一種三維形貌可控的TiO₂納米管陣列制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于TiO2納米管陣列的制備領(lǐng)域，具體為一種三維形貌可控的TiO2納米管陣列制備方法，本方法首先改變鈦基底表面的粗糙度，再利用電化學(xué)陽極氧化法在鈦基底表面構(gòu)筑形貌可控的TiO2納米管陣列。具體包括以下步驟：先將金屬鈦基底清洗干凈，然后配置改變粗糙度的化學(xué)腐蝕液，通過控制鈦基底在腐蝕液中的腐蝕時間，可以得到不同粗糙度的基底材料。配置的電解液，溶質(zhì)為氟化銨，溶劑為乙二醇，按照質(zhì)量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%。用石墨作為對電極進行電化學(xué)陽極氧化，在不同粗糙度的鈦基底上獲得不同三維結(jié)構(gòu)的TiO2納米管陣列膜，其結(jié)構(gòu)有序、形貌可控、管長及厚度可控，且形成的納米管膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易脫落。
【專利說明】
一種三維形貌可控的T i O2納米管陣列制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種T12納米管陣列及其制備方法，是通過改變鈦基底的粗糙度，使用電化學(xué)陽極氧化法在金屬鈦表面構(gòu)筑三維形貌可控的T12納米管陣列的方法，具體為一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米T12是一種重要的無機功能材料，因具有濕敏、氣敏、介電效應(yīng)、光電轉(zhuǎn)換以及優(yōu)越的光催化等性能，使其在傳感器、介電材料、自潔材料、太陽能電池和光催化降解污染物等高科技領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。T12納米管，因為具有尺寸可控和高度有序的特性，相對于納米棒、納米線等其他一維納米結(jié)構(gòu)而言，具有更大的比表面積，可以提供更多的活性中心，使得T12納米管在光催化、光電池以及超級電容器等方面具有更優(yōu)良的性能。T12納米管的制備技術(shù)到目前為止仍不夠完善，各種制備方法各有不足之處，需要優(yōu)化工藝條件或探索新方法來改進Ti02納米管的制備技術(shù)。
[0003]目前，已有大量文獻報道陽極氧化電壓、時間和電解液成分以及濃度等因素對Ti02納米管形貌的影響。在一定的范圍內(nèi)，Ti02納米管的管徑隨著陽極氧化電壓的增加而增加;在陽極氧化的初期，T12納米管的長度隨陽極氧化時間的延長而增加;隨著電解液濃度的變化，納米管的管壁厚度會發(fā)生相應(yīng)的改變。然而以上因素在納米管合成的過程中對納米管的形貌都只能產(chǎn)生單一的影響，在實際的操作中很難達到納米管各種參數(shù)的合理調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于通過控制鈦片基底的粗糙度，改變納米管形貌，從而實現(xiàn)T12納米管的可控制備，提供了一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法。
[0005]本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，包括以下步驟:
1)將基底材料清洗干凈備用:基底材料鈦片在陽極氧化前分別在丙酮、乙醇以及去離子水中超聲清洗；
2)配置改變粗糙度的腐蝕液，并將清洗干凈的鈦片放入腐蝕液中進行化學(xué)腐蝕40秒?120秒，腐蝕液由HF、HN03和水混合而成，其中HF、HN03和水的摩爾體積比為3:6:100；
3 )腐蝕結(jié)束后夾出鈦片，在去離子水中超聲清洗十分鐘，除去表面殘留的腐蝕液；
4)配置電解液，所配置電解液的溶質(zhì)為氟化銨，溶劑為乙二醇，按質(zhì)量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%，等溶質(zhì)氟化銨完全溶解后將鈦片放入電解液中，開始陽極氧化；
5)用石墨作為對電極進行陽極氧化，即可在基底材料表面獲得高度有序的T12納米管陣列。
[0006]上述的一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，所述的鈦片厚度為0.127mm，純度為99%，已退火。
[0007]上述的一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，陽極氧化的電壓為50伏。
[0008]上述的一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，陽極氧化時間為24小時。
[0009]上述的一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，陽極氧化時鈦片跟石墨電極相距3cm。
[0010]與現(xiàn)有的制備T12納米管陣列的方法相比，由于本發(fā)明在陽極氧化前對鈦片進行了預(yù)處理，改變了鈦基底的粗糙度，使得在相同的陽極氧化條件下，可以制備出不同管徑及管長的納米管陣列，因此可僅通過改變鈦基底的粗糙度，來改變納米管形貌，達到對納米管各種參數(shù)合理調(diào)控的目的，經(jīng)過處理的鈦片生成的納米管分布均勻，排列整齊，與金屬鈦基底結(jié)合牢固不易脫落。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施例1制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管內(nèi)徑正面圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實施例3制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管內(nèi)徑正面圖。
[0013]圖3為本發(fā)明實施例1制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管外徑側(cè)面圖。
[0014]圖4為本發(fā)明實施例3制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管外徑側(cè)面圖。
[0015]圖5為本發(fā)明實施例1制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管長側(cè)面圖。
