陽極氧化制備二氧化鈦納米管機理及熱處理對其影響畢業(yè)論文-wenkub.com
2025-07-24 08:16 本頁面
【正文】 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。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。通過氮氣吸附脫附曲線圖可知，隨著溫度的升高，吸附和脫附性先逐漸增強，當(dāng)達到400 ℃時達到最大值，隨之溫度升高后下降[20]。所以陽極氧化法總的機理可以概括為：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。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，增大的納米顆粒團聚為更大的聚集體所導(dǎo)致的。H1型遲滯環(huán)代表獨立的圓筒形細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。經(jīng)不同熱處理的XRD見圖示。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。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]。 (d)(d’) 500℃。觀察可知未經(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；隨著退火溫度升高，納米管管口直徑收縮，組成管口的納米團聚顆粒直徑增大，管口直徑約為120~130nm，由12~14個直徑大小約為25~35 nm的納米團聚顆粒組成。所以陽極氧化法總的機理可以概括為：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。（4）隨著凹陷內(nèi)電荷密度增加，凹陷內(nèi)感應(yīng)側(cè)電場強度增加，不同凹陷感應(yīng)側(cè)電場之間的TiO2氧化膜表面產(chǎn)生易溶蝕區(qū)，發(fā)生溶蝕，納米管管口初步形成；（5）隨著氧化時間增加，場致溶蝕和化學(xué)溶蝕，在納米管內(nèi)部形成梯度酸度分布致使納米管向深處延伸，管底的TiO2氧化膜溶蝕速度加快，氧化膜的形成速度也加快；管口電荷密度隨著納米管向深處延伸逐漸減小，感應(yīng)電場逐漸減弱，保證了管口的完整性；隨著電荷密度的向納米管底部的遷移，感應(yīng)電場逐漸向深處移動，并且誘導(dǎo)管壁間的氧化膜沿同一方向溶蝕。作為半導(dǎo)體的TiO2存在電子和空穴，在電場中產(chǎn)生電子和空穴的分離，形成感應(yīng)電場；Al2O3是電介質(zhì)，在電場中雖然產(chǎn)生感應(yīng)電場，但極化電荷是一種束縛電，在極化的過程中，并沒有發(fā)生實質(zhì)的電荷遷移。圖31陽極氧化制備的TiO2納米管的SEM圖觀察TiO2納米管的管表面、管底部的微觀形貌圖（圖31），發(fā)現(xiàn)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（圖3（a）），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)在以前的文獻報道中較少提及。 表征本文通過用SEMEDS、XRD手段對二氧化鈦納米列陣的表面形貌、組成成分和結(jié)構(gòu)進行表征 第3章 結(jié)果與討論 分析與討論 SEM圖片解析圖31為鈦片在電解液中，電壓為60 V時，陽極氧化40 h后形成的，并通過超聲的方式從基底Ti片上剝離下來的TiO2納米管陣列的SEM照片。如圖所示，R是一個電化學(xué)反應(yīng)池，里面盛有反應(yīng)所需的電解液；T是一個支架，支架上固定著兩片電極：C是鈦片陰極，A是陽極，即金屬鈦片；E是一個電壓可調(diào)的穩(wěn)壓直流電源。表21實驗所用化學(xué)藥品名稱分子式級別生產(chǎn)廠家 鈦片 Ti北京恒力鈦業(yè)有限公司乙二醇C2H6O2分析純(AR)天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司氟化銨NH4F分析純(AR)天津市化學(xué)試劑三廠丙酮CH3COCH3分析純(AR)天津市大茂化學(xué)儀器供應(yīng)站無水乙醇CH3CH2OH分析純(AR)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司硝酸HNO3優(yōu)級純天津市耀華化學(xué)試劑有限責(zé)任公司實驗所用到的主要儀器見表22。