一種三維形貌可控的TiO₂納米管陣列制備方法

一種三維形貌可控的TiO₂納米管陣列制備方法
【專利摘要】本發明屬于TiO2納米管陣列的制備領域，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，再利用電化學陽極氧化法在鈦基底表面構筑形貌可控的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，溶質為氟化銨，溶劑為乙二醇，按照質量百分比，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陽極氧化，在不同粗糙度的鈦基底上獲得不同三維結構的TiO2納米管陣列膜，其結構有序、形貌可控、管長及厚度可控，且形成的納米管膜結構穩定，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
技術領域
[0001]本發明涉及一種T12納米管陣列及其制備方法，是通過改變鈦基底的粗糙度，使用電化學陽極氧化法在金屬鈦表面構筑三維形貌可控的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】
[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、光電轉換以及優越的光催化等性能，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域有廣泛的應用前景。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構而言，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良的性能。T12納米管的制備技術到目前為止仍不夠完善，各種制備方法各有不足之處，需要優化工藝條件或探索新方法來改進Ti02納米管的制備技術。
[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，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生相應的改變。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生單一的影響，在實際的操作中很難達到納米管各種參數的合理調控。

【發明內容】

[0004]本發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]本發明是采用如下的技術方案實現的: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為氟化銨，溶劑為乙二醇，按質量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%，等溶質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]與現有的制備T12納米管陣列的方法相比，由于本發明在陽極氧化前對鈦片進行了預處理，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合理調控的目的，經過處理的鈦片生成的納米管分布均勻，排列整齊，與金屬鈦基底結合牢固不易脫落。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明實施例1制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管內徑正面圖。
[0012]圖2為本發明實施例3制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管內徑正面圖。
[0013]圖3為本發明實施例1制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管外徑側面圖。
[0014]圖4為本發明實施例3制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管外徑側面圖。
[0015]圖5為本發明實施例1制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管長側面圖。
[0016]圖6為本發明實施例3制備的Ti02納米管陣列的掃描電鏡管長側面圖。
【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為氟化銨，溶劑為乙二醇，按質量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%，等溶質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為氟化銨，溶劑為乙二醇，按質量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%，等溶質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為氟化銨，溶劑為乙二醇，按質量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%，等溶質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的納米管。
【主權項】
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為氟化銨，溶劑為乙二醇，按質量百分比，氟化銨的含量為電解液總量的0.25%，等溶質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