陽極氧化制備二氧化鈦納米管機(jī)理及熱處理對其影響畢業(yè)論文-資料下載頁
2025-07-27 08:16本頁面
【正文】 并且環(huán)狀結(jié)構(gòu)間隙越來越小，觀察破裂的納米管，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)壁沒有環(huán)狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，這種有規(guī)律環(huán)狀結(jié)構(gòu)在以前的文獻(xiàn)報道中較少提及。形成這種環(huán)形結(jié)構(gòu)的原因是隨著陽極氧化時間的增長，納米管深度增加，管壁之間空間限制，溶解的Ti4+缺乏足夠的遷移驅(qū)動力，Ti4+與管隙間的H2O形成的TiO2納米粒子吸附于納米管表面從而形成環(huán)帶結(jié)構(gòu)。經(jīng)過不同溫度退火處理的TiO2納米管的管表面、管內(nèi)壁、管底部均由粒子突起組成，與管口變化一致。這種粒子突起的形成是由于隨溫度升高，TiO2由無定形的小粒子向銳鈦礦相的粒子演變，粒子直徑增大并且發(fā)生團(tuán)聚成大的多面體顆粒所致，在600 ℃時已出現(xiàn)顆粒間隙，納米管變得不完整[16]。 TGDSC曲線如圖310 TiO2納米管TGDSC曲線所示，TG曲線大致可以分為三個階段，物質(zhì)在100℃之前處于升重狀態(tài)，330℃之前樣品質(zhì)量趨于穩(wěn)定，在330370℃左右TG曲線呈失重現(xiàn)象，溫度高于400℃時有小范圍的升重。DSC曲線在300℃之前一直在放熱，在330℃和500℃附近有兩個較大的放熱峰，這說明二氧化鈦納米管結(jié)合水能力強(qiáng)，并且在該溫度附近有較大的放熱峰 。在670℃時有較大吸熱峰，通過TGDSC曲線結(jié)合EMS和XRD圖進(jìn)行分析， TiO2納米管在400℃熱處理后，失水而成銳鈦礦型氧化鈦，并能保持器納米管形貌，顯示出納米管具有良好的熱穩(wěn)定性，在400℃下熱處理后能保持其形貌，500℃有銳鈦礦向金紅石轉(zhuǎn)變，到600℃時熔到一起，可能有晶型的轉(zhuǎn)變，可能由無定形轉(zhuǎn)化為銳鈦礦相。到800℃時納米管完全失去管狀結(jié)構(gòu)而變成晶型良好的銳鈦礦顆粒。在熱重分析中，只有與質(zhì)量有關(guān)的信息才被觀察到。隨著溫度的身高質(zhì)量變化率減小，由銳鈦礦過度到金紅石后，隨著溫度的身高，金紅石質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最高[17]。圖38 TiO2納米管TGDSC曲線 不同溫度處理對TiO2納米管的晶型影響（XRD）由于在600 ℃時TiO2納米管管狀結(jié)構(gòu)已破壞，所以只測試了600℃以下的TiO2納米管X射線衍射圖（XRD）。經(jīng)不同熱處理的XRD見圖示。在300~600℃之間TiO2納米管呈現(xiàn)銳鈦礦晶態(tài)，101晶面的衍射峰隨著溫度升高越來越尖銳，表明組成納米管的納米顆粒粒徑在增加，與掃描電鏡圖片觀察結(jié)果相一致[18]。圖39 TiO2納米管的XRD圖 不同溫度處理對TiO2納米管的N2吸附脫吸附典型的樣品的氮?dú)馕矫摳角€圖見圖310。在相對壓力（p/p0=～），吸附等溫線上表現(xiàn)為一個突躍，出現(xiàn)一個遲滯環(huán)，屬于H1類型。H1型遲滯環(huán)代表獨(dú)立的圓筒形細(xì)長孔道且孔徑大小均勻分布較窄和大小均一的球形粒子堆積而成的孔穴。遲滯環(huán)的變化寬度可作為衡量納米管均一性的根據(jù)，急劇的毛細(xì)凝聚現(xiàn)象同時也表明樣品具有均一分布的納米管孔道。隨著溫度的升高，吸附和脫附性先逐漸增強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到400 ℃時達(dá)到最大值，隨之溫度升高后下降[19]。由BET法計算結(jié)果顯示隨溫度升高TiO2納米管的比表面積呈現(xiàn)下降趨勢，未經(jīng)退火的TiO2納米管的比表面積最大， m2/g，600 ℃退火處理的TiO2納米管的比表面積最小， m2/g。比表面積的下降是由于隨著溫度的升高，組成納米管的納米顆粒熔融增大，增大的納米顆粒團(tuán)聚為更大的聚集體所導(dǎo)致的。圖310 氮?dú)馕矫摳角€圖 結(jié) 論由SEM圖可知，陽極氧化的時間對制得二氧化鈦納米管的管長、壁厚有影響。適當(dāng)延長氧化時間，可以形成規(guī)整，有序的二氧化鈦納米管。結(jié)合SEM圖和電流曲線進(jìn)行分析，首先鈦表面氧化后生成一層致密、高電阻的阻擋層氧化膜；隨著電流上升由于氧化膜表面微孔的生成并不斷融合生成更大的孔，氧化鈦電阻下降所致；隨后電流上升緩慢，屬于納米管徑融合階段；接著電流基本保持不不變，屬于納米管穩(wěn)定增長發(fā)展階段。