臺灣博碩士論文加值系統

腐蝕往往在人們的疏忽下造成意想不到的危害，但若在事前提供防護，則能使事故發生的機率大幅降低。因此，本研究以304不鏽鋼作為試片，利用刮刀法將純二氧化鈦或摻雜不同比例氧化銦之二氧化鈦塗佈在304不鏽鋼表面。當塗層受到可見光照時，能降低304不鏽鋼之腐蝕電位，達到陰極防蝕的效果。實驗中使用了模擬海水之3.5 wt.%氯化鈉溶液作為電解液，測試擁有塗層薄膜之試片在此環境下的抗腐蝕能力。經由實驗發現，在可見光照射下，摻雜氧化銦之二氧化鈦薄膜的抗腐蝕能力優於純二氧化鈦薄膜，其中又以1:0.05者在本實驗範圍中為最適摻雜比例，經過照光30分鐘後，摻雜比例1:0.05的混合電位可負移190 mv，比純二氧化鈦所測之數據高出17 mv；此外，間歇性照光下，所下降之電位明顯高於純二氧化鈦，兩者之間的差值可達12.2 mv，因此代表此陰極保護比純二氧化鈦更好，能提供304不鏽鋼較良好之防蝕效果。

Corrosion often causes unpredictable damage due to people's carelessness. However, if people have provided protection previously, possible accidents can be reduced. Therefore, this study used 304 stainless steel for the test specimen and used blade coating method to coat pure titanium dioxide or titanium dioxide doped with various proportions of indium oxide on the 304 stainless steel's surface. So, it can make 304 stainless steel's corrosion potential shift negatively to get cathodic protection when the coating layer is illuminated under visible light. In this work, 3.5 wt.% sodium chloride solution simulating seawater was used as an electrolyte to test the corrosion resistance of a specimen with a coated layer in this environment. The experiment results indicate that the corrosion resistance of titanium dioxide doped with indium oxide is better than that of pure titanium dioxide; on the other hand, it is found that 1: 0.05 doping ratio of indium oxide is the best proportion in our experiment range. After 30-minute visible light illumination, the mixed potential of the specimen with a doping proportion 1:0.05 could negatively shift to 190 mV, which was 17 mV higher than the data measured by pure titanium dioxide. In addition, the potential shift was also more negatively than pure titanium dioxide under intermittent illumination by 12.2 mV. Therefore, the performance of this cathodic protection is better than that of pure titanium dioxide, and thus the corrosion resistance of 304 stainless steel could be improved.

目錄
明志科技大學碩學位論文口試委員審定書 i
明志科技大學碩學位論文口試委員審定書 ii
誌謝 iii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
第二章、理論背景 3
2.1混合電位理論 3
2.1.2 影響腐蝕電位的重要參數 6
2.2 極化曲線圖 7
第三章 文獻回顧 9
3.1 陰極防蝕 9
3.1.1 陰極防蝕介紹 9
