一种三维形貌可控的TiO₂纳米管阵列制备方法

一种三维形貌可控的TiO₂纳米管阵列制备方法
【专利摘要】本发明属于TiO2纳米管阵列的制备领域，具体为一种三维形貌可控的TiO2纳米管阵列制备方法，本方法首先改变钛基底表面的粗糙度，再利用电化学阳极氧化法在钛基底表面构筑形貌可控的TiO2纳米管阵列。具体包括以下步骤：先将金属钛基底清洗干净，然后配置改变粗糙度的化学腐蚀液，通过控制钛基底在腐蚀液中的腐蚀时间，可以得到不同粗糙度的基底材料。配置的电解液，溶质为氟化铵，溶剂为乙二醇，按照质量百分比，氟化铵的含量为电解液总量的0.25%。用石墨作为对电极进行电化学阳极氧化，在不同粗糙度的钛基底上获得不同三维结构的TiO2纳米管阵列膜，其结构有序、形貌可控、管长及厚度可控，且形成的纳米管膜结构稳定，不易脱落。
【专利说明】
一种三维形貌可控的T i O2纳米管阵列制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种T12纳米管阵列及其制备方法，是通过改变钛基底的粗糙度，使用电化学阳极氧化法在金属钛表面构筑三维形貌可控的T12纳米管阵列的方法，具体为一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米T12是一种重要的无机功能材料，因具有湿敏、气敏、介电效应、光电转换以及优越的光催化等性能，使其在传感器、介电材料、自洁材料、太阳能电池和光催化降解污染物等高科技领域有广泛的应用前景。T12纳米管，因为具有尺寸可控和高度有序的特性，相对于纳米棒、纳米线等其他一维纳米结构而言，具有更大的比表面积，可以提供更多的活性中心，使得T12纳米管在光催化、光电池以及超级电容器等方面具有更优良的性能。T12纳米管的制备技术到目前为止仍不够完善，各种制备方法各有不足之处，需要优化工艺条件或探索新方法来改进Ti02纳米管的制备技术。
[0003]目前，已有大量文献报道阳极氧化电压、时间和电解液成分以及浓度等因素对Ti02纳米管形貌的影响。在一定的范围内，Ti02纳米管的管径随着阳极氧化电压的增加而增加;在阳极氧化的初期，T12纳米管的长度随阳极氧化时间的延长而增加;随着电解液浓度的变化，纳米管的管壁厚度会发生相应的改变。然而以上因素在纳米管合成的过程中对纳米管的形貌都只能产生单一的影响，在实际的操作中很难达到纳米管各种参数的合理调控。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于通过控制钛片基底的粗糙度，改变纳米管形貌，从而实现T12纳米管的可控制备，提供了一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法。
[0005]本发明是采用如下的技术方案实现的:一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，包括以下步骤:
1)将基底材料清洗干净备用:基底材料钛片在阳极氧化前分别在丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗；
2)配置改变粗糙度的腐蚀液，并将清洗干净的钛片放入腐蚀液中进行化学腐蚀40秒?120秒，腐蚀液由HF、HN03和水混合而成，其中HF、HN03和水的摩尔体积比为3:6:100；
3 )腐蚀结束后夹出钛片，在去离子水中超声清洗十分钟，除去表面残留的腐蚀液；
4)配置电解液，所配置电解液的溶质为氟化铵，溶剂为乙二醇，按质量百分比，氟化铵的含量为电解液总量的0.25%，等溶质氟化铵完全溶解后将钛片放入电解液中，开始阳极氧化；
5)用石墨作为对电极进行阳极氧化，即可在基底材料表面获得高度有序的T12纳米管阵列。
[0006]上述的一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，所述的钛片厚度为0.127mm，纯度为99%，已退火。
[0007]上述的一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，阳极氧化的电压为50伏。
[0008]上述的一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，阳极氧化时间为24小时。
[0009]上述的一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，阳极氧化时钛片跟石墨电极相距3cm。
[0010]与现有的制备T12纳米管阵列的方法相比，由于本发明在阳极氧化前对钛片进行了预处理，改变了钛基底的粗糙度，使得在相同的阳极氧化条件下，可以制备出不同管径及管长的纳米管阵列，因此可仅通过改变钛基底的粗糙度，来改变纳米管形貌，达到对纳米管各种参数合理调控的目的，经过处理的钛片生成的纳米管分布均匀，排列整齐，与金属钛基底结合牢固不易脱落。
【附图说明】
[0011]图1为本发明实施例1制备的Ti02纳米管阵列的扫描电镜管内径正面图。
[0012]图2为本发明实施例3制备的Ti02纳米管阵列的扫描电镜管内径正面图。
[0013]图3为本发明实施例1制备的Ti02纳米管阵列的扫描电镜管外径侧面图。
[0014]图4为本发明实施例3制备的Ti02纳米管阵列的扫描电镜管外径侧面图。
[0015]图5为本发明实施例1制备的Ti02纳米管阵列的扫描电镜管长侧面图。
[0016]图6为本发明实施例3制备的Ti02纳米管阵列的扫描电镜管长侧面图。
【具体实施方式】
[0017]实施例一:
一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，包括以下步骤:
1)将基底材料清洗干净备用:基底材料钛片在阳极氧化前分别在丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗，所选用的钛片厚度为0.127mm，纯度为99%，已退火；
