[发明专利]一种分叉型二氧化钛纳米管阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料的制备方法，特别属于分叉型二氧化钛纳米管的制备方法。

背景技术

二氧化钛纳米管阵列在光电、电磁及催化等领域有广泛的应用。CN201310177510提供了一种三维有序金属纳米管阵列电极及其制备方法：将多孔膜固定在电极表面，通过电化学沉积在电极表面直接向多孔膜的孔道内生长纳米短棒阵列，向多孔膜的孔道内继续化学沉积或电化学沉积合金纳米管，对合金纳米管阵列电极去合金化，得到具有管壁带孔的贵金属纳米管阵列电极，在除膜液中去除多孔膜模板，得到与电极整合一体的三维有序贵金属纳米管阵列电极。CN201310370880提供了一种二氧化钛纳米管的制备方法。其制备方法是：将钛片放入配好的乙醇与丙酮的混合溶液或异丙醇与丙酮的混合溶液中，然后置于超声仪中超声波处理；将钛片、石墨置于氢氟酸电解液溶液中，并在常温状态下，以钛片为阳极、石墨为阴极，进行阳极氧化，将氧化后的钛片进行冲洗，超声波处理，并焙烧，冷却得到二氧化钛纳米管。CN200610035732提供了一种高长径比二氧化钛纳米管阵列的制备方法。其制备方法是：将基底材料表面打磨，清洗干净；配制电解液，并加入醇类添加剂；用金属板作为对电极进行电化学阳极氧化，即可在基底材料表面获得具有高长径比的TiO2纳米管阵列膜。CN201410143733提供了一种脉冲阳极氧化制备高度有序二氧化钛纳米管阵列薄膜制备的方法。其制备方法是：用方波阳极氧化技术在金属钛基体表面原位合成高度有序的二氧化钛纳米管阵列薄膜。获得的二氧化钛纳米管阵列薄膜是具有高度有序的二氧化钛纳米管阵列薄膜。上述的制备方法存在成本过高的缺陷，或只能制得单一孔径的纳米管阵列，难以得到预期的形貌。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种形貌可控的二氧化钛纳米管阵列的制备方法。

本发明解决技术问题的技术方案为：一种分叉型二氧化钛纳米管阵列的制备方法，包括以下步骤：预处理工序、阳极氧化工序、退火工序。

所述的预处理工序依次包括：

1)高温退火工序：将钛片在乙醇中清洗后，烘干，然后放入马弗炉中，以5-15度/分钟程序升温至450-530度，保温4-6h，随炉自然冷至室温；

2)超声清洗工序：将高温退火好的钛片放在乙醇溶液(乙醇：去离子水的体积比为1：1-2)中在超声波浴中超声震荡10-20min，接着用去离子水清洗干净、风干待用；

3)化学抛光工序：在室温的情况下，将上述已经超声清洗的钛片，放置在0.01-0.05mol/L的氢氟酸溶液中，浸泡5-20分钟，抛光完以后立即用去离子水冲洗，转移至氧化槽；

所述的阳极氧化工序包括以下步骤：

4)一次阳极氧化工序：室温下，用石墨片作阴极，电化学抛光好的钛片为阳极，在含0.1-0.3wt％氟化钠(氟化铵)的甘油溶液中阳极氧化1-3h，电压为30-60V；

5)除阳极氧化膜工序：将一次阳极氧化好的钛片于分别含有质量浓度6-10％的磷酸和质量浓度1-5％的铬酸混合溶液水浴3-10h，温度为40-80度；

6)二次阳极氧化工序：室温下在含0.1-0.3wt％氟化钠(氟化铵)的甘油溶液中阳极氧化1-3h，电压为30-60V；调节电压为原来的继续阳极氧化1-3小时，置于去离子水中浸泡，冲洗干燥；

所述的退火工序为：

7)退火工序：将二次阳极氧化处理好的钛片放入马弗炉中，300-500度进行退火处理，升温速度5-20度/分钟，恒温1-4h，冷却至室温，即可。

阳极氧化合成纳米管阵列的纳米管直径与阳极氧化的电压有一定的关系。二次氧化工序中，第二步的电压为第一步电压时(即21.2-42.4V)，第二步得到的纳米管直径就只有前一步的1/2，原先的一根纳米管就分成两根，形成分叉型纳米管阵列。本发明通过调节第一步阳极氧化电压为30-60V，第二步阳极氧化电压为前一次的(即21.2-42.4V)。

本发明中高温退火工序是将冷压时钛片中产生的应力、晶粒破缺等缺陷充分消除，使晶粒得以长大，晶粒性能得到提高。退火工序是将无定型非晶态向锐钛矿转变。