3.1.2 光電陰極防蝕 10
3.2 光觸媒介紹 16
3.2.1 二氧化鈦光觸媒 16
3.2.2 氧化銦之應用 17
3.3電化學腐蝕 17
3.4防蝕薄膜製備方式 18
3.4.1 浸鍍法 18
3.4.2 濺鍍法 18
3.4.3 溶膠凝膠法 18
3.4.4 刮刀塗佈法 19
第四章 實驗方法 20
4.1 實驗材料 20
4.2 實驗儀器 22
4.3 實驗儀器原理 24
4.3.1電子顯微鏡 24
4.3.2穿透式電子顯微鏡及元素分析(TEM) 24
4.4 實驗裝置設計 24
4.5 實驗步驟 25
4.5.1 試片前處理 25
4.5.2 電解液配置 26
4.5.3 製備氧化銦摻雜於二氧化鈦之漿料 26
4.5.4 光電極製作 26
4.5.5 試片分析與應用 27
4.5.6 實驗流程圖 28
第五章 結果與討論 29
5.1 薄膜物理分析 29
5.1.1 薄膜SEM表面觀測分析 29
5.1.2 薄膜EDS表面元素分析 30
5.1.3 薄膜材料顆粒TEM觀測分析 35
5.2 薄膜電化學性質分析 36
5.2.1 極化曲線圖 36
5.2.2 間歇性照光之分析 46
5.2.3 二氧化鈦摻雜氧化銦薄膜之電子走向 51
第六章 結論 54
第七章 參考文獻 55

 
圖目錄
Figure 2- 1 典型極化曲線圖 7
Figure 2- 2 電壓與電流密度線性關係圖 8
Figure 3- 1 外加電流法示意圖 9
Figure 3- 2 犧牲陽極法示意圖 10
Figure 3- 3 二氧化鈦間歇性照光圖 11
Figure 3- 4 二氧化鈦陰極防蝕原理示意圖 12
Figure 3- 5 極化曲線圖 13
Figure 3- 6 不鏽鋼間歇性UV光照射圖 14
Figure 3- 7 多層塗佈原理示意圖 14
Figure 3- 8 照射UV光OCP圖 15
Figure 3- 9 不同摻雜比例之OCP圖 16
Figure 3- 10 二氧化鈦激發原理示意圖 17
Figure 4- 1 晝夜模擬裝置示意圖 25
Figure 4- 2 實驗流程圖 28
Figure 5- 1 (a)二氧化鈦(b)摻雜氧化銦1:0.01(c)摻雜氧化銦1:0.05(d)摻雜氧化銦1:0.09 SEM圖 30
Figure 5- 2 二氧化鈦薄膜表面之元素分析圖 31
Figure 5- 3 二氧化鈦薄膜表面元素分析圖譜 31
Figure 5- 4 二氧化鈦摻雜氧化銦1:0.01薄膜表面之元素分析圖 32
Figure 5- 5 二氧化鈦摻雜氧化銦1:0.01薄膜表面之元素分析圖譜 32
Figure 5- 6 二氧化鈦摻雜氧化銦1:0.05薄膜表面之元素分析圖 33
Figure 5- 7 二氧化鈦摻雜氧化銦1:0.05薄膜表面之元素分析圖譜 33
Figure 5- 8 二氧化鈦摻雜氧化銦1:0.09薄膜表面之元素分析圖 34
Figure 5- 9 二氧化鈦摻雜氧化銦1:0.09薄膜表面之元素分析圖譜 34
Figure 5- 10 二氧化鈦倍率100kx TEM圖 35
Figure 5- 11 氧化銦倍率25kx TEM圖 35
Figure 5- 12 二氧化鈦之極化曲線圖 38
Figure 5- 13 二氧化鈦摻雜氧化銦1 : 0.01之極化曲線圖 39
Figure 5- 14 二氧化鈦摻雜氧化銦1 : 0.03之極化曲線圖 40
Figure 5- 15 二氧化鈦摻雜氧化銦1 : 0.05之極化曲線圖 41
Figure 5- 16 二氧化鈦摻雜氧化銦1 : 0.07之極化曲線圖 42
Figure 5- 17 二氧化鈦摻雜氧化銦1 : 0.09之極化曲線圖 43
Figure 5- 18 有半導體薄膜覆蓋(照光30分鐘)之極化曲線圖 44
Figure 5- 19 二氧化鈦摻雜氧化銦不同比例所下降之(照光30分鐘)電位圖 45
Figure 5- 20 覆蓋二氧化鈦之不鏽鋼的OCP變化 47
Figure 5- 21 覆蓋摻雜氧化銦1 : 0.01薄膜之不鏽鋼的OCP變化 48
Figure 5- 22 覆蓋摻雜氧化銦1 : 0.03薄膜之不鏽鋼的OCP變化 48
Figure 5- 23 覆蓋摻雜氧化銦1 : 0.05薄膜之不鏽鋼的OCP變化 49
Figure 5- 24 覆蓋摻雜氧化銦1 : 0.07薄膜之不鏽鋼的OCP變化 49
Figure 5- 25 覆蓋摻雜氧化銦1 : 0.09薄膜之不鏽鋼的OCP變化 50
Figure 5- 26 有半導體薄膜覆蓋之之不鏽鋼的OCP變化 50
Figure 5- 27 純二氧化鈦及摻雜不同比例氧化銦之電位下降圖 51
Figure 5- 28 照光之電回升示意圖 52
Figure 5- 29 無光源之電位下降示意圖 53

 
表目錄
Table 5- 1 二氧化鈦薄膜表面元素分析表 31
Table 5- 2 二氧化鈦摻雜氧化銦1:0.01薄膜表面之元素分析表 32
Table 5- 3 二氧化鈦摻雜氧化銦1:0.05薄膜表面之元素分析表 33
