TiO2纳米管阵列阳极氧化制备的研究进展

综述了TiO2纳米管阵列的阳极氧化制备研究进展,尤其是制备机理、阳极氧化电压、电解液组成对其形貌的影响。此外,展望了TiO2纳米管阵列的研究前景,提出了其工业化生产工艺的研究方向和充分利用其空腔管阵结构进行改性的研究思路。     

阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列及其光电性能研究

采用阳极氧化法在钛片上制备了TiO2纳米管阵列光电极，利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（xRD）对TiO2纳米管的形貌和结构进行了表征，详细考察了氧化工艺参数对纳米管阵列形貌的影响，并通过稳态光电响应技术对TiO2纳米管电极的光电化学性能进行了研究．结果表明，在1wt％HF电解液中，控制氧化电压为20V，反应30min后，在Ti表面获得了垂直导向的TiO2纳米管阵列，孔径约为90nm，管壁厚度约为10nm．经600℃退火处理后，TiO2纳米管阵列为锐钛矿型与金红石型的混晶结构，此时电极的光电性能最佳，与TiO2纳米多孔膜电极相比，光电性能大幅提高．     

玻璃基底TiO2纳米管阵列的制备及其光电性能研究

提高二氧化钛纳米管阵列电极的机械稳定性,改善电极的透光性能,有助于提高其光电催化性能,拓展电极的应用范围.通过室温射频溅射方法在玻璃基底上溅射一层金属钛膜,然后在含0.5%HF的电解液,10V阳极氧化电压下进行阳极氧化,得到玻璃基TiO2纳米管阵列电极.扫描电子显微镜和X射线衍射分析表明,玻璃基表面形成了孔径为20～30nm,管长约130nm排列有序的锐钛矿型TiO2纳米管阵列.光电性能测试表明,玻璃基TiO2纳米管阵列与金属钛基TiO2纳米管阵列表现出相似的光电催化性能,明显优于磁控溅射制备的TiO2薄膜.     

阳极氧化TiO2纳米管阵列的制备及场发射性能

采用阳极氧化法以HF水溶液为电解液制备二氧化钛(TiO2)纳米管阵列,用场致发射扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对纳米管阵列的表面形貌、断面结构及元素组成进行表征,并使用场发射测试系统测试其场发射性能,研究了HF水溶液的pH值对TiO2纳米管阵列形貌(管径及管长)的影响。结果表明:调节电解液的pH值可改变TiO2纳米管阵列的形貌,从而提高其场发射性能。当电解液pH值为2.0时TiO2纳米管阵列的场发射开启场强降为2.52 V/μm,且具有较好的电流稳定性。     

TiO2纳米管阵列的制备工艺对其光催化性能的影响

采用阳极氧化法,在醇(丙三醇、乙二醇)-水-NH4F电解液体系中制备高度有序的TiO2纳米管阵列。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对TiO2纳米管阵列的形貌和晶型结构进行表征,讨论了阳极氧化法制备工艺(阳极氧化电压、氧化时间、电解液)对TiO2纳米管的形貌、结构及其甲基橙光催化降解性能的影响;分析了退火温度对TiO2阵列的物相及其光催化性能的影响。研究结果表明,采用高电压、增加氧化时间有利于TiO2纳米管阵列光催化的提高,在其它参数相同的情况下,采用丙三醇作为电解液制备获得的TiO2纳米管阵列较乙二醇体系具有更加优异的光催化性能。     

阳极氧化制备TiO2纳米多孔膜

分别在氢氟酸和硫酸两种电解液体系下对纯钛(TA1)试样进行阳极氧化,在钛的表面获得TiO2纳米多孔膜.利用膜的颜色的不同来判断膜的厚度的变化,用FESEM观察了孔的形貌和结构并用XRD测试了TiO2膜的晶型,进而研究了阳极氧化电压对孔径和多孔膜晶型的影响并对多孔膜的形成机理进行了阐述.     

