专利名称：一种二氧化钛纳米管薄膜的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料及光电子信息材料制备技术领域，具体是一种将界面化学反 应与水热反应相结合的制备二氧化钛纳米管薄膜的方法。
背景技术：
TiO2纳米管薄膜所兼有的良好的一维电子传导能力、较大的比表面积，以及特殊 的表面特性等一系列优异性能，决定了其在传感器、储氢材料、太阳能、光催化剂等领域的 应用前景非常广阔。目前制备二氧化钛纳米管薄膜主要采用的是模板法和电化学阳极氧化 法，模板法制备出的纳米管尺寸和形貌依赖于模板剂的尺寸，模板的孔一般都比较大，得到 的纳米管内径较大、管壁较厚，实验操作比较复杂；阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管，有 序性和完整性都比较好，实验操作比较简单，但是成本较高。目前还没有采用水热法制备二 氧化钛纳米管薄膜的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种将界面化学反应与水热反应相结合制备二氧化钛纳米 管薄膜的全新方法，该方法是以纯钛箔为原料，采用界面化学反应与水热反应对其进行加 工处理，得到三维有序网络结构分布的二氧化钛纳米管薄膜。为实现上述技术任务，本发明采取如下的技术解决方案 一种二氧化钛纳米管薄膜的制备方法，具体包括下列步骤 步骤一，原料预处理
将纯钛箔置于丙酮溶液中超声洗净，接着用HF、HNO3和H2O的混合溶液进行抛光处理， 所述混合溶液的摩尔比为HF:HNO3H2O=I :4:5,而后放入蒸馏水中超声洗净，室温下干燥； 步骤二，化学处理
将经预处理过的纯钛箔置于质量分数为30%-40%的盐酸溶液中，室温下处理1-10天， 接着用蒸馏水冲洗，室温下干燥； 步骤三，水热处理
将经化学处理的纯钛箔放入高压反应釜中，在5-lOmol/L的氢氧化钠溶液中， 1400C _180°C、蒸汽压力为0. 361MPa-l. 004Mpa的条件下水热反应18h _30h，之后用蒸馏水 冲洗得到二氧化钛纳米管薄膜。所述的二氧化钛纳米管薄膜的制备方法还进一步包括后处理步骤，该步骤中将经 水热处理过的样品进行干燥或者将经水热处理过的的样品经干燥后进行退火处理。所述干燥条件为40-100°C。与现有技术相比，本发明具有以下优点
(1)本发明是以纯钛箔为原料，将界面化学反应和水热法相结合制备得到三维有序网 络结构分布的二氧化钛纳米管薄膜，所得产品完整性较好，与现有的模板法及阳极氧化法 相比，制作简单、成本低廉，且易于大面积制备。所得产品可应用于光电信息材料、太阳能光伏材料、光催化剂，气敏传感器件等领域。(2)本发明中纳米管薄膜的形成是在水溶液的环境下形成的，可为纳米管的掺杂 改性提供良好的制备条件，即在纳米管形成的过程中，通过在水溶液中掺杂一定的粒子对 其改性。除此之外，该方法还可以实现附着在不同基底上的钛膜原位生成三维有序网络结 构分布的二氧化钛纳米管薄膜。(3)本发明制备的二氧化钛纳米管呈三维有序网络结构分布、有良好的长径比，可 以有效的改善电子传导的路径，提高薄膜光散射特性。
图1为实施例1中所得样品扫描电镜(SEM)的整体分布图； 图2为实施例1中所得样品扫描电镜的局部分布图3为实施例1中所得样品的透射电镜(TEM)图； 图4为实施例1中所得样品的透射电镜图； 图5为实施例2中所得样品的扫描电镜图； 图6为实施例3中所得样品的扫描电镜图。以下结合实施例与附图对本发明作进一步详细介绍。
具体实施例方式以下是发明人给出的具体实施例，这些实施例是为了进一步理解本发明，本发明 不限于这些实施例。实施例1
步骤一，原料预处理
将纯钛箔裁剪成为长χ宽为2CmXlCm，放入丙酮溶液中超声清洗lOmin，再置于摩尔 比为HF:HN03:H20=1:4:5的溶液中进行抛光处理15min直至无气泡的剧烈产生，而后放入蒸 馏水中超声清洗5min，室温下干燥； 步骤二，化学处理
将经预处理的纯钛箔置于质量分数为36%的盐酸溶液中，室温下处理8天，接着用蒸馏 水冲洗，室温下干燥； 步骤三，水热处理
将经化学处理的纯钛箔放入高压反应釜中，在5mol/L的氢氧化钠溶液中，140°C、蒸汽 压力为0. 36IMPa的条件下水热反应20h，水热反应结束后将钛片取出，用蒸馏水反复冲洗， 得到二氧化钛纳米管薄膜样品； 步骤四，后处理