其制成的羥基磷灰石涂層在模擬人體液中的電化學(xué)性能優(yōu)于純鈦。作為氣敏傳感器,發(fā)現(xiàn)管徑越小的其靈敏度越高。金紅石型T和銳鈦礦晶型的帶隙分別為3 eV,且吸收范圍均在紫外區(qū),可見光的能量需要染料敏化才能吸收。 光催化降解污染物與納米TiO2顆粒膜相比[8], TiO2納米管具有較大的比表面積,納米管尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)可控,陣列層與基體結(jié)合強度高等優(yōu)點,在光催化反應(yīng)中，具有較高的活性。 隨著酸性的減弱,制備長二氧化鈦納米管也可以通過延長反應(yīng)時間來實現(xiàn)。臨界電流密度隨著氧化鋁濃度的降低，陽極上產(chǎn)生了氣泡致使電解質(zhì)表面張力增加，使陽極效應(yīng)的過電壓升高。但是鋁離子被氧化成Al2O3的體積小于等量鋁的體積，因此隨著阻擋層不斷形成會出現(xiàn)總體積變小的趨勢。當(dāng)電壓加到電極兩端時，由于電流密度高，表面形成薄而致密的阻擋層。阻擋層的厚度也一并測出?？椎撞康难趸瘜硬粩嘞蜮伝w推進導(dǎo)致孔的生長。 陽極氧化法制備TiO2納米管機理利用陽極氧化法制備TiO2納米管陣列與陽極氧化法制備多孔氧化鋁具有許多相似的特征[6]，因而很多學(xué)者者認為，二氧化鈦納米管陣列的形成機理可以參考多孔氧化鋁的形成機理。氧化鋁膜背呈清晰的六方形網(wǎng)格，斷面中膜孔道互相垂直且于平行鋁基體。多孔氧化鋁膜是由外部較厚的多孔層及鄰近鋁基體的緊密阻擋層組成。目前對于水熱合成法制備二氧化鈦納米管的研究還僅限于實驗過程和對其形成機理的探索[4]。m和 134 181。然而，因為強的溶解能力孔的外表面被溶解，從而抑制了多孔層厚度，導(dǎo)致形成的TiO2 納米管的大多最大長度在 500 nm 左右。其中，最受注目是電解液種類對納米管的形態(tài)及形成的影響。正因為如此，氧化方法制備TiO2納米管陣列為本實驗主要研究的方法。缺點是（1）凝膠干燥過程中易開裂；（2）難以得到較厚的涂層。電沉積技術(shù)特點：首先，本工藝操作簡單，經(jīng)濟，設(shè)備投資少，容易控制，能耗少，成本低，對原材料利用率高：其次，因為是是非直線工藝，即使是在復(fù)雜形狀的基體上也可以得到均勻的涂層。Martin在1996年對包括氧化鋁模板的許多模板做了綜述，并給出了各種模板的制備方法，對于多孔膜可以作為模板材料進行了首次描述，并指出了其在合成納米材料方面的前景。和模板法相比，水熱合成法具有成本低廉、工藝簡單、便于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點，并且制得TiO2納米管管徑較小，與此同時還存在以下缺點：(1)納米管的特征主要取決于于TiO2顆粒的晶型和尺寸；(2所制得的納米管管長有限；(3)反應(yīng)需要在高溫、高壓的條件下進行，并且反應(yīng)的時間較長。不過對于銳鈦礦型TiO2的制備會影響納米管質(zhì)和管長，更容易生成高品質(zhì)納米管的是金紅石型的TiO2。在水熱反應(yīng)的進行中，鈉會被H2O分子依次取代；由于H2O分子的外形大于鈉的，使其晶面間距變大，其間的靜電作用力變小，因此漸漸形成的納米薄片以鈦酸鹽層為主，納米薄片進一步卷曲形成納米管為，期間表面張力能降低。 TiO2納米管的制備方法常見的制備TiO2納米管的方法有三種，包括水熱法、模板法，以及陽極氧化法等。其中TiO2納米管的一種新型存在形式是納米TiO2，它具有特殊的表面區(qū)域和孔體積、特別的空心管狀結(jié)構(gòu)、更大的比表面積，并且表現(xiàn)出獨特的物理化學(xué)性質(zhì)。二者的共同點在于：組成TiO2結(jié)構(gòu)的基本單元都是TiO6八面體。經(jīng)過退火處理的納米管管口有12~14個直徑為25~35nm的納米顆粒團聚體組成，600℃時，納米管結(jié)構(gòu)已被破壞。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）
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