Table 5- 4 二氧化鈦摻雜氧化銦1:0.09薄膜表面之元素分析表 34
Table 5- 5 二氧化鈦薄膜在有無光照下之電化學參數 38
Table 5- 6 二氧化鈦摻雜氧化銦1 : 0.01薄膜在有無光照下之電化學參數 39
Table 5- 7 二氧化鈦摻雜氧化銦1 : 0.03薄膜在有無光照下之電化學參數 40
Table 5- 8 二氧化鈦摻雜氧化銦1 : 0.05薄膜在有無光照下之電化學參數 41
Table 5- 9 二氧化鈦摻雜氧化銦1 : 0.07薄膜在有無光照下之電化學參數 42
Table 5- 10 二氧化鈦摻雜氧化銦1 : 0.09薄膜在有無光照下之電化學參數 43
Table 5- 11 有半導體薄膜覆蓋(照光30分鐘)之電化學參數 44
Table 5- 12 二氧化鈦摻雜氧化銦不同比例所下降之(照光30分鐘)電位值 45

1.Wenhua Cheng, Chundong Li, Xiao Ma, Liangmin Yu, Guangyi Liu, “Effect of SiO2-doping on photogenerated cathodic protection of nano-TiO2 films on 304 stainless steel”, Materials & Design 126 (2017) 155–161
2.Mengmeng Sun, Zhuoyuan Chen, Jianqiang Yu, “Highly efficient visible light induced photoelectrochemical anticorrosion for 304 SS by Ni-doped TiO2”, Electrochimica Acta 109 (2013) 13– 19
3.S.Y. Arman , H. Omidvar , S.H. Tabaian, M. Sajjadnejad, Sh. Fouladvand, Sh. Afshar, Evaluation of nanostructured S-doped TiO2 thin films and theirphotoelectrochemical application as photoanode for corrosion protection of 304 stainless steel, Surface & Coatings Technology 251 (2014) 162–169
4.袁江南,辻川茂男, “Photo-Effects of Sol-Gel Derived TiO2 Coating on Carbon Steel in Alkaline Solution”, 材料と環境: zairyo-to-kankyo, vol. 44, pp. 534-542, 1995.
5. D. D. Macdonald, "Viability of hydrogen water chemistry for protecting in-vessel components of boiling water reactors," Corrosion, vol. 48, pp. 194-205, 1992.
6.吳永富，電化學工程原理，五南圖書出版，2018
7.洪靚軒，“光激發效應對二氧化鈦塗覆鋼材之防蝕效益研究”， 碩士論文，國立清華大學工程與系統科學系，2016
8.蔡文達，陰極防蝕電化學應用原理，防蝕工程民國七十七年三月第二卷第一期
9.R.F. Crundwell, Sacrificial Anodes,Shreir's corrosion,Volume, 2010, Pages 2763-2780
10.J. Yuan, S. Tsujikawa, Characterization of sol-gel-derived TiO2 coatings and their photoeffects on copper substrates, Journal of the Electrochemical Society 142 (1995) 3444.
11.Cai-Xia Lei, Zu-De Feng, Han Zhou, Visible-light-driven photogenerated cathodic protection of stainless steel by liquid-phase-deposited TiO2 films, Electrochimica Acta 68 (2012) 134– 140
12.H. Park, K.Y. Kim, W. Choi, Photoelectrochemical approach for metal corrosion prevention using a semiconductor photoanode, Journal of Physical Chemistry B 106 (2002) 4775.