[0016]圖6為本發(fā)明實施例3制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管長側(cè)面圖。
【具體實施方式】
[0017]實施例一:
一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，包括以下步驟:
1)將基底材料清洗干凈備用:基底材料鈦片在陽極氧化前分別在丙酮、乙醇以及去離子水中超聲清洗，所選用的鈦片厚度為0.127mm，純度為99%，已退火；
2)配置改變粗糙度的腐蝕液，并將清洗干凈的鈦片放入腐蝕液中進行化學(xué)腐蝕40秒，腐蝕液由HF、HN03和水混合而成，其中HF、HN03和水的摩爾體積比為3:6:100;
3)腐蝕結(jié)束后迅速夾出鈦片，在去離子水中超聲清洗十分鐘，除去表面殘留的腐蝕液；
4)配置電解液，所配置電解液的溶質(zhì)為氟化銨，溶劑為乙二醇，按質(zhì)量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%，等溶質(zhì)氟化銨完全溶解后將鈦片放入電解液中，開始陽極氧化；
5)用石墨作為對電極進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為50伏，陽極氧化時間為24小時，即可在基底材料表面獲得高度有序的T12納米管陣列，鈦片跟石墨電極相距3cm;
6)陽極氧化完畢后將生成納米管的鈦片在無水乙醇中超聲清洗一分鐘，除去納米管表層殘留的電解液，然后用去離子水沖洗后晾干即可。
[0018]實施例二:
一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，包括以下步驟:
1)將基底材料清洗干凈備用:基底材料鈦片在陽極氧化前分別在丙酮、乙醇以及去離子水中超聲清洗，所選用的鈦片厚度為0.127mm，純度為99%，已退火；
2)配置改變粗糙度的腐蝕液，并將清洗干凈的鈦片放入腐蝕液中進行化學(xué)腐蝕80秒，腐蝕液由HF、HN03和水混合而成，其中HF、HN03和水的摩爾體積比為3:6:100;
3)腐蝕結(jié)束后迅速夾出鈦片，在去離子水中超聲清洗十分鐘，除去表面殘留的腐蝕液；
4)配置電解液，所配置電解液的溶質(zhì)為氟化銨，溶劑為乙二醇，按質(zhì)量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%，等溶質(zhì)氟化銨完全溶解后將鈦片放入電解液中，開始陽極氧化；
5)用石墨作為對電極進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為50伏，陽極氧化時間為24小時，即可在基底材料表面獲得高度有序的T12納米管陣列，鈦片跟石墨電極相距3cm;
6)陽極氧化完畢后將生成納米管的鈦片在無水乙醇中超聲清洗一分鐘，除去納米管表層殘留的電解液，然后用去離子水沖洗后晾干即可。
[0019]實施例三:
一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，包括以下步驟:
1)將基底材料清洗干凈備用:基底材料鈦片在陽極氧化前分別在丙酮、乙醇以及去離子水中超聲清洗，所選用的鈦片厚度為0.127mm，純度為99%，已退火；
2)配置改變粗糙度的腐蝕液，并將清洗干凈的鈦片放入腐蝕液中進行化學(xué)腐蝕120秒，腐蝕液由HF、HN03和水混合而成，其中HF、HN03和水的摩爾體積比為3:6:100;
3)腐蝕結(jié)束后迅速夾出鈦片，在去離子水中超聲清洗十分鐘，除去表面殘留的腐蝕液；
4)配置電解液，所配置電解液的溶質(zhì)為氟化銨，溶劑為乙二醇，按質(zhì)量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%，等溶質(zhì)氟化銨完全溶解后將鈦片放入電解液中，開始陽極氧化；
5)用石墨作為對電極進行陽極氧化，陽極氧化的電壓為50伏，陽極氧化時間為24小時，即可在基底材料表面獲得高度有序的T12納米管陣列，鈦片跟石墨電極相距3cm;
6)陽極氧化完畢后將生成納米管的鈦片在無水乙醇中超聲清洗一分鐘，除去納米管表層殘留的電解液，然后用去離子水沖洗后晾干即可。
[0020]鈦片表面的粗糙度采用AFM中的均方根值Rq來表征，腐蝕40秒時的Rq為43nm，80秒是時的Rq為63nm，120秒時的Rq為88nm。本實施例中所述的陽極氧化電壓為50伏，氧化時間為24小時，實驗所獲得T12納米管的長度到了 10-15μπι，管內(nèi)徑為82-125nm，外徑為170-347Mi，在不同的粗糙度下可以獲得不同參數(shù)的納米管。
【主權(quán)項】
1.一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將基底材料清洗干凈備用:基底材料鈦片在陽極氧化前分別在丙酮、乙醇以及去離子水中超聲清洗； 2)配置改變粗糙度的腐蝕液，并將清洗干凈的鈦片放入腐蝕液中進行化學(xué)腐蝕40秒?120秒，腐蝕液由HF、HN03和水混合而成，其中HF、HN03和水的摩爾體積比為3:6:100； 3)腐蝕結(jié)束后夾出鈦片，在去離子水中超聲清洗十分鐘，除去表面殘留的腐蝕液； 4)配置電解液，所配置電解液的溶質(zhì)為氟化銨，溶劑為乙二醇，按質(zhì)量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%，等溶質(zhì)氟化銨完全溶解后將鈦片放入電解液中，開始陽極氧化； 5)用石墨作為對電極進行陽極氧化，即可在基底材料表面獲得高度有序的T12納米管陣列。2.如權(quán)利要求1所述的一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，其特征在于所述的鈦片厚度為0.127mm，純度為99%，已退火。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，其特征在于陽極氧化的電壓為50伏。4.如權(quán)利要求1或2所述的一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，其特征在于陽極氧化時間為24小時。5.如權(quán)利要求1或2所述的一種三維形貌可控的T12納米管陣列制備方法，其特征在于陽極氧化時鈦片跟石墨電極相距3cm。
【文檔編號】C25D11/26GK105908241SQ201610511591
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】李廷魚, 李剛, 史建芳, 胡杰, 王帥, 桑勝波, 李朋偉
【申請人】太原理工大學(xué)