53(2): 20230367
1 无锡商业职业技术学院智能装备与汽车工程学院,江苏 无锡 214153
2 盐城工学院材料科学与工程学院,江苏 盐城 224001
利用高导电性的氮化钛纳米线作为聚苯胺的生长基质,有效减少电极材料的电荷传输电阻,提升聚苯胺的超级电容储能性能。以碳纤维作为柔性基底,采用晶种辅助水热结合电化学聚合法制备了柔性聚苯胺/氮化钛纳米线电极材料(PANI/TiN),电极材料呈现高度有序的同轴核壳纳米线结构,且纳米线之间彼此分离,有利于电解液离子的传输,提升储能性能。电流密度为1 A/g时,比电容为403 F/g;电流密度从0.5 A/g增加到10.0 A/g时,比电容保持率为初始容量的53.4%,电流密度为5 A/g时,循环充放电1 000次后PANI/TiN的电容保持率为79.1%,与PANI相比均有较大提升,表明PANI/TiN具有较好的电化学储能性质。以PANI/TiN电极材料为电极构建柔性全固态对称型超级电容器(PANI/TiN//PANI/TiN)考察其应用性。PANI/TiN//PANI/TiN柔性超级电容器在电流密度为1 A/g时,比电容可达100.2 F/g,且在不同角度弯曲后比电容无明显衰减。当功率密度为500 W/kg时,能量密度可达50.1 W?偸h/kg,且1个单元的该超级电容器可驱动红色(1.8 V)发光二极管,具有较为广阔的应用前景。
聚苯胺 氮化钛 纳米线 柔性电极 全固态超级电容器 polyaniline titanium nitride nanowire flexible electrode all-solid-state supercapacitor
1 华北理工大学药学院, 河北 唐山 063210
2 华北科技学院环境工程学院, 河北 廊坊 065201
3 唐山博亚树脂有限公司, 河北 唐山 063001
4 华北理工大学材料科学与工程学院, 河北 唐山 063210
5 华北理工大学分析测试中心, 河北 唐山 063210
6 华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063210
表面增强拉曼光谱技术对分子具有特异性识别以及快速无损检测的能力, 使其在药物检测方面具有重大的潜力。 通过贵金属和氮化钛之间协同作用, 使复合基底具有较高的SERS性能, 提供了一种基于SERS技术的药物检测方法。 采用电化学沉积及自组装法, 制备出贵金属/氮化钛复合薄膜。 研究表明, 在复合薄膜中存在面心立方晶型TiN、 金属单质Au和Ag三种物相; 电子显微镜显示平均粒径分别为90和50 nm的金属Au和Ag颗粒均匀分布在TiN薄膜表面; 基底的紫外-可见吸收图谱中出现了贵金属金与银纳米颗粒及TiN薄膜三者的特征等离子体共振吸收峰。 以该复合薄膜为SERS基底, 对烟酸溶液进行拉曼检测。 结果显示, 贵金属/氮化钛复合薄膜对烟酸具有显著的SERS效应, 最低检测浓度为10-5 mol·L-1, 对1 033 cm-1处烟酸拉曼信号强度及浓度取对数, 发现两者间呈一定线性关系, 其R2为0.969, 得益于TiN, Au和Ag之间可发生表面等离子体共振引起电磁场增强, 以及电荷转移效应。 研究还发现, 烟酸通过COO-基团垂直吸附在贵金属/氮化钛基底表面; 在酸性环境下, 烟酸N原子质子化主要以阳离子N+H(Ⅰ)形式存在; 在碱性环境时, 主要以阴离子COO-(Ⅲ)形式存在。 绞股蓝总甙溶液中模拟烟酸非法添加, 该复合基底对其最低的拉曼检测浓度是10-5 mol·L-1, 为现场快速检测非法添加药物提供了新途径。
贵金属/氮化钛 银胶 烟酸 表面增强拉曼光谱 Novel metal/titanium nitride Silver colloid Nicotinic acid SERS 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2092
1 华北理工大学 材料科学与工程学院, 河北 唐山 063210
2 河北省无机非金属材料重点实验室, 河北 唐山 063210
3 华北理工大学 分析测试中心, 河北 唐山 063210
4 华北理工大学 药学院, 河北 唐山 063210