2)配置改变粗糙度的腐蚀液，并将清洗干净的钛片放入腐蚀液中进行化学腐蚀40秒，腐蚀液由HF、HN03和水混合而成，其中HF、HN03和水的摩尔体积比为3:6:100;
3)腐蚀结束后迅速夹出钛片，在去离子水中超声清洗十分钟，除去表面残留的腐蚀液；
4)配置电解液，所配置电解液的溶质为氟化铵，溶剂为乙二醇，按质量百分比，氟化铵的含量为电解液总量的0.25%，等溶质氟化铵完全溶解后将钛片放入电解液中，开始阳极氧化；
5)用石墨作为对电极进行阳极氧化，阳极氧化的电压为50伏，阳极氧化时间为24小时，即可在基底材料表面获得高度有序的T12纳米管阵列，钛片跟石墨电极相距3cm;
6)阳极氧化完毕后将生成纳米管的钛片在无水乙醇中超声清洗一分钟，除去纳米管表层残留的电解液，然后用去离子水冲洗后晾干即可。
[0018]实施例二:
一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，包括以下步骤:
1)将基底材料清洗干净备用:基底材料钛片在阳极氧化前分别在丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗，所选用的钛片厚度为0.127mm，纯度为99%，已退火；
2)配置改变粗糙度的腐蚀液，并将清洗干净的钛片放入腐蚀液中进行化学腐蚀80秒，腐蚀液由HF、HN03和水混合而成，其中HF、HN03和水的摩尔体积比为3:6:100;
3)腐蚀结束后迅速夹出钛片，在去离子水中超声清洗十分钟，除去表面残留的腐蚀液；
4)配置电解液，所配置电解液的溶质为氟化铵，溶剂为乙二醇，按质量百分比，氟化铵的含量为电解液总量的0.25%，等溶质氟化铵完全溶解后将钛片放入电解液中，开始阳极氧化；
5)用石墨作为对电极进行阳极氧化，阳极氧化的电压为50伏，阳极氧化时间为24小时，即可在基底材料表面获得高度有序的T12纳米管阵列，钛片跟石墨电极相距3cm;
6)阳极氧化完毕后将生成纳米管的钛片在无水乙醇中超声清洗一分钟，除去纳米管表层残留的电解液，然后用去离子水冲洗后晾干即可。
[0019]实施例三:
一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，包括以下步骤:
1)将基底材料清洗干净备用:基底材料钛片在阳极氧化前分别在丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗，所选用的钛片厚度为0.127mm，纯度为99%，已退火；
2)配置改变粗糙度的腐蚀液，并将清洗干净的钛片放入腐蚀液中进行化学腐蚀120秒，腐蚀液由HF、HN03和水混合而成，其中HF、HN03和水的摩尔体积比为3:6:100;
3)腐蚀结束后迅速夹出钛片，在去离子水中超声清洗十分钟，除去表面残留的腐蚀液；
4)配置电解液，所配置电解液的溶质为氟化铵，溶剂为乙二醇，按质量百分比，氟化铵的含量为电解液总量的0.25%，等溶质氟化铵完全溶解后将钛片放入电解液中，开始阳极氧化；
5)用石墨作为对电极进行阳极氧化，阳极氧化的电压为50伏，阳极氧化时间为24小时，即可在基底材料表面获得高度有序的T12纳米管阵列，钛片跟石墨电极相距3cm;
6)阳极氧化完毕后将生成纳米管的钛片在无水乙醇中超声清洗一分钟，除去纳米管表层残留的电解液，然后用去离子水冲洗后晾干即可。
[0020]钛片表面的粗糙度采用AFM中的均方根值Rq来表征，腐蚀40秒时的Rq为43nm，80秒是时的Rq为63nm，120秒时的Rq为88nm。本实施例中所述的阳极氧化电压为50伏，氧化时间为24小时，实验所获得T12纳米管的长度到了 10-15μπι，管内径为82-125nm，外径为170-347Mi，在不同的粗糙度下可以获得不同参数的纳米管。
【主权项】
1.一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将基底材料清洗干净备用:基底材料钛片在阳极氧化前分别在丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗； 2)配置改变粗糙度的腐蚀液，并将清洗干净的钛片放入腐蚀液中进行化学腐蚀40秒?120秒，腐蚀液由HF、HN03和水混合而成，其中HF、HN03和水的摩尔体积比为3:6:100； 3)腐蚀结束后夹出钛片，在去离子水中超声清洗十分钟，除去表面残留的腐蚀液； 4)配置电解液，所配置电解液的溶质为氟化铵，溶剂为乙二醇，按质量百分比，氟化铵的含量为电解液总量的0.25%，等溶质氟化铵完全溶解后将钛片放入电解液中，开始阳极氧化； 5)用石墨作为对电极进行阳极氧化，即可在基底材料表面获得高度有序的T12纳米管阵列。2.如权利要求1所述的一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，其特征在于所述的钛片厚度为0.127mm，纯度为99%，已退火。3.如权利要求1或2所述的一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，其特征在于阳极氧化的电压为50伏。4.如权利要求1或2所述的一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，其特征在于阳极氧化时间为24小时。5.如权利要求1或2所述的一种三维形貌可控的T12纳米管阵列制备方法，其特征在于阳极氧化时钛片跟石墨电极相距3cm。
【文档编号】C25D11/26GK105908241SQ201610511591
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】李廷鱼, 李刚, 史建芳, 胡杰, 王帅, 桑胜波, 李朋伟
【申请人】太原理工大学