專利名稱：陽極氧化法制備一維二氧化鈦陣列薄膜的方法
技術領域：
本發明是關于制備二氧化鈦陣列薄膜的方法，尤其涉及陽極氧化法制備一維二氧化鈦陣列薄膜的方法。
背景技術：
二氧化鈦(TiO2)是一種重要的寬禁帶半導體功能材料，室溫下帶隙寬度為3.0eV(金紅石)和3.2eV(銳鈦礦)，在光電領域有廣泛的應用前景，加上原材料資源豐富、價格便宜，無毒害，是近年來國際上研究熱點。由于一維TiO2陣列納米材料具有獨特的光電性質而使其在光催化、氣敏傳感器、太陽能電池等方面具有廣泛的應用前景。
目前制備高質量TiO2納米陣列所采用的方法主要有水熱法，模板法，溶劑熱法，陽極氧化法等。在這些方法中，水熱法需要較復雜的設備、較高的溫度，較高的壓力，不適合大面積制備薄膜，模板法在去除模板的過程中容易造成薄膜的塌陷和棒的破壞，大面積制備均一的薄膜也存在困難，溶劑熱法制備TiO2薄膜效率低，膜較致密，比表面較小。陽極氧化法與其它方法相比，設備簡單，反應條件溫和，無需催化劑，環境友好，是大面積制備一維TiO2有序結構的理想方法。該方法的創始人V.Zwi11ing在英國期刊《Surf.Interface Anal》(表面與界面分析)1999年27期較早報導了題為《Structure and Physicochemistry of AnodicOxide Films on Titanium and TA6V Alloy》(鈦和TA6V合金陽極氧化物薄膜的結構與物理化學)中應用該方法制備納米管陣列，采用0.5mol/l的CrO3或0.5mol/l的CrO3和0.095mol/l的HF混合溶液為電解質，調整pH至2，采用兩電極系統氧化，可在Ti片上制備出納米孔。
陽極氧化法目前存在的主要問題是以甘油基為電解質，可顯著增加陽極氧化TiO2納米管的長度，但隨著氧化時間的增加，納米管長度增加的同時，納米管陣列頂部的粗糙度增加，這在將納米管陣列應用于微組裝是相當不利的。因此，以高的生長速率制備納米級直徑的TiO2陣列的同時改進納米管陣列頂部的平整度是非常有意義的。
發明內容
為克服以甘油基為電解質陽極氧化制備納米管陣列頂部的粗糙度增加的缺點，本發明首次采用H2SO4調整電解質的pH值，改變電解液的腐蝕溶解性質，提供一種能夠控制納米管陣列頂部的粗糙度、在室溫下陽極氧化Ti片、制備具有光滑頂部的TiO2納米管陣列、同時也提高其生長速度的、工藝簡單、可規模生產的方法。
本發明通過以下技術方案予以實現。
(1)在攪拌條件下，將0.5wt％NH4F溶解于44ml水中，攪拌均勻后，加入丙三醇176ml，用H2SO4調整pH值為4.5～5.0，然后將混合溶液攪拌1h。得到穩定的透明溶液。
(2)將經過清洗的Ti片做陽極，Pt片做陰極，室溫下加直流電20V氧化8小時后，將Ti片取出，用去離子水清洗后，可以獲得一維納米TiO2陣列的薄膜材料。
所述步驟(1)的用H2SO4調整pH值為5.0。
本發明的有益效果是，在高粘度的丙三醇(甘油)基電解質溶液中，加入H2SO4調整pH值，有效抑制了局部H+濃度不均勻的現象，而且提高了電解質的離子電導，與未調整pH值的電解質相比，納米管頂部的平整度大大提高，同時也提高了納米管的生長速度，該方法制備工藝易于控制，可實現廉價的大規模生產。
圖1是現有技術的TiO2納米管陣列表面的掃描電子顯微鏡照片圖；圖2是pH值為5.0時的TiO2納米管陣列表面的掃描電子顯微鏡照片圖；圖3是pH值為4.5時的TiO2納米管陣列表面的掃描電子顯微鏡照片圖。
具體實施例方式
在攪拌條件下，將化學純的NH4F溶解于水中，攪拌均勻后，加入化學純的丙三醇(甘油)，用H2SO4調整pH值，然后將混合溶液攪拌1h。得到穩定的透明溶液。
將經過清洗的Ti片做陽極，Pt片做陰極，室溫下加直流電20V氧化8h后，將Ti片取出，用去離子水清洗后，可以獲得一維納米TiO2陣列的薄膜材料。
具體實施例的相關制備工藝詳見表1。
表1
所得一維納米TiO2陣列薄膜的有關數值見表2。
表2
由附圖和表二可以看出，現有技術的TiO2納米管的頂部凹凸不平，如圖1所示。加入H2SO4調整pH值，得到的TiO2納米管陣列表面的掃描電子顯微鏡照片，如圖2所示，當溶液pH值為5.0時，納米管頂部的平整度大大提高，而且納米管長度也由950nm增至1000nm。當用H2SO4調整溶液pH值為4.5時，如圖3所示，納米管頂部的平整度同樣改善，但納米管長度增加不顯著(950nm對930nm)。
加入H2SO4后，薄膜由垂直于襯底表面的TiO2管構成，棒尺寸規則有序，納米管頂部的平整度增加，生長速度相對未調整pH值條件下的速度有所提高(由表2中實施例1和2的平均管長度的對比可以看出)。
權利要求
1.一種陽極氧化法制備一維二氧化鈦陣列薄膜的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在攪拌條件下，將0.5wt％NH4F溶解于44ml水中，攪拌均勻后，加入丙三醇176ml，用H2SO4調整pH值為4.5～5.0，然后將混合溶液攪拌1h，得到穩定的透明溶液；(2)將經過清洗的Ti片做陽極，Pt片做陰極，室溫下加直流電20V氧化8小時后，將Ti片取出，用去離子水清洗后，可以獲得一維納米TiO2陣列的薄膜材料。
2.根據權利要求1的陽極氧化法制備一維二氧化鈦陣列薄膜的方法，其特征在于，所述步驟(1)的用H2SO4調整pH值為5.0。
全文摘要
本發明公開了一種陽極氧化法制備一維二氧化鈦陣列薄膜的方法，步驟為(1)在攪拌條件下，將0.5wt％NH
文檔編號C25D11/26GK1995494SQ20061013012
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月13日 優先權日2006年12月13日
發明者靳正國, 陰育新, 侯峰 申請人:天津大學