In order to observe the microstructure and morphology of porous titanium -oxide thin film, deposition is performed under a higher Ar gas pressure than is used in the general titanium thin film production method. Black titanium thin film is deposited on stainless steel wire and Cu thin plate at a pressure of about 12 Pa, but lustrous thin film is deposited at lower pressure. The black titanium thin film has a larger apparent thickness than that of the glossy thin film. As a result of scanning electron microscope observation, it is seen that the black thin film has an extremely porous structure and consists of a separated column with periodic step differences on the sides. In this configuration, due to the shadowing effect, the nuclei formed on the substrate periodically grow to form a step. The surface area of the black thin film on the Cu thin plate changes with the bias potential. It has been found that the bias of the small negative is effective in increasing the surface area of the black titanium thin film. These results suggest that porous titanium-oxide thin film can be fabricated by applying the appropriate oxidation process to black titanium thin film composed of separated columns.
Titanium is widely used in dentistry for its low density, high strength, fatigue resistance, corrosion resistance, and biocompatibility. But it has a tendency of surface damage under circumstance of friction and impact for its low hardness of the surface. Coating is one of methods fir increasing surface hardness. Its effect is to improve surface physical characteristics without change of titanium. Diamond-like carbon and titanium nitride are known for its high hardness of the surface. So that this study was aimed at the wear test and the cytotoxicity test of the commercially pure titanium and Ti-6Al-4V alloy which were deposited by diamond-like carbon film or titanium nitride film to acertain improvement of the surface hardness and the biocompatibility. A disk (25mm diameter, 2mm thickness) was made of commercially pure titanium and Ti-6Al-4V alloy and these substrates were deposited by diamond-like carbon film or titanium nitride film. Diamond-like carbon film was deposited by the method of radiofrequency plasma assisted chemical vapor deposition and titanium nitride film was deposited by the method of reactive arc ion plating. Then these substrates were tested about wear characteristics by the pin-on-disk type wear tester in which ruby ball was used as a wear causer under the load of 32N, The fracture cycles were measured by rotating the substrates until their films were fractured. The wear volume was measured after 150 cycles and 3,000 cycles using surface profiler. The cytotoxicity test was peformed by the method of the MTT assay. The results were as follows : 1. In the results of the wear volume test, commercially pure titanium and titanium alloy which were coated by diamond-like carbon film or titanium nitride aim had higher resistance against wear than the substrates which were not coated by any films (P<0.05). 2. In the results of the fracture cycle test and the wear volume test, diamond-like carbon film had higher resistance against wear than titanium nitride film (P<0.05). 3. In both coatings of diamond-like carbon aim and titanium nitride film, Ti-6Al-4V alloy had higher resistance against wear than commercially pure titanium (P<0.05) 4. In the results of the cytotoxicity test, diamond-like carbon film and titanium nitride film had little cytotoxicity as like commercially pure titanium or Ti-6Al-4V alloy (P>0.05).
The high biocompatibility of titanium is connected with the high corrosion resistance of the surface oxide, its high dielectric constant, and some other specific biochemical properties of the oxide. The corrosion resistance of titanium can be improved with the formation of passive film by anodic oxidation. In other to characterize the titantium oxlde film formed by anodic oxidation, titanium plates were anodized in 0.5M $H_3SO_4$ electrolyte at voltages between 5V and 100v. The oxide film was examined by an X-Ray Diffractometer(XRD) and a Scanning Electron Microscope(SEM). In addition, the corrosion resistance of oxide film was tested by dipping in physiological NaCl,5% HCI,5% $H_3PO_4$ and its biocompatability was evaluated by the fibroblast-like cell culture. The results obtained are as follows : 1. The thickness of surface oxide and micropore are increased with the increase of electrode potential and formed deeply along the grain boundary. 2. The solubilities of titanium in electrolyte solution shows that the anodized titanium has more corrosion resistance than the untreated pure titanium. 3. The biocomatibility of anodized titanium is superior to untreated pure titanium.
Ion beam enhanced deopsition(IBED) was adopted to synthesize biocompatible titanium oxide film. Structure characteristics of titanium oxide film were investigated by RBS, AES and XRD. The blood compatibility of the titanium oxide film was studied by measurements of blood clotting time and platelet adhesion. The results show that the anticoagulation property of titanium oxide film is improved significantly. The mechanism of anticoagulation of the titanium oxide film was discussed.
Titanium alloy is gaining attention in the medical industry due to its excellent biocompatibility and osteoconductivity. However, the natural oxide film on the titanium surface is insoluble, resulting in inadequate bone adhesion. Therefore, it is necessary to optimize the contact between biological tissues and implant surfaces, and alter the chemical composition and morphological characteristics of the implant surface. In this study, the anodization method was applied to titanium surface treatment to form a uniform and robust oxide film. Subsequently, a chemical process, pore-widening, was employed to change the morphological characteristics of the oxide film. The concentration of the pore-widening solution was varied at 2, 4, 6, and 8 wt% and the process time was set at 30 and 60 minutes. As the concentration of the pore-widening solution increased the pore diameter of the oxide film increased. Notably, at 6 wt% for 60 minutes, the oxide film exhibited a coexistence of pillars and pores. Based on this, it was determined that surface roughness increased with higher concentration and longer process time. Additionally, the presence of pillars and pores structures maximized hydrophilicity. This study provides insights into enhancing the surface properties of titanium for improved performance in medical implants.
