【正文】 磁性材料、光學(xué)材料、抗菌材料、催化劑材料、傳感器材料、醫(yī)學(xué)及生物工程材料、空氣凈化器、污水處理器等眾多領(lǐng)域具有特別重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。由于納米結(jié)構(gòu)單元的尺度（1～100μm）與物質(zhì)中的許多特征長度，如電子的德布洛意波長、超導(dǎo)相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當(dāng)，從而導(dǎo)致納米材料和納米結(jié)構(gòu)的物理、化學(xué)特性既不同于微觀的原子、分子，也不同于宏觀物體，從而把人們探索自然、創(chuàng)造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領(lǐng)域。納米TiO2陣列管分布均勻，以整齊的陣列形式均勻排列，納米管層與鈦基底之間以肖特基勢壘直接相連，結(jié)合牢固，并且可通過調(diào)整一系列制備參數(shù)可獲得一定的納米管管徑(22~200nm)、管長(200~250μm)、管壁厚度(7~110nm)的TiO2納米管陣列，同時(shí)晶型可控，經(jīng)400700℃高溫煅燒后，無定形TiO2納米管陣列可轉(zhuǎn)化為銳鈦礦型、金紅石型、或者是二者的混合晶型，具體取決于煅燒溫度。其他材料的模板還有納米孔洞玻璃、介孔沸石、蛋白、多孔Si模板、表面活性劑及金屬模板。Kim等[15]以鈦酸四丁酯為鈦源，多壁碳納米管為模板，采用溶膠凝膠法制備出高純度的銳鈦礦相TiO2納米管。水熱合成法的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝操作過程比較簡單；生成的TiO2納米管純度較高，形貌很規(guī)則；而且相對于模板合成法來看，水熱法能夠制備出管徑很小的TiO2納米管。反應(yīng)方程如(11) Ti4+ + 2H2O → TiO2 + 4H+ (11)(2)第二階段：由于氧的參與，在Ti向氧化鈦的轉(zhuǎn)變過程中伴隨著體積變大，導(dǎo)致了初始氧化層內(nèi)具有了內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力的不均勻分布及不均勻的化學(xué)腐燭，氧化層上隨機(jī)出現(xiàn)一些小的凹孔，在這些凹孔處電場增強(qiáng),進(jìn)一步加快了腐蝕速率，形成了扇形納米孔洞，腐蝕方程如下(12)。在本文中主要采用SEM 觀察樣品表面形貌與特征。根據(jù)衍射線的強(qiáng)度，還可進(jìn)一步確定晶胞內(nèi)原子的排布。樣品的光吸收采用裝有積分球配件的紫外可見分光光度計(jì)(UVVis)進(jìn)行紫外可見漫反射測試。Grimes等[22]在導(dǎo)電玻璃上合成TiO2納米管陣列，并將其制成染料敏化太陽能電池中的光電極，通過測試發(fā)現(xiàn)這種納米管具有良好的傳遞電子能力， %，是一種很好的電極材料。科學(xué)家以不同形貌的TiO2納米管陣列為探測氫氣的氣敏傳感器，研究發(fā)現(xiàn)管徑越小，靈敏度越高。在復(fù)雜的生理環(huán)境中，鈦植入物將與液體、有機(jī)分子相互發(fā)生生理反應(yīng)和生理腐蝕。本文采用全新配比的有機(jī)電解液，利用陽極氧化的方法制備排列規(guī)則的二氧化鈦納米管陣列。將石墨電極和鈦片分別插入對應(yīng)的孔中，固定好，調(diào)整鈦片的位置確保每次陽極氧化時(shí)鈦片浸入溶液的面積為 2cm 并正對著石墨電極。使用電化學(xué)工作站來表征樣品的光電催化性能；使用掃描電子顯微鏡(SEM)來表征樣品的形貌和結(jié)構(gòu)；使用X射線衍射儀(XRD)來測定樣品的晶體結(jié)構(gòu)；使用紫外可見分光光度計(jì)來測試樣品的吸光度，從而分析各個(gè)不同樣品的光催化效果。然后將整個(gè)裝置放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，恒溫的溫度設(shè)定為30℃。但是60V時(shí)，明顯看出，光電催化效果極差，且不穩(wěn)定，主要是因?yàn)殡妷哼^大，易形成像海綿狀的隨機(jī)多孔結(jié)構(gòu)，并且達(dá)到某一值時(shí)，會使 Ti 箔完全被氧化腐蝕掉，得不到納米管。但是同時(shí)，電壓過小，無法形成納米管結(jié)構(gòu)，或者形成的納米管氧化層較薄，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易破壞。圖 34 不同氧化時(shí)間電化學(xué)工作站測試圖由圖34電流時(shí)間曲線可以看出，在水浴鍋30℃恒溫、40V恒壓條件下通過陽極氧化法反應(yīng)不同時(shí)間制備出的納米TiO2陣列管的光電催化性能有所差異。將燒杯放入超聲清洗器中使溶液混合均勻。圖310 改性前后X射線衍射儀測試圖由圖310分析得知，XRD測試結(jié)果顯示摻入檸檬酸（一水）制備的樣品和空白樣品的出峰位置相同，對樣品晶型無明顯影響。而在可見光下，檸檬酸（一水）（吸收率最高），當(dāng)濃度越高或者濃度越低，納米TiO2陣列管的光反射率越高（吸收率越低）。