将步骤三得到的二氧化钛纳米管薄膜样品在80°C下干燥，即可得到最终的二氧化钛纳 米管薄膜。SEM测试结果如图1，2所示，该实施例所得的样品表面整体呈花状分布，纳米管交 错排列，管的直径大约为40nm。TEM测试结果如图3，4所示，纳米管呈现出多壁管特性。实施例2: 步骤一，原料预处理将长X宽为2cmX Icm的纯钛箔放入丙酮溶液中超声清洗lOmin，再置于摩尔比为 HF:HN03:H20=1:4:5的溶液中进行抛光处理15min直至无气泡剧烈产生，而后放入蒸馏水中 超声清洗5min，室温下干燥； 步骤二，化学处理
将经预处理的纯钛箔置于质量分数为40%的盐酸溶液中，室温下处理2天，接着用蒸馏 水冲洗，室温下干燥； 步骤三，水热反应
将经过化学处理的纯钛箔放入高压反应釜中，在5mol/L的氢氧化钠溶液中，170°C、蒸 汽压力为0. 792MPa的条件下水热反应25h，水热反应结束后将钛片取出，用蒸馏水反复冲 洗得到二氧化钛纳米管薄膜样品； 步骤四，后处理
将步骤三得到的二氧化钛纳米管薄膜样品在60°C下干燥，之后在450°C的温度下退火 处理即可得到最终的二氧化钛纳米管薄膜。SEM测试结果如图5所示，该实施例中所得样品的纳米管交错排列，呈三维有序网 络结构分布，纳米管直径大约为30nm。实施例3:
步骤一，原料预处理
将长χ宽为2cmxicm的纯钛箔置于丙酮溶液中超声清洗lOmin，接着放入摩尔比为 HF:HN03:H20=1:4:5的混合溶液中进行抛光处理15min直至无气泡的剧烈产生；而后置于蒸 馏水中超声清洗5min，室温下干燥； 步骤二，化学处理
将经预处理的钛箔置于质量分数为30%的盐酸溶液中，室温下处理5天，接着用蒸馏水 冲洗，室温下干燥； 步骤三，水热处理
将经化学处理的纯钛箔放入高压反应釜中，在7mol/L的氢氧化钠溶液中，150°C、蒸汽 压力为0. 476MPa的条件下水热反应30h，之后用蒸馏水反复冲洗，得到二氧化钛纳米管薄 膜样品；
步骤四，后处理
将步骤三得到的二氧化钛纳米管薄膜样品在40°C下干燥，之后在450°C的温度下退火 处理，即得到最终的二氧化钛纳米管薄膜。SEM测试结果如图6所示，本实施例所得样品的纳米管交错排列，呈三维有序网络 结构分布，纳米管直径大约为40nm。如果涉及其它有退火处理步骤的实施例，其中的退火温度可以根据所制纳米管薄 膜的用途要求进行调整。
权利要求
1.一种二氧化钛纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤步骤一，原料预处理将纯钛箔置于丙酮溶液中超声洗净，接着用HF、HNO3和H2O的混合溶液进行抛光处理， 所述混合溶液的摩尔比为HF:HNO3H2O=I :4:5,而后放入蒸馏水中超声洗净，室温下干燥；步骤二，化学处理将经预处理过的纯钛箔置于质量分数为30%-40%的盐酸溶液中，室温下处理1-10天， 接着用蒸馏水冲洗，室温下干燥；步骤三，水热处理将经化学处理的纯钛箔放入高压反应釜中，在5-lOmol/L的氢氧化钠溶液中， 1400C _180°C、蒸汽压力为0. 361MPa-l. 004Mpa的条件下水热反应18h _30h，之后用蒸馏水 冲洗，得到二氧化钛纳米管薄膜。
2.如权利要求1所述的二氧化钛纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，所述的二氧化 钛纳米管薄膜的制备方法还进一步包括后处理步骤，该步骤中将经水热处理过的样品进行 干燥或者将经水热处理过的的样品经干燥后进行退火处理。
3.如权利要求2中所述的二氧化钛纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，所述干燥条 件为 40-100 0C ο
全文摘要
本发明属于纳米材料及光电子信息材料制备技术领域，具体是一种将界面化学反应与水热反应相结合的制备二氧化钛纳米管薄膜的方法。方法中以纯钛箔作为原料，将原料经化学处理后放入高压反应釜中进行水热处理得到最终产品。采用该方法制得的二氧化钛纳米管薄膜呈三维有序网络结构分布，完整性较好，与现有的模板法及阳极氧化法相比，制作简单、成本低廉，且易于大面积制备。
文档编号C30B29/16GK102115913SQ20111002427
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月22日 优先权日2011年1月22日
发明者商毅博, 姜振益, 张德恺, 林彦明, 樊君, 胡晓云, 苗慧 申请人:西北大学