一种利用紫外光照射辅助制备纳米管钛材的方法以及由该方法制得的钛材技术

本发明专利技术涉及一种利用紫外光照射辅助制备表面上带有二氧化钛纳米管的钛材的方法，所述方法包括如下步骤：(1)提供钛基材；(2)以钛基材作为阳极，在紫外线照射下在氧化电解液中进行电解氧化，从而制得表面上带有二氧化钛纳米管的钛材。本发明专利技术还涉及由所述方法制得的钛材。本发明专利技术方法具有操作流程简单、耗时短、能耗低等优点，所制得的钛材的表面上形成的二氧化钛纳米管长度长，规整度高，收率高，适合工业生产。

A method for preparing nanotube titanium by ultraviolet irradiation and titanium material produced by the method.

The invention relates to a method for preparing titanium material with titanium dioxide nanotubes on the surface assisted by ultraviolet radiation. The method comprises the following steps: (1) providing titanium base material; (2) electrolytic oxidation of titanium base material in oxidation electrolyte under ultraviolet radiation to prepare titanium dioxide on the surface. Titanium nanotubes. The invention also relates to titanium material made by said method. The method has the advantages of simple operation process, short time consumption, low energy consumption, etc. The titanium dioxide nanotube formed on the surface of the prepared titanium material has long length, high regularity and high yield, and is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种利用紫外光照射辅助制备纳米管钛材的方法以及由该方法制得的钛材
本专利技术涉及制备表面带有二氧化钛纳米管的钛材的方法以及由该方法制得的钛材。
技术介绍
制备TiO2纳米管的工艺主要有水热法、模板法以及电化学阳极氧化法，其中阳极氧化法因其制备工艺简单、所得TiO2纳米管高度有序等优点受到广泛研究。在阳极氧化法中，其中阳极为纯钛片，阴极多选用导电性良好并且活泼性较低的材料(碳棒或铂电极)，电解液中要含有一定量的氟离子，在一定温度与电压下经过氧化刻蚀作用即可在钛片表面生长出纳米管结构。与模板法与水热合成法相比，阳极氧化法制备的TiO2纳米管规整度较高，所得TiO2纳米管微观形貌可通过改变反应条件(温度，电压，电解液类型，电解液pH等)控制。然而，在实际应用中，利用传统阳极氧化法制备的长TiO2纳米管存在一些显著的缺点：(1)耗费时间长，为制备出长二氧化钛纳米管必须要大幅度延长氧化时间，从而在一定程度上降低了生产效率；(2)能源消耗大，为制备长二氧化钛纳米管在延长氧化时间的同时也要提高氧化电压，会大大增加能源消耗；(3)二氧化钛纳米管的收率低，长度短，在传统方法中，二氧化钛纳米管的生长速度慢，因此相同时间内生成的二氧化钛纳米管的长度较短；(4)规整度低，性能欠佳。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种制备表面带有长的二氧化钛纳米管的钛材的方法，该方法具有耗时短、能耗小、规整度高等优点。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术在第一方面采用提供了一种利用紫外光照射辅助制备表面上带有二氧化钛纳米管的钛材的方法，所述方法包括如下步骤：(1)提供钛基材；(2)以钛基材作为阳极，在紫外线照射下在氧化电解液中进行电解氧化，从而制得表面上带有二氧化钛纳米管的钛材。本专利技术在第二方面提供了由本专利技术第一方面所述方法制得的钛材。本专利技术具有操作流程简单、耗时短、能耗低等优点，在钛基材上形成的二氧化钛纳米管长度长，规整度高，收率高，适合工业生产。附图说明图1：实施例1制造产品扫描电镜图；其中左图为正面图(即，沿着纳米管轴向拍摄，下同)，右图为侧面图(即，大致垂直于纳米管的侧壁的方向拍摄，下同)。图2：实施例2制造产品扫描电镜图；其中左图为正面图，右图为侧面图。图3：实施例3制造产品扫描电镜图；其中左图为正面图，右图为侧面图。图4：实施例4制造产品扫描电镜图；其中左图为正面图，右图为侧面图。图5：实施例5制造产品扫描电镜图；其中左图为正面图，右图为侧面图。图6：实施例6制造产品扫描电镜图；其中左图为正面图，右图为侧面图。