The $PbTiO_3$is well known materials having remarkable ferroelectric piezoelectric and pyro-electric properties. Thin films of the lead titanite has been successfully fabricated by Chemical Vapor Deposition on the borosilicate glass and titanium substrate. The $PbTiO_3$ thin film deposited on the borosilicate glass using the $PbCl_2$, $TiCl_4$ dry oxygen and wet oxygen at different temperatures (50$0^{\circ}C$-$700^{\circ}C$) grows along the (001) preferred orientation. On the other hand the $PbTiO_3$ thin film deposited on the titanium substrate using the PbO grows along the (101) preferred orientation. Growth orientation of deposited $PbTiO_3$ depends on the reaction species irrespective of substrate materials. Maximum dielectic constant and loss tangent of the $PbTiO_3$ thin film deposited on the titanium substrate are about 90 and 0.02 respectively, . Deposition rates of $PbTiO_3$ deposited on the borosilicate glass and titanium substrate are 10-15 ${\mu}{\textrm}{m}$/hr. Titanium dioxide interlayer formed be-tween $PbTiO_3$ film and titanium substrate material, It improved the adhesion of the film.
The objective of this study was to investigate delayed oxygen evolution and localized corrosion resistance of titanium alloys by performing potentiodynamic polarization, potentiostatic polarization, and Mott-Schottky measurements. Delayed oxygen evolution was compared among titanium alloys, 316 stainless steel, and platinum. Difference in delayed oxygen evolution between titanium alloys and other metals was attributed to specific surface characteristic of each metal. Delayed oxygen evolution of titanium alloys resulted from the predominant process of ionic conduction over electronic conduction. The effect of oxygen evolution on localized corrosion of titanium alloys was investigated using electrochemical critical localized corrosion temperature (E-CLCT) technique. Mott-Schottky measurement was performed to clarify the difference in film properties between titanium alloys and stainless steels. Titanium alloys were found to have much lower donor density than stainless steels by 1/28. These results indicate that delayed oxygen evolution has little influence on the concreteness of passive film and the resistance to localized corrosion of titanium alloys.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.3
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pp.339-344
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2008
Titanium dioxide nanotubes were fabricated by self-organized electrochemical potentiostatic anodization of titanium thin film with an electrolyte solution of sodium sulfate 1M and sodium flouride 0.5wt% aqueous solution at 20$^{\circ}C$ for 20min. Field Emmision Scanning Electron Microscopy(FE-SEM) and X-ray Diffractometer(XRD) were used to evaluate the micromorphology and crystalline structure of the titanium dioxide nanotube thin film. Titanium dioxide nanotube were fabricated with diameters approx. 100nm and tube length from appox. 1 $\mu$m. Titanium dioxide films formed through anodization and annealing process at 450$^{\circ}C$ contained a phase of anatase. Also, this study was performed to evaluate the application of titanium dioxide thin film for treating humic acid dissolved in water. The reaction tended to follow the Langmuir-Hinshelwood kinetics with zero order. Comparative experiments with thin film and anatase powder showed the same zero order kinetics when 0.3g of powder had been used.
In this study, the performance of dye-sensitized solar cells with different thickness of the photelectrode film was simulated by using the electron-diffusion differential model. Through this simulation, the relationships between the thickness of the photoelectrode film and the performances (open-circuit voltage, short-circuit current density, and overall photoelectric-conversion efficiency) of cells were understood and the performances with different thickness of the photoelectrede film were also examined. For considering the refractive index in the liquid electrolyte and exploring the scattering effect of titanium dioxide particles with different sizes using the Mie light-scattering theory, the highest scattering effect of each particles was found out and the optimal size of the titanium dioxide particle was determined for light scattering in the photoelectrode film of dye-sensitized solar cell. Through experiment, the mixed titanium dioxide cell was better than the single titanium dioxide cell and generated a higher overall conversion efficiency because the optimal titanium dioxide particles in the phoelectrode film as light scattering.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.16
no.4
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pp.389-398
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2000
Photocatalytic removal of benzene from air was examined using titanium dioxide photocatalyst films prepared on soda lime glass(50$\times$50$\times$2 mm) by spin coating and chemical vapor deposition. For the measurement of photocatalytic reactivity titanium dioxide coated glass was placed into a batch reactor and concentration of benzene in the reactor was set to abuot 100 ppm, and then illuminated with UV. It was found that catalytic reactivity of titanium dioxide films increased with the increase of titanium dioxide film thickness and then level off beyond a certain film thickness. UV absorption by the films showed the similar trend. The formation of stoichiometric amount of carbon dioxide was confirmed by measurement of carbon dioxide concentration in the reactor. In general spin coated films revealed better photocatalytic reactivity than chemically deposited one within the experimental ranges covered in this study. Morphology and crystal structure of prepared films were investigated by XRD and SEM and they showed significant difference between spin coated films and CVD films. Highest quantum efficiency of prepared titanium dioxide photocatalyst was close to 50%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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