13.Y. Ohko, S. Saitoh, T. Tatsuma, R. Fujisawa, Photoelectrochemical anticorrosion and self-cleaning effects of a TiO2 coating for type 304 stainless steel, Journal of the Electrochemical Society 148 (1) (2001) B24–B28
14.G.X. Shen, Y.C. Chen, C.J. Lin, Corrosion protection of 316 L stainless steel by a TiO2 nanoparticle coating prepared by sol–gel method, Thin Solid Films 489 (2005) 130 – 136
15.Min-jie Zhou, Zhen-ou Zeng, Li Zhong, Photogenerated cathode protection properties of nano-sized TiO2/WO3 coating, Corrosion Science 51 (2009) 1386–1391
16.Wenhua Cheng, Chundong Li, Xiao Ma, Liangmin Yu, Guangyi Liu, Effect of SiO2-doping on photogenerated cathodic protection of nano-TiO2 films on 304 stainless steel, Materials & Design 126 (2017) 155–161
17.Fujishima, A. and Honda, K. "Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode", Nature 238 (1972): 37-38
18.X. Quan, S. Yang, X. Ruan, and H. Zhao, “Preparation of titania nanotubes and their environmental applications as electrode,” Environmental Science & Technology, vol. 39, no. 10, pp. 3770–3775, 2005.
19.Yunxia Chen, Xuedong Zhou, Xiujian Zhao, Xin He, Xingyong Gu, Crystallite structure, surface morphology and optical properties of In2O3–TiO2 composite thin films by sol–gel method, Materials Science and Engineering B 151 (2008) 179–186
20.S.K. Poznyak, D.V. Talapin, A.I. Kulak, J. Phys. Structural, Optical, and Photoelectrochemical Properties of Nanocrystalline TiO2− In2O3 Composite Solids and Films Prepared by Sol− Gel Method,Chem. B 105 (2001) 4816.
21.Shchukin, D. Poznyak, S.Kulak, A. & Pichat, “TiO2-In2O3 photocatalysts: preparation, characterisations and activity for 2-chlorophenol degradation in water”, Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, (2004),162(2), 423-430.
22.Yow-Jon Lin,Chang-Feng Uou,Chia-Lung Tasi, “Effects of (NH4)2SX treatment on surfacework function and roughness of indium-tin-oxide”,Applied Surface Science,253, (2007),3957-3961.
23.F.Sittner,W.Ensiger, “Electroochemical investion and characterization of thin-film porosity”,Thin Solid Films, (2007),518,4559-4564.
24.S. N. S. Jamaludin, F. Mustapha, Nuruzzaman D. M., Basri, “A review on the fabrication techniques of functionally graded ceramic-metallic materials in advanced composites”,Scientific Research and Essays,(2013),8(21), 828-840.
25.M. Jokinen, M. Pätsi,H. Rahiala,T. Peltola,M. Ritala, &J.B. Rosenholm, “Influence of sol and surface properties on in vitro bioactivity of sol‐gel‐derived TiO2 and TiO2‐SiO2 films deposited by dip‐coating method.”, Biomedical Materials Research ,42.2 (1998): 295-302.
26.Kelly, P. J., and R. D. Arnell. "Magnetron sputtering: a review of recent developments and applications." Vacuum 56.3 (2000): 159-172.
27.S.Y. Arman, H. Omidvar, S.H. Tabaian, M. Sajjadnejad, Sh. Fouladvand, Sh. Afshar, Evaluation of nanostructured S-doped TiO2 thin films and their photoelectrochemical application as photoanode for corrosion protection of 304 stainless steel, Surface & Coatings Technology 251 (2014) 162–169
28.Yan Zhang, Jianqiang Yu, Kai Sun , Yukun Zhu , Yuyu Bu , Zhuoyuan Chen, Indium oxide thin film as potential photoanodes for corrosion protection of stainless steel under visible light, Materials Research Bulletin 53 (2014) 251–256
29.科學法展期刊2007年10月,p.62-67,418期
30.邱詠翔, “刮刀製程搭配高載子遷移率之高分子於垂直式空間電荷限制電晶體”, 國立交通大學,物理研究所碩士論文(2011)