以四氯化钛和五氯化钼为原料, 采用氨气还原氮化法制备出Mo2N/TiN复合薄膜。利用XRD、XPS、SEM、UV-Vis和Raman测试手段研究了薄膜组成、形貌、表面增强拉曼光谱性能。结果表明, 复合薄膜中TiN和Mo2N两种物相共存, 随着五氯化钼掺量增加, 复合薄膜中晶粒逐渐细化, 其吸收光谱位于400~600 nm的共振吸收峰峰强增加且逐渐宽化。利用罗丹明6G(R6G)作为探针分子探究Mo2N/TiN复合薄膜的表面增强拉曼性能, 研究发现, 当五氯化钼添加量为6%时, 复合薄膜的表面增强拉曼效应最佳, 检测极限为10-5 mol/L, 增强因子为0.31×103, 且放置6个月后其拉曼增强性能仅降低20.76%。同时复合薄膜具有一定的耐高温特性, 其经过500 ℃退火后仍具有表面增强拉曼特性, 具有重复利用的潜力。
氮化钼 氮化钛 复合薄膜 表面增强拉曼光谱 molybdenum nitride titanium nitride composite film surface enhanced Raman spectroscopy(SERS)
1 天津理工大学 计算机与通信工程学院 通信器件与技术教育部工程研究中心, 天津 300384
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所 光电信息科学技术教育部重点实验室, 天津 300072
提出一种基于表面等离子体共振的双芯光子晶体光纤温度传感器, 其中双芯光子晶体光纤为折射率导光型, 其中心圆孔表面镀氮化钛薄膜, 内部填充具有较大热敏系数的乙醇和氯仿的混合液体, 其纤芯模与表面等离子体激元耦合的共振波长偏移可反映液体混合物的温度或折射率.利用全矢量有限元法分析了不同因素对传输损耗谱及其共振波长的影响.仿真结果表明:外包层空气孔直径增大, 以及最内层包层空气孔直径和空气孔间距减小可以提高耦合效率, 从而增强共振峰.对比分析发现在-20℃~ 120℃温度范围内, 氮化钛薄膜比传统金膜表现出更好的等离子传感特性, 随着膜厚增加, 其共振波长偏移量增加, 温度灵敏度提高, 灵敏度最高可以达到6.22 nm/K.
双芯光子晶体光纤 表面等离子体共振 全矢量有限元法 共振波长 氮化钛 温度传感 Dual-core photonic crystal fiber Surface plasmon resonance Full-vector finite element method Resonance wavelength Titanium nitride Temperature sensor
1 昆明理工大学机电工程学院, 云南 昆明650093
2 哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨150001
用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合强化新技术在AISI52100轴承钢基体表面成功合成了硬而耐磨的氮化钛薄膜。 膜层表面的化学组成和相结构分别用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征; 膜层表面的原子力显微镜(AFM)形貌显示出TiN膜结晶完整, 结构致密均匀。 XRD测试结果表明, TiN在(200)晶面衍射峰最强, 具有择优取向。 Ti(2p)的XPS谱峰泰勒拟合分析揭示出, Ti(2p1/2)峰和Ti2p3/2峰均有双峰出现, 表明氮化物中的Ti至少存在不同的化学状态; N(1s)的XPS谱峰在396.51, 397.22和399.01 eV附近出现了三个分峰, 分别对应于TiNxOy, TiN和N—N键中的氮原子。 结合O(1s)的XPS结果, 证实膜层中除生成有稳定的TiN相外, 还有少量钛的氧化物和未参与反应的单质氮。 整个膜层是由TiN, TiO2, Ti—O—N化合物和少量单质氮组成的复合体系。
XPS分析 等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID) 氮化钛薄膜 轴承钢 XPS analysis PIIID Titanium nitride (TiN) film Bearing steel 光谱学与光谱分析
2009, 29(9): 2585
采用磁控溅射方法在载波片和Al基片上制备了氮化钛薄膜;通过改变N2流量来改变薄膜中N/Ti原子比例。采用分光光度计和扫描隧道显微镜测试手段对氮化钛薄膜光学性能随N2流量变化的规律进行了研究。薄膜反射率光谱和扫描隧道图谱分析表明,氮化钛薄膜主要遵循自由载流子光吸收机制,随着N含量的增加,薄膜中的自由电子数目不断减少,等离子体频率逐渐红移,反射率降低,薄膜颜色发生变化。从薄膜扫描隧道谱(STS)可知,TiN薄膜表现出类似金属的光学性能,并且其禁带宽度Eg=1.64 eV。
薄膜光学 光学性能 磁控溅射 电子结构 氮化钛