周期可调的周期层状结构TiO2纳米管阵列薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种周期可调的周期层状结构TiO2纳米管阵列薄膜及其制备方法。本发明专利技术基于阳极氧化法，其主要步骤是以氟化铵的乙二醇溶液（含少量水）为电解液，对Ti片在周期性的脉冲电压下阳极氧化60～200个周期，所得样品经清洗并干燥后，得到周期层状结构TiO2纳米管阵列薄膜。这种周期层状结构TiO2纳米管阵列薄膜的周期长度可以通过控制低电平电压的大小和氧化时间来调控。本发明专利技术方法操作简单，成本低廉，可大面积制备目标产物，适于大规模的工业化生产，目标产物有望在染料敏化太阳能电池和基于TiO2的光子晶体等领域获得实际应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属纳米材料领域，涉及一种新型纳米结构的制备方法，特别涉及一种周期可调的周期层状结构T12。
技术介绍
二氧化钛(T12)是一种宽带隙半导体和高介电常数材料，其在光催化、敏化太阳能电池、气敏元器件和光子晶体等领域都有着广阔的应用前景。纳米结构的1102的性能与其尺寸密切相关，这引起了人们的广泛兴趣，特别是T12纳米管阵列结构由于其规则排布的结构更是受到重视。研究表明，T12纳米管的结构尺寸(长度和管壁厚度等)和形貌结构对太阳光的有效吸收、染料的负载以及光生载流子的传输等具有重要的影响。因此，设计和控制T12纳米管的形貌结构是调控其应用性能的有效途径之一。目前人们主要采用阳极氧化法来制备1102纳米管阵列薄膜，可以通过控制阳极氧化电压和电解液的组成等实验参数来实现对T12纳米管形貌结构的调控。但是现在人们制备的T12纳米管阵列只在横向方向上具有规则的周期结构。为了更广泛的应用需求，人们还制备出了一些在薄膜纵向方向上亦有周期性的T12纳米管阵列结构，比如竹节状、分叉结构等的纳米管阵列薄膜。这种纵向周期结构的打02纳米管阵列薄膜在提高染料敏化太阳能电池和光子晶体性能的等方面都是十分有利的。但是目前较少见有关于周期层状结构的T12纳米管阵列结构和制备方法的研究报道。本专利技术采用阳极氧化法，通过控制阳极氧化参数、利用周期性的脉冲电压制备出了一种由层与层之间相通的T12纳米管阵列片层堆垛而形成的周期层状结构的T1 2纳米管阵列薄膜，该方法工艺简单，设备简便，重现性好。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种周期可调的周期层状结构T12。为了实现本专利技术，我们采用以下技术方案: 一种周期可调的周期层状结构打02纳米管阵列薄膜，其特征在于，所述T1 2纳米管阵列薄膜是由T12纳米管阵列片层周期堆垛而形成的结构。所述的一种周期可调的周期层状结构1102纳米管阵列薄膜，其特征在于，所述的T12纳米管阵列片层的数量和厚度可调控。所述的周期可调的周期层状结构T12纳米管阵列薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤: (1)Ti片的预处理:将清洗干净的Ti片在恒压60V下阳极氧化2-3个小时，然后超声去除Ti片表面所形成的1102纳米管阵列薄膜，得到干净的Ti片待用； (2)将处理后的Ti片在周期性的脉冲电压下阳极氧化60-200个周期，周期性电压波形为:电压在\下持续t J寸间，然后脉冲至V H下持续t H时间，其中V #低电平电压、V高电平电压，其取值范围为50V彡Vl^ 70V.90V彡Vh彡110V，时间t L为30s至数分钟，tH为20s至60s，电压的波形及周期由电脑程序控制； (3)将所制得的样品用去离子水清洗数遍，然后干燥，得到周期层状结构的T12纳米管阵列薄膜。所述的周期可调的周期层状结构T12纳米管阵列薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中阳极氧化的电解液为0.3?0.5wt%氟化钱的乙二醇溶液，并加入0.05?0.lvol%的去离子水。所述的周期可调的周期层状结构T12纳米管阵列薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(I)中阳极氧化温度为20?25°C，所述步骤(2)中阳极氧化温度为28?30°C。所述的周期可调的周期层状结构T12纳米管阵列薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中控制低电平氧化时间1和改变低电平氧化电压L的值可实现周期层状结构T12纳米管阵列薄膜周期长度的调控；改变周期性的脉冲电压的周期数量可实现周期层状结构T12纳米管阵列薄膜周期数量的调控。所述Ti片的纯度彡99.6%。本专利技术的有益效果是:其一，对目标产物采用扫描电子显微镜进行形貌表征分析，由其结果可知，目标产物是由T12纳米管阵列片层周期堆垛而形成的结构；其二，这种结构增加了薄膜的孔隙率，可以提高其对目标物的吸附能力；并且薄膜纵向的周期性可用于调制光子的出入射，制备基于T12的光子晶体，该方法操作简单，成本低廉，可大面积制备目标产物，适于大规模的工业化生产。作为有益效果的具体体现，一是优先选用较高纯度多99.6%的Ti片，并对Ti片进行步骤(I)所述的一次阳极氧化预处理，有利于保证目标产物的质量；二是步骤(2)所述的阳极温度高于常规的氧化温度，为28?30°C，这也有利于保障目标产物的质量；最后亦是最重要的是步骤(2)所述的电解液水含量低于常规氧化电解液的水含量，为0.05?0.lvol%，这是实现目标产物能否形成的决定性因素。【附图说明】图1为本专利技术所述制备方法中步骤(2)周期性的脉冲氧化电压的示意图。图2a为在恒压氧化下得到的T12纳米管阵列薄膜的剖面使用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察得到的照片。该图显示恒压条件下制备的T12纳米管在纵向上没有变化。图2b为本专利技术实施例1中目标产物的剖面使用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察得到的照片。和图2a不同的是，该图显示制备出的1102纳米管阵列在纵向方向上出现了周期性的变化，具体表现为纳米管阵列出现周期性的分层。图3为本专利技术实施例2中目标产物的剖面使用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察得到的照片。【具体实施方式】首先从市场购得或用常规方法得到: 纯度多99.6%的钛片；氟化铵；乙二醇。并且，在阳极氧化前，先将钛片依次置于丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声清洗15min，再将其置于60°C下烘干后待用。实施例1 所述的方法包括如下制备步骤: (1)构筑以钛片为阳极、石墨为阴极的二电极阳极氧化系统；在温度为25°c下，用130ml (NH4F (0.3wt%) +H2O (0.2vol%) +HOCH2CH2OH)为电解液，对钛片在 60V 的恒定电压当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种周期可调的周期层状结构TiO2纳米管阵列薄膜，其特征在于，所述TiO2纳米管阵列薄膜是由TiO2纳米管阵列片层周期堆垛而形成的结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳浩淼，费广涛，高旭东，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34