Semiconducting Properties of Anodic Oxide Films Grown on Titanium in Ringer and PBS Solutions

• Autorzy: Handzlik P. , Fitzner K.

Warianty tytułu

PL

Właściwości półprzewodnikowe anodowych warstw tlenkowych otrzymanych na tytanie w roztworze Ringera i soli fizjologicznej buforowanej fosforanami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present study investigations of semiconducting properties of anodic oxide films formed on titanium were carried out. Oxide films were produced by using potentiostatic anodization of the metal in two solutions: PBS solution with pH = 8.9 and Ringer solution with pH = 7.8. In order to analyze the properties of the obtained films, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was applied. To characterize the surface morphology Scanning Electron Microscopy (SEM) was used. From the results of this study the following properties of the titanium dioxide films were determined: a density of charge carriers and a flat band potential. To derive these parameters Mott-Schottky dependence was applied. Donor densities were found to be of the order of 1020 carriers per cm3. In turn, average flat band potentials are found to be -0.736 V vs. SCE in Ringer solution and -0.784 V vs. SCE in PBS solution.

PL

W pracy wykonano badania mające na celu określenie właściwości półprzewodnikowych anodowych warstw tlenkowych wytworzonych na tytanie. Warstewki te zostały wytworzone poprzez anodowanie metalu przy stałych potencjałach w następujących dwóch roztworach: roztworze PBS o pH równym 8.9 i roztworze Ringera o pH równym 7.8. Do określenia właściwości tych warstewek użyto Elektrochemicznej Spektroskopii Impedancyjnej. Do przeanalizowania morfologii powierzchni warstw tlenkowych użyto skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Określono dwie następujące właściwości charakteryzujące warstwy tlenkowe tzn. gęstość nośników ładunku i potencjał płaskiego pasma. Do wyznaczania tych wielkości użyto zależności Motta-Schottky’ego. Stwierdzono, że w zadanych warunkach gęstości donorów są rzędu 1020 nośników na cm3. Natomiast średnie wartości potencjałów płaskiego pasma wyniosły odpowiednio dla warstw tlenkowych w roztworze PBS: -0.784 V wzgl. NEK, a w roztworze Ringera: -0.736 V wzgl. NEK.

Słowa kluczowe

EN

titanium; anodic oxides; thin films; impedance spectroscopy; semiconductivity

PL

tytan; anodowa warstwa tlenkowa; spektroskopia impedancyjna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, iss. 2
• Strony: 521--532
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Handzlik P.

autor

Fitzner K.

• LABORATORY OF PHYSICAL CHEMISTRY AND ELECTROCHEMISTRY, FACULTY OF NON-FERROUS METALS, AGH UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, 30-059 KRAKÓW, 30 MICKIEWICZA AVE., POLAND

Bibliografia

• [1] J. A. Helsen, H. J. Breme, Metals as Biomaterials, John Wiley & Sons, England, 1998.
• [2] J. Grauman, T. Say, Advanced Materials and Processes 3, 25 (2000).
• [3] K. Azumi,M. Seo, Corros. Sci. 45, 413 (2003).
• [4] T. Ohtsuka, N. Nomura, Corros. Sci. 39,1253 (1997).
• [5] Z. Tun, J. J. Noel, D. Shoesmith, J. Electrochem. Soc. 146, 988 (1999).
• [6] M. Harranen, J. O. Carlsson, Corros. Sci. 43, 365 (2001).
• [7] H. C. Cheng, S. Y. Lee, C. C. Chen, Y. C. Shyng, K. L. Ou, J. Electrochem. Soc. 154, E13 (2007).
• [8] J. W. Schultze, M. M. Lohrengel, Electrochim. Acta 45, 2499 (2000).
• [9] M. Saitou, J. Phys. Chem. B 108, 12170 (2004).
• [10] P. R. F. Barnes, L. K. Randeniya, P. F. Vohralik, I. C. Plumb, J. Electrochem. Soc. 154, H249 (2007).
• [11] K. Azumi, M. Seo, Corros. Sci. 3, 533 (2001).
• [12] V. Zwilling, E. Darque-Ceretti, A. Boutry-Forveille, D. David, M. Y. Perrin, M. Aucouturier, Surf. Interface Anal. 27, 629 (1999).
• [13] A. G. Munoz, Electrochim. Acta 52, 4167 (2007).
• [14] B. O’Regan, M. Gratzel, Nature 353, 737 (1991).
• [15] A. Fujishima, K. Honda, Nature 238, 37 (1972).
• [16] A. Fujishima, X. Zhang, C. R. Chimie 9, 750 (2006).
• [17] I. U. Petersson, J. E. L. Loberg, A. S. Fredriksson, E. K. Ahlberg, Biomaterials (2009), doi:10.1016/j.biomaterials.2009.05.042
• [18] D. Landolt, Corrosion and Surface Chemistry of Metals, CRC Press, 2007.
• [19] O. Blum, U. Konig, Appl. Surf. Sci. 86, 417 (1995).
• [20] M. Pourbaix, Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions, NACE, 1974.
• [21] E. Barsoukov, J. R. Macdonalded.: Impedance Spectroscopy - Theory, Experiment and Applications, Wiley-Interscience, Chichester 2005.
• [22] M. E. Orazem, B. Tribollet, Electrochemical Impedance Spectroscopy, John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey 2008.
• [23] S. V. Gnedenkov, S. L. Sinebryukhov, V. I. Sergienko, Russ. J. Electrochem. 42, 197 (2006).
• [24] V. Macagno, J. W. Schultze, J. Electroanal. Chem. 180, 157 (1984).
• [25] J. Pan, D. Thierry, C. Leygraf, J. Biomed. Mat. Res. 28, 113 (1994).
• [26] H. O. Finklea, Semiconductor electrodes, Elsevier, New York, (1988).
• [27] A. Goossens Surf. Sci. 365, 662 (1996).
• [28] P. Handzlik, K. Fitzner, Arch. Met. Mat. 52, 543 (2007).