圖316 空白樣品元素分布圖圖317 摻雜樣品元素分布圖 圖31圖317分別為空白樣品和摻入檸檬酸（一水）制備的樣品的元素分布圖。當(dāng)加入電解液的檸檬酸（一水），能最大程度提高納米TiO2陣列管的光電催化性能。感謝所有教育過我的專業(yè)老師，你們傳授的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉也是完成本論文的基礎(chǔ)。由于經(jīng)驗(yàn)匱乏，能力有限，論文中難免有許多考慮不周全的地方，希望各位老師多加指教?；仡欉@四年的學(xué)習(xí)生涯，老師們給了我們很多指導(dǎo)、幫助和意見。例如，通過控制納米TiO2陣列管的壁厚、管徑和管長等參數(shù)來進(jìn)一步優(yōu)化納米TiO2陣列管的各種性能，使其在太陽能電池、光催化、傳感器、微電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都能發(fā)揮更有效的作用。在圖317中可看出，樣品中含有C、O、Ti、Ba、Na、%、%、%、%、%、%，明顯看出C、O的含量有所增加，證明檸檬酸（一水）成功摻入，Na、Cl的含量很低，可能是操作過程中使用的儀器不小心粘有的雜質(zhì)。圖313 摻雜濃度X射線衍射儀測試圖 ★ ★ Anatase ◆ Rutile ▲ ▲ Ti ★ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ◆ ▲ ★ ★ ▲圖314 由圖313分析得知：檸檬酸（一水）濃度對納米TiO2陣列管的晶型無明顯影響，出峰位置幾乎一致。（一水）摻入濃度的討論，檸檬酸（一水）能提高納米TiO2陣列管的光電催化活性，但是具體加入多少檸檬酸（一水）能最大程度的提高納米TiO2陣列管的催化活性還有待討論。與30℃、40V恒溫恒壓下陽極氧化1h，500℃下煅燒3h的空白樣品作比較。但能夠明顯看出，陽極氧化時(shí)間為1h的樣品的光催化性能最好，隨時(shí)間的增加，光催化性能降低，根據(jù)生長機(jī)理的分析，在納米管的生長和腐蝕達(dá)到平衡前，納米管的生長是會隨著時(shí)間不斷增長的，光催化性能相應(yīng)提升，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，腐蝕速率大于生長速率，會導(dǎo)致光催化性能降低。 在 Ti 箔陽極氧化反應(yīng)的開始階段，隨著陽極氧化時(shí)間的增加，TiO2納米管逐漸加長，直到 Ti 的氧化和TiO2的溶解達(dá)到平衡以后，TiO2納米管長度不再發(fā)生變化。圖 32 不同氧化電壓紫外分光光度計(jì)測試圖 圖32為樣品在紫外可見光區(qū)的光反射光譜圖，反射率越低，則吸收率越強(qiáng)，由圖可知在水浴鍋30℃恒溫條件下反應(yīng)2h，不同反應(yīng)電壓下通過陽極氧化法制備出的納米TiO2陣列管樣品都在400nm附近呈現(xiàn)一個(gè)峰值，顯出了典型的寬帶隙半導(dǎo)體TiO2的吸收特征。最后打開直流電源，反應(yīng)2h即可。 ：納米TiO2陣列管 ：鉑絲 ：飽和甘汞電極 ：01V ：30s無光，30s有光交替 ：氙燈 ：5A ： Na2SO4 X射線衍射儀測試條件 ：步進(jìn)掃描 ：θsθd聯(lián)動 ：Cu ：2080176。將石墨電極與直流電源的負(fù)極相連，鈦片與直流電流的正極相連，設(shè)置直流電源的輸出電壓（20V、30V、40V、50V、60V）。第二章 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)中使用儀器總結(jié)如下表21。因此鈦及鈦合金作為醫(yī)用植入材料，其表面物理化學(xué)性能顯得尤為重要[27]。鈦及其合金是重要的醫(yī)用支架材料。氧化鈦納米管陣列的獨(dú)特的性質(zhì)使其又可以作為良好的光催化劑來光降解有機(jī)污染物。自1972年Fujisbima等實(shí)現(xiàn)以TiO2半導(dǎo)體電極分解水制氫以來，光電催化制氫在理論及應(yīng)用上都取得了極大的發(fā)展。 光電性能測試采用三電極電解池進(jìn)行，工作電極為TiO2納米管陣列薄膜，對電極為Pt絲，飽和甘汞電極為參比電極。 X射線粉末衍射 X 射線粉末衍射（XRay Diffraction，XRD）是分析物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)的常用工具，可以做定性、定量分析。 TiO2 + 6F + 4H+ → TiF62 + 2H2O (12)(3) 第三階段：在整個(gè)電化學(xué)過程中，氧化物/金屬界面推進(jìn)速度和管口頂端溶解速率相對平衡時(shí)，納米管生長就進(jìn)入穩(wěn)定生長階段。 液相沉積法是近年來一種比較新穎的濕化學(xué)工藝，液相沉積模板法可用來制備TiO2納米管陣列，應(yīng)用此法制備TiO2納米管陣列只需在適當(dāng)反應(yīng)液中浸入基片或載體，基片或載體就會沉積出氧化物或者氫氧化物的均勻致密薄膜，成膜過程操作簡單，并且不需要昂貴的設(shè)備。 水熱法所謂水熱合成法，它是通