TiO2纳米管尺寸对其生物活性的影响

以丙三醇为电解液体系制备出高有序的TiO2纳米管,通过模拟人体体液(SBF)溶液浸泡和体外细胞实验探讨不同尺寸TiO2纳米管生物活性的差异。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等对样品进行表征。结果表明,相同电压下,随着阳极氧化电压的增加,TiO2纳米管管长和管径呈增加趋势。通过羟基磷灰石(HA)的沉积情况、MG-63细胞粘附情况、MTT检测分析,可以得出,随TiO2纳米管管长和管径的增加,诱导HA沉积能力和促进细胞粘附增殖能力增强,表现出较好的生物活性。     

阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列作为锂离子电池负极的研究进展

阳极氧化法制备的三维有序TiO2纳米管阵列在光催化、光伏器件及半导体等研究领域中的应用研究较为广泛,而在锂离子电池中作为负极材料的文献报道则比较少。实际上,三维有序TiO2纳米管阵列作为锂离子电池的负极活性材料时,具有比表面积大,锂离子扩散距离短,无需额外的粘结剂和导电剂等诸多优点,故已成为近几年来的国际研究热点之一。本文首次综述了阳极氧化法制备的三维有序TiO2纳米管阵列作为锂离子电池负极活性材料的最新研究进展。     

TiO2纳米管阵列膜的制备及对304不锈钢的光生阴极保护效应

应用电化学阳极氧化法在Ti表面构筑不同的TiO2纳米管阵列膜。采用XRD、SEM、XPS表征薄膜的结构、形貌和组成。通过电化学阻抗谱及电位随时间变化的测试,考察TiO2薄膜的光生阴极保护效应。结果表明薄膜主要由锐钛矿型的TiO2纳米管阵列组成,当304不锈钢耦连于紫外光照下的TiO2薄膜电极时,其界面反应电阻变小,电极电位显著降低,说明TiO2纳米管薄膜能够对不锈钢产生良好光生阴极保护效应,特别是掺Fe的TiO2薄膜在光照时可使不锈钢电位降低约450mV,而且在暗态时也能较长时间保持对不锈钢的阴极保护作用。     

直流脉冲阳极氧化制备TiO2纳米管阵列及其特性研究

在乙二醇＋0．5％（质量分数）NH扩的电解质溶液中利用单向直流脉冲电源阳极氧化方法，在电压为40-60v之间制备了直径为90-142nm、管壁厚度为21．8-17nm的TiO2纳米管，SEM测试表明TiO2纳米管的形貌和生长速度密切依赖于氧化处理的电参数，同时通过XRD和Uv-Vis等检测手段对TiO2纳米管退火前后的特性进行了研究。     

Bioactivity of zirconia nanotube arrays fabricated by electrochemical anodization

Zirconia nanotubes with a diameter of 50 nm and a length of 20 μm were fabricated by anodic oxidation of zirconium in (NH₄)₂SO₄ electrolyte containing NH₄F. The structure and phase composition of the zirconia nanotube layers were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscope (TEM) and X-ray diffraction (XRD). The bioactivity was assessed by investigating the formation of apatite on the surface of zirconia nanotubes after soaking in simulated body fluids (SBF) for 20–30 days. The results indicate that bone-like apatite can be formed on the surface of the zirconia nanotube layers in our SBF immersion experiments. Microstructure of zirconia nanotubes with apatite layer was observed by SEM. Substance and phase compositions were characterized respectively by energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) and XRD. Our results show that zirconia nanotube layers fabricated by electrochemical anodization exhibit favorable bioactivity.     

钛阳极氧化制备TiO2-PTFE复合氧化膜及其微观特征

探讨了在不同电流、电解液浓度下,对钛表面进行阳极氧化所制得的氧化膜的结构与工艺参数之间的关系.然后,在硫酸电解液中添加聚四氟乙烯(PTFE)乳液,从而在钛表面制备TiO2-PTFE复合薄膜.用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等对薄膜的微观特征进行表征.扫描电镜结果显示,所获得的氧化物为多孔结构薄膜,孔径为200～300nm,有利于电解液中超细颗粒的填充.添加PTFE乳液后,钛阳极氧化膜的孔隙部分或全部被PTFE微粒填充. XPS分析结果表明氧化膜内含有F元素.     

