有机电解液中氧化钛纳米管的形成机理研究(2)

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3.2 电解液温度对PATNT自组织的影响 12

3.2.1 电解液温度对自组织影响的传统观点 12

3.2.2 电解液温度对PATNT表面形貌的影响 12

3.3 阳极氧化时间对PATNT自组织的影响 13

3.3.1 阳极氧化时间对自组织影响的传统观点 13

3.3.2 阳极氧化时间对PATNT表面形貌的影响 14

3.4 阳极氧化电流密度对PATNT自组织的影响 15

3.4.1 阳极氧化电流密度对自组织影响的传统观点 15

3.4.2 阳极氧化电流密度对PATNT表面形貌的影响 15

3.5 本章小结 16

4 氧气气泡模具效应的验证 17

4.1 真空条件对PATNT自组织的影响 17

4.2 加入还原剂对PATNT自组织的影响 18

4.3 本章小结 19

全文结论 21

致谢 22

参考文献 23

1 绪论

1.1 多孔阳极氧化钛纳米管的研究背景及意义

TiO2是一种十分重要的无机功能性材料，它也是一种比较常见的过渡金属氧化物，已应用在在化妆品、颜料涂料、环境光催化等领域，并且受到了广泛关注。阳极氧化钛薄膜，尤其是多孔阳极氧化钛纳米管，在过去的一段时间内已经引起了广泛的兴趣，与TiO2纳米粉体、纳米膜比较，多孔TiO2纳米管阵列具有更大的比表面积，从而就具有更大的表面面积光催化作用，这样就有望于进一步提高TiO2在光电转化和其它领域的应用性能[1]。除此之外，因为TiO2有相对较好的生物相容性[2]，使得钛阳极氧化膜在半导体光解水制氢[3]，氢气遥感[4]，染料敏化太阳能电池[5]，自清洁，光生阴极保护材料[6]，低维纳米材料和生物医学等领域显示出巨大的应用前景[7]。

纳米材料的制备方法有很多种，比如电化学阳极氧化法、水热合成法和模板合成法等等，而在其中电化学阳极氧化法是一种成本比较低廉的、可用于制备比较规整的TiO2纳米管阵列的实验方法，其操作简单方便且不需要具备真空高温等比较严苛的实验条件，因而这种制备纳米管的方法逐渐获得了人们的青睐。制备TiO2纳米管时，通过采用阳极氧化技术，得到的纳米管阵列分布均匀，阵列的排列形式均匀且非常整齐，纳米管能够牢固地结合在金属钛导电基底，经过冲刷等作用的情况下将不那么容易掉落下来。这样制得的材料具有非常高的有序结构和极低的团聚程度，同时又有很高的量子效应[8]。

阳极氧化是一个电化学过程可增加在金属表面自然氧化层厚度使用不同的电解质基板：一个紧凑的非多孔阳极氧化层形成在近中性电解质的氧化物薄膜不溶解或双阳极膜具有多孔在一个适当的顶上形成致密的氧化层的氧化层电解质在氧化膜溶解缓慢产生。多孔氧化膜，氧化膜的形成和之间的平衡溶解是至关重要的，因为一个压倒性的溶解在一个积极的电解质的氧化层会导致电解抛光金属表面的。

钛的阳极氧化一般采用高纯钛片在含F-电解液中进行，电解液一般为酸性或者中性，但是在不同的电解液中制备出来的氧化钛纳米管的长度不同：第一代纳米管是在含HF酸性（PH﹤3）的水溶液中制得的；第二代纳米管是在酸性较弱（PH=3~6）的含F-电解液中制备的，主要是由氟化铵的水溶液；第三代纳米管是在含水量很低的有机电解液中制备的[9]。与含水较多的电解液相比，有机电解液的粘度较大，因此氟离子的扩散速度就会减小，从而使得TiO2纳米管的生长速度与溶解的速度达到平衡的时间就会延长，而导致阳极氧化的时间延长，就可以制备出长径比更大、平整光滑的纳米管阵列。