一種具有核殼結構的TiN/TiO2三維納米線陣列及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有核殼結構的TiN/TiO2三維納米線陣列及其制備方法，具體方法是將預處理好的Ti網在水熱條件下制備出TiO2納米線陣列的前驅體，隨后對前驅體在空氣中進行煅燒處理，制備出三維TiO2納米線陣列，隨后在高真空條件下采用磁控濺射方法在TiO2表面進行TiN的可控沉積，從而獲得三維核殼結構的TiN/TiO2納米線陣列。其中TiN/TiO2納米線的直徑尺寸為40?150nm，本發明的制備方法具有簡單、穩定、尺寸、純度可控的特點，有利于大規模工業化生產。
【專利說明】
一種具有核殼結構的T i N/T i O2三維納米線陣列及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種納米結構領域，具體是涉及一種具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著納米技術的發展，核殼結構納米復合材料成為復合材料、納米材料等領域研究的熱點。核殼結構的納米復合材料一般由中心的核以及包覆在外部的殼組成，核殼結構的納米復合材料中的內核與外殼之間通過物理、化學作用相互連接。廣義的核殼結構不僅包括由不同物質組成的具有核殼結構的納米復合材料，還包括中空微球、微膠囊等納米復合材料。由于核殼結構的納米復合材料具有許多獨特的物理和化學特性，在超疏水表面涂層、材料學、化學、磁學、電學、光學、生物醫學、催化等領域都具有潛在的應用價值。在核殼材料方面的綜述文獻較多，主要對核殼材料的結構類型進行了分類綜述，并對其應用進行了闡述。核殼材料一般包括無機/有機，無機/無機，有機/有機，以及空心球、微膠囊等。目前T12核殼結構的常用制備方法主要有旋涂法，化學溶液法等。核殼材料的殼層不僅可以調整納米粒子的表面特性，改變其表面電荷密度、表面活性、官能團、反應性、生物相容性、穩定及分散性；同時還可以通過特殊梯度結構，將外殼粒子特有的超疏水性能、催化活性、電學性能、生物醫藥性能和光學性質等賦予內核微粒。納米復合材料作為新型的功能材料在光學、磁學、催化、藥物載體等領域顯示出巨大的應用潛力，但是核殼結構納米復合材料在制備與應用過程中仍存在許多問題，隨著理論研究和制備工藝的完善，納米復合材料有待于進一步的研究和完善。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種簡單可控的核殼結構及其制備方法，可以在具有良好電導特性的鈦網上獲得形貌規則、尺寸可控的TiN/T12三維納米線陣列。
[0004]為了解決以上技術問題，本發明提供如下技術方案:
[0005]—種具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列，直接生長于鈦網表面，具有三維立體結構，TiN/Ti02納米線直徑為40-150nm。
[0006]優選地，TiN/Ti02納米線分布均勻，尺寸規則。
[0007]優選地，所述的具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列的制備方法，具體步驟如下:
[0008](I)將鈦網依次置于丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗，最后取出放在濾紙上自然晾干；
[0009](2)將預處理好的鈦網放入裝有NaOH溶液的反應釜中，在烘箱中于210_230°C反應14-16h，取出鈦網后置于稀鹽酸中浸泡后取出鈦網，用去離子水沖洗，沖洗后自然晾干；
[0010](3)將步驟(2)中晾干后的鈦網在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為550-650V，保溫時間為1.8-2.2小時；
[0011](4)將步驟(3)得到的產物放入磁控濺射沉積系統的真空室，以TiN作為濺射的靶材，射頻功率設為90-110W，濺射15-30min，得到核殼結構的TiN/Ti02納米線陣列。
[0012]優選地，步驟(I)的具體過程如下:將鈦網置于裝有丙酮的燒杯中超聲清洗8-12min，然后放入裝有乙醇的燒杯中超聲清洗8-12min，取出后放入裝有去離子水的燒杯中再超聲清洗8_12min，最后取出放在濾紙上自然瞭干。
[0013]優選地，步驟⑵中NaOH溶液的濃度為ImoI/L，稀鹽酸的濃度為0.1moI/L。
[0014]優選地，步驟(2)中鈦網在稀鹽酸中浸泡時間為15-25min。
[0015]與已有技術相比，本發明的有益效果體現在:
[0016]1、一方面在水熱法制備的T i O 2納米線陣列的前提下，采用磁控濺射的方法實現TiN的尺寸可控濺射，從而獲得具有尺寸均勻核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列；
[0017]2、鈦網作為基底具有良好的電導特性，從而為此三維核殼納米線陣列在電催化、光電器件方面的應用提供了良好的基礎和前提；
[0018]3、此制備方法具有簡單、穩定、尺寸、純度可控的特點，有利于大規模工業化生產；
[0019]4、此種方法可以拓展到其它能適用于磁控濺射的材料體系，獲得具有不同材料組合的三維核殼納米線陣列結構。
【附圖說明】
[0020]圖1、2為本發明中實施例1所制備的具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列不同放大倍數的掃描電子照片；
[0021]圖3、4為本發明中實施例2所制備的具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列不同放大倍數的掃描電子照片；
[0022]圖5為本發明的具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列的X射線光電子能譜。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體事例針對本發明作進一步說明。
[0024]實施例1
[0025]一種具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列的制備方法，具體步驟如下:
[0026](I)將鈦網置于裝有丙酮的燒杯中超聲清洗lOmin，然后放入裝有乙醇的燒杯中超聲清洗1min，取出后放入裝有去離子水的燒杯中再超聲清洗1min,最后取出放在濾紙上自然晾干；
[0027](2)將預處理好的鈦網放入裝有Imol/LNaOH溶液的反應釜中，在烘箱中220°C反應15h，取出鈦網后置于0.lmol/L的稀鹽酸中浸泡一段時間使鈉離子與氫離子充分進行離子交換，然后取出鈦網，用去離子水沖洗，沖洗后自然晾干；
[0028]此步驟中，鈦網和NaOH溶液反應形成Na2Ti2O5,在稀鹽酸中浸泡20min后形成T12的前驅體。
[0029](3)將步驟(2)中晾干后的鈦網在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度600°C，保溫時間為2小時得到T12;
[0030](4)將步驟(3)制備好的T12放入磁控濺射沉積系統的真空室，以TiN作為濺射的靶材，射頻功率設為100W，濺射15min，從而在T12納米線陣列的表面沉積一層TiN，得到核殼結構的TiN/Ti02納米線陣列。
[0031]本實例所制備的核殼結構的TiN/Ti02納米線陣列有序度高，納米線直徑尺寸為40-80nm，所制備的核殼結構的TiN/Ti02納米線陣列形貌如圖1、2所示。
[0032]實施例2
[0033]一種具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列的制備方法，具體步驟如下:
[0034](I)將鈦網置于裝有丙酮的燒杯中超聲清洗lOmin，然后放入裝有乙醇的燒杯中超聲清洗1min，取出后放入裝有去離子水的燒杯中再超聲清洗1min,最后取出放在濾紙上自然晾干；
[0035](2)將預處理好的鈦網放入裝有Imol/LNaOH溶液的反應釜中，在烘箱中220°C反應15h，取出鈦網后置于0.lmol/L的稀鹽酸中浸泡一段時間使鈉離子與氫離子充分進行離子交換，然后取出鈦網，用去離子水沖洗，沖洗后自然晾干；
[0036]此步驟中，鈦網和NaOH溶液反應形成Na2Ti2O5,在稀鹽酸中浸泡20min后形成T12的前驅體。
[0037](3)將步驟(2)中晾干后的鈦網在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度600°C，保溫時間為2小時得到T12;
[0038](4)將步驟(3)制備好的T12放入磁控濺射沉積系統的真空室，以TiN作為濺射的靶材，射頻功率設為100W，濺射30min，從而在T12納米線陣列的表面沉積一層TiN，得到核殼結構的TiN/Ti02納米線陣列。
[0039]本實例所制備的核殼結構的TiN/Ti02納米線陣列有序度高，納米線直徑尺寸為100-150nm，所制備的核殼結構的TiN/Ti02納米線陣列形貌如圖3、4所示。
[0040]圖5為本發明的具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列的X射線光電子能譜，從圖5可以看出濺射后有TiN。
[0041]以上內容僅僅是對本發明的構思所作的舉例和說明，所屬本技術領域的技術人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發明的構思或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列，其特征在于:直接生長于鈦網表面，具有三維立體結構，TiN/Ti02納米線直徑為40-150nm。2.根據權利要求1所述的具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列，其特征在于:TiN/T12納米線分布均勻，尺寸規則。3.根據權利要求1所述的具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列的制備方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)將鈦網依次置于丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗，最后取出放在濾紙上自然晾干； (2)將預處理好的鈦網放入裝有NaOH溶液的反應釜中，在烘箱中于210-230°C反應14-16h，取出鈦網后置于稀鹽酸中浸泡后取出鈦網，用去離子水沖洗，沖洗后自然晾干； (3)將步驟(2)中晾干后的鈦網在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為550-650°C，保溫時間為1.8-2.2 小時； (4)將步驟(3)得到的產物放入磁控濺射沉積系統的真空室，以TiN作為濺射的靶材，射頻功率設為90-110W，濺射15-30min，得到核殼結構的TiN/Ti02納米線陣列。4.根據權利要求3所述的具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列的制備方法，其特征在于:步驟(I)的具體過程如下:將鈦網置于裝有丙酮的燒杯中超聲清洗8_12min，然后放入裝有乙醇的燒杯中超聲清洗8-12min，取出后放入裝有去離子水的燒杯中再超聲清洗8-12min，最后取出放在濾紙上自然瞭干。5.根據權利要求3所述的具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列的制備方法，其特征在于:步驟(2)中NaOH溶液的濃度為ImoI/L，稀鹽酸的濃度為0.1moI/L。6.根據權利要求3所述的具有核殼結構的TiN/Ti02三維納米線陣列的制備方法，其特征在于:步驟(2)中鈦網在稀鹽酸中浸泡時間為15-25min。
【文檔編號】B82Y40/00GK106086881SQ201610416344
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月8日 公開號201610416344.X, CN 106086881 A, CN 106086881A, CN 201610416344, CN-A-106086881, CN106086881 A, CN106086881A, CN201610416344, CN201610416344.X
【發明人】張勇, 田茶, 湯凱, 彭昊, 崔接武, 秦永強, 鄭紅梅, 王巖, 吳玉程
【申請人】合肥工業大學