TiO_2纳米管阵列的制备及其光电化学性质研究

以H3PO4/NH4F水溶液为电解液,在20V下阳极氧化钛片1h制得TiO2纳米管阵列,其管径约为100nm,管长约800nm。经不同温度煅烧后,利用FESEM、XRD和光电化学分析测试系统分别对纳米管阵列的形貌结构、晶相组成以及光电化学性质进行研究。光电化学特性研究结果表明600℃热处理后性能最佳。当前体系中所制备的薄膜结构上高度有序,光电化学性质优良,作为光电极材料在太阳能光电转换、光催化等领域具有广阔的应用前景。     

Preparation of near micrometer-sized TiO2 nanotube arrays by high voltage anodization

Highly ordered TiO₂ nanotube arrays with large diameter of 680–750 nm have been prepared by high voltage anodization in an electrolyte containing ethylene glycol at room temperature. To effectively suppress dielectric breakdown due to high voltage, pre-anodized TiO₂ film was formed prior to the main anodizing process. Vertically aligned, large sized TiO₂ nanotubes with double-wall structure have been demonstrated by SEM in detail under various anodizing voltages up to 225 V. The interface between the inner and outer walls in the double-wall configuration is porous. Surface topography of the large diameter TiO₂ nanotube array is substantially improved and effective control of the growth of large diameter TiO₂ nanotube array is achieved. Interestingly, the hemispherical barrier layer located at the bottom of TiO₂ nanotubes formed in this work has crinkles analogous to the morphology of the brain cortex. These structures are potentially useful for orthopedic implants, storage of biological agents for controlled release, and solar cell applications.     

磁控溅射TiO_2纳米管阵列与其组装的杂化太阳能电池

采用直流磁控溅射-热处理二步法在多孔阳极氧化铝模板上制备出TiO2纳米管阵列膜。将纳米管阵列膜转移到ITO导电玻璃,并分别与P3HT和P3HT∶PCBM组装成杂化太阳能电池。通过扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪和模拟太阳光光电性能测试系统化对TiO2纳米管阵列膜和其组装的太阳能电池进行了分析表征。在纳米管阵列膜和ITO玻璃之间加入TiO2结合层的P3HT∶PCBM基杂化太阳能电池表现出最好的转换效率。该方法制备的大面积TiO2纳米管阵列膜,纯度高、工艺稳定,在未来的聚合物太阳能电池商业化应用中具有巨大潜力。     

Fabrication of high aspect ratio zirconia nanotube arrays by anodization of zirconium foils

The zirconia nanotube arrays with diameter of about 130 nm, a length of up to 190 μm and aspect ratios of more than 1400 were prepared by anodizing a zirconium foil in mixture of formamide and glycerol (volume ratio = 1:1) containing 1 wt.% NH₄F and 3 wt.% H₂O. The as-prepared nanotube arrays were amorphous zirconia. Monoclinic and tetragonal zirconia coexisted when annealed at 400 °C and 600 °C, while monoclinic zirconia was obtained at 800 °C. The ZrO₂ nanotubes retained their shape after heating up to 800 °C. The lower dissolving rate of zirconia in organic electrolytes might be the main reason for fabrication of zirconia nanotube arrays with high aspect ratio.     

Ni纳米管阵列的选择性刻蚀法制备及磁性质

采用基于氧化铝模板的电化学共沉积方法合成了Ni/Cu纳米电缆有序阵列,通过电化学选择刻蚀纳米电缆的铜核,制备了多晶Ni纳米管有序阵列。Ni纳米管有序阵列表现出明显的单轴磁各向异性,易磁化轴沿着纳米管方向。这种具有磁各向异性的有序阵列在高密度垂直磁记录材料中具有潜在的应用前景。     

阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列的形貌

采用阳极氧化法,以NH4F-乙二醇-水溶液为电解质,在钛片上制备了TiO2纳米管阵列,并研究了电解电压和电极距离对TiO2多孔薄膜形貌的影响。结果表明,通过优化电解电压,可以调控二氧化钛纳米管阵列的内径在20～145nm之间;通过调节两电极间的间距,在金属钛片上制备了完整的二氧化钛纳米孔阵列。并采用有限元模拟二氧化钛层中的电流密度分布,探讨了二氧化钛纳米管阵列和纳米孔阵列的形成。