所以陽極氧化法總的機(jī)理可以概括為：致密膜的生成、微孔的出現(xiàn)、納米管的融合和管長穩(wěn)定生長至最長。未經(jīng)退火的TiO2納米管的管口直徑約為185~195 nm，管壁厚度為20~30 nm，管口平整光滑；經(jīng)退火納米管表面上部較為光滑，但隨著納米管向底部延伸，管的外表面有規(guī)律的出現(xiàn)了由微小粒子組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并且環(huán)狀結(jié)構(gòu)間隙越來越小，觀察破裂的納米管，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)壁沒有環(huán)狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。 XRD結(jié)果顯示在300~600℃之間退火處理后TiO2納米管為銳鈦礦型。TiO2納米管的N2吸附脫附圖豉汁環(huán)的狹窄分布表明TiO2納米管管徑大小均勻分布，隨溫度升高組成TiO2納米管管壁的納米顆粒增大，其比表面積呈現(xiàn)下降趨勢。通過氮?dú)馕矫摳角€圖可知，隨著溫度的升高，吸附和脫附性先逐漸增強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到400 ℃時達(dá)到最大值，隨之溫度升高后下降[20]。 參考文獻(xiàn)[1]李嘉，尹衍生，張金生，[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2003（6）:2629[2][D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2010:35[3] 孫嵐，李靜，、改性及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].，23（11）：18411848.[4]方東，劉素琴，[J].無機(jī)材料學(xué)報。2008，23（4）：647650[5]李曉紅，張校剛，[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報。2001,2(1):130132[6] 賴越坤，孫嵐，[J].物理化學(xué)學(xué)報。2004,20（9）:10631066[7]呂武龍，劉宏，堵國君，趙越，張振庭，[J].口腔頜面修復(fù)雜志。（2）:111113[8]陳玉進(jìn). TiO2納米管的研究進(jìn)展[J].,39（1）:4257[9]郭智博，尹荔松，龔青，陽素玉，[J]。材料導(dǎo)報。（10）:1922[10]陳環(huán)，王紅，[J].廣州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）.2007，6（5）:911[11]楊旭一， 納米管中的應(yīng)用[J].,21(1)：116120[12]王淑琴，[J].，7879[13]張順利，周靜芳，張浩軍，.[J].科學(xué)通報，2000，45（10）：11041108[14]劉海津，劉國光，.[J].稀有金屬材料與工程，2011,40（4）:723726[15]王煒，陶杰，[J].鈦工業(yè)進(jìn)展，2005，22（2）：3033[16]陶海軍，秦亮，王玲. TiO2 納米管陣列的制備、熱處理及光催化性能[J].中國有色金屬學(xué)報，2007,17（5）：693698[17]徐璐璐，王玲， 納米管形成的影響[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報，2007,25（3）：406410[18]寧成云，王玉強(qiáng)，[J].，22（1）:1517[19]田甜，肖秀峰，劉榕芳，等. TiO2 納米管陣列的穩(wěn)定性及生物活性的研究[J].稀有金屬快報，2006（4）：1519[20]Oh S H. Darao acceleraled osleoblast cell growth on aligned TiO2 nanotubes[j]. Joumal of Biomedical materials Reseatch Part ,78(1):97103 致 謝感謝我的指導(dǎo)老師殷廣明老師，本課題在選題及研究過程中得到殷老師的悉心指導(dǎo)。針對論文殷老師多次詢問并指出其中的不足與錯誤，幫我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。殷老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。
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