Crystallization of TiO2 on sputter deposited amorphous titanium thin films

Tepe, Seda Aysel; Danışman, Murat; Cansever, Nurhan

doi:10.1016/j.matchemphys.2022.125965

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“…In this paper, the structural morphology, physical characteristics, and electrochemical attributes obtained from three representative ALD recipes, i.e., R1 (100 ms TiCl 4 + 2 s purge +50 ms H 2 O + 2 s purge), R2 (150 ms TiCl 4 + 2 s purge +50 ms H 2 O + 2 s purge), and R3 (150 ms TiCl 4 + 2 s purge +25 ms H 2 O + 2 s purge) are reported. The ALD TiO x deposition temperature was chosen to be 120 °C, as it was previously noted that ALD temperatures in excess of 150 °C induced crystallization of the TiO x films, with enhanced possibility of corrosion in acidic conditions, , as was also confirmed by preliminary experimentssee Section S3 of the Supporting Information. A TiO x deposition rate of ∼0.02–0.04 nm cycle –1 was recorded by ellipsometry (J.A.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Enhanced Corrosion Resistance in Aluminum-Based Electrolyzer Components via Stoichiometry Tuned Atomic Layer-Deposited TiO_x Films

Wang,

Paxson,

Valdez

et al. 2024

ACS Appl. Mater. Interfaces

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Titanium (Ti) is widely used as anode current collectors in proton exchange membrane (PEM)-based water electrolyzers due to its self-passivated oxide layer, which protects it from corrosion in acidic solutions. However, the cost of the material and machining process for Ti is high. A wider utilization of water electrolyzers to produce hydrogen could be favored by the use of less expensive coated aluminum (Al) substrates, which could potentially replace high-cost Ti-based components. It is shown here by depositing a pinhole-free oxygen vacancy-rich titanium oxide (TiO x ) protection layer by atomic layer deposition (ALD), the corrosion resistance of Al substrates in acidic environments at oxygen evolution potentials can be enhanced. The optimization of the oxygen vacancy concentration is accomplished by tuning the ALD parameters to achieve ideal stoichiometry and conformal coating on rough substrates. The robustness of the coatings was evaluated at high potentials (2.4 V vs NHE = normal hydrogen electrode) in low pH conditions. A low TiO x dissolution rate of the order of ∼6 nm year −1 was observed. By testing under industrially relevant conditions, i.e., high applied voltages (2.4 V) and low pH, an Al loss at around the zero ppb level was achieved using optimized ALD parameters. It is proposed that a 40 nm TiO x coating on Al may be adequate to provide 60,000 h of durability in a PEM water electrolyzer anode current collector.

show abstract

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Enhanced Corrosion Resistance in Aluminum-Based Electrolyzer Components via Stoichiometry Tuned Atomic Layer-Deposited TiO_x Films

Wang,

Paxson,

Valdez

et al. 2024

ACS Appl. Mater. Interfaces

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“…De acordo com a Figura 5, podemos notar que também foi identificado apenas o titânio metálico alfa (ICSD 00-044-1294), porém como podemos observar na Tabela 3, tiveram mudanças nas Largura Total Na Metade Do Máximo (FWHM) em relação ao titânio puro, isto indica que pode haver o óxido de titânio na fase amorfa, visto que durante o crescimento do TiO 2 e cristalização, a fase rutilo e anatase foram formadas de estruturas cristalinas em uma matriz amorfa [22].…”

Section: Análise Cristalográfica Pelo Drxunclassified

Estudo da eletrodeposição de óxido de titânio com adição de magnésio em substrato de titânio com corrente constante

Capelin,

Nakata,

Teixeira

et al. 2023

Matéria (Rio J.)

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RESUMO Atualmente, o substrato de titânio é um dos mais importantes biomateriais metálicos com aplicação em ortopedia, odontologia, fixação de fraturas e artroplastia de joelho e quadril. Apesar de todas estas propriedades atrativas, sua inércia biológica e baixa capacidade bactericida acaba limitando sua osseointegração. Neste sentido, revestimentos de TiO2 e TiO2(MgO) são realizados para aprimorar as características do titânio, como a resistência à corrosão. Os objetivos deste estudo foram analisar a resistência à corrosão do óxido de titânio e óxido de titânio com adição de magnésio, topografias, morfologias e cristalinidade em um substrato de titânio através da eletrodeposição com corrente constante. As eletrodeposições foram realizadas em um sistema de três eletrodos, sendo o titânio eletrodo de trabalho, Ag/AgCl como eletrodo de referência e um contra eletrodo de platina em um potenciostato e foram utilizadas correntes constantes de 1,0 mA/cm2 para todos os processos. Foram utilizadas as caracterizações por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA), microscopia confocal, difração de raios X (DRX) e polarização potenciodinâmica. As análises de topografia e morfologia indicaram uma alteração nas rugosidades (Ra) e todas demonstraram uma superfície uniforme. As análises de DRX indicaram apenas o titânio metálico, porém todas tiveram uma diferença no FWHM, indicando possíveis fases amorfas ou Mg intersticial, causando também uma variação na altura dos picos. Por fim, a polarização potenciodinâmica indicou que o revestimento com TiO2 houve uma melhora de 37,90% e o TiO2 com adição de magnésio houve uma perda de 13,43%. Portanto, os revestimentos causaram alterações nas rugosidades, morfologias, redes cristalinas e nas propriedades anticorrosivas, possibilitando assim a modulação das propriedades desejadas de acordo com o ambiente de oxidação utilizado.

show abstract

“…Ti is an extremely active element with a low standard electrode potential (-1.63 V vs NHE for oxidation of Ti to Ti 2+ ). Due to this activity, Ti metal immediately reacts with water molecules in aqueous environments, forming a very thin Ti dioxide (TiO2) film which exhibits excellent corrosion resistance and passivation ability [22,23]. The anti-corrosion performance of TiO2 film inspires researchers to use Nano-Ti particles as additives in epoxy coatings with the aim to significantly improve the corrosion resistance of the coatings.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Corrosion Behavior and Weather-Resistance of Nano-Ti Polymer Functional Coating

Wang,

Wei,

Huang

et al. 2022

SSRN Journal

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