图7：各个实施例中在不同紫外线照射条件下电解氧化不同的时间所制得的二氧化钛纳米管的管长。图8：各个实施例各个实施例中在不同紫外线照射条件下电解氧化不同的时间所实现的刻蚀速率。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术第一方面提供了一种利用紫外光照射辅助制备表面上带有二氧化钛纳米管的钛材的方法，其中，所述方法包括如下步骤：(1)提供钛基材；(2)以钛基材作为阳极，在紫外线照射下在氧化电解液中进行电解氧化，从而制得表面上带有二氧化钛纳米管的钛材。TiO2纳米管形成机制是已知的。通常情况下，以钛基材作为阳极，以铂电极或碳棒例如石墨电极作为阴极，在电极两边施加一定电压后进行阳极氧化反应，图3-1描述了阳极氧化法制备TiO2纳米管时钛片表面的变化过程。首先，在阳极氧化初始状态下，钛基材表面会与电解液中的O2-反应形成TiO2氧化膜，所形成的Ti4+会通过氧化层迁移至氧化膜与电解液界面处与H2O反应生成较为稀疏的Ti(OH)2氧化层。另一方面，电解液中的O2-也会通过氧化层迁移至金属与氧化层界面处与金属发生反应生成较为致密的TiO2氧化层，氧化层的厚度主要取决于反应过程中Ti4+和O2-在氧化层中的迁移速度。具体反应过程见式1～4。Ti—>Ti4++4e-(1)Ti+H2O—>TiO2+4H++4e-(2)Ti4++2H2O—>Ti(OH)2+4H+(3)Ti(OH)2—>TiO2+H2O(4)同时，在阴极(对电极)表面发生产氢反应，如式(5)。2H2O+4e-—>H2+2OH-(5)当电解液中有F-存在时，F-既可以与迁移至氧化层表面的Ti4+进行络合反应，抑制Ti(OH)2的生成，也可与TiO2氧化层反应生成可溶于水的[TiF6]2-，进而在氧化膜的表层形成微小的点蚀坑，局部减小氧化层的厚度，氧化层厚度的降低会相对提高O2-在氧化层中的迁移速度，使得点蚀坑底部的金属钛更易于被氧化，因此在O2-氧化与F-刻蚀的双重作用下，即形成了具有规整结构的TiO2纳米管。反应机理参加如下式6和7：Ti4++6F-—>[TiF6]2-(6)TiO2+6F-+4H+—>[TiF6]2-+2H2O(7)曾有报道，紫外线照射可能有助于二氧化钛纳米颗粒的沉积。然而，本专利技术人经过研究发现，在紫外线照射下，可以更快地对钛基材进行刻蚀，从而更快地获得较长的二氧化钛纳米管，如此可以节省电解所需的时间，显著地解决了时间成本以及能耗，并且获得规整的碳纳米管。紫外线照射在通过阳极氧化使钛基材表面形成二氧化钛纳米管的过程中所带来的上述技术效果的确切机理还需要进一步研究。在一些优选的实施方式中，所述方法在步骤(2)之前还包括以钛基材作为阳极在预电解电解液中进行预电解的步骤。在一些优选的实施方式中，预电解使用的电解液(简称为预电解电解液)与氧化电解使用的电解液(简称为氧化电解液)可以相同，也可以不相同。更优选的是，预电解电解液与氧化电解液为相同的电解液。另外，预电解和电解氧化使用的阴极可以相同，也可以不同。优选的是，预电解和电解氧化使用的阴极是相同的。例如，预电解和解氧化使用的阴极可以独立地为碳棒或铂电极，更优选为碳棒。预电解和电解氧化可以独立地使用直流电进行，也可以独立地使用交流电进行；更优选的是，预电解和/或电解氧化使用直流电进行；进一步优选的是，预电解和/或电解氧化使用直流电进行。另外，预电解和电解氧化使用的电压可以相同，也可以不相同。在一些优选的实施方式中，所述预电解和/或电解氧化使用的电压可以为10V至120V(例如为20、30、40、50、60、70、80、90、100或110V)。例如，所述电压可以为10V至100V，在该电压范围内，所得TiO2纳米管的孔径和长度均随着氧化电压的升高而逐渐升高。预电解的时间和/或电解氧化的时间可以为10分钟至240分钟(例如为20、40、60、80、100、120、140、160、180、200或220分钟)。优选的是，所述电压为40V至60V例如50分钟，预电解时间和/或电解氧化时间为20分钟至60分钟例如30、40或50分钟。TiO2纳米管的长度和管径通常均随着阳极氧化时间的延长而提高，然而氧化时间增长也会导致TiO2纳米管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用紫外光照射辅助制备表面上带有二氧化钛纳米管的钛材的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)提供钛基材；(2)以钛基材作为阳极，在紫外线照射下在氧化电解液中进行电解氧化，从而制得表面上带有二氧化钛纳米管的钛材。

【技术特征摘要】
1.一种利用紫外光照射辅助制备表面上带有二氧化钛纳米管的钛材的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)提供钛基材；(2)以钛基材作为阳极，在紫外线照射下在氧化电解液中进行电解氧化，从而制得表面上带有二氧化钛纳米管的钛材。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤(2)之前还包括以钛基材作为阳极在预电解电解液中进行预电解的步骤。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：预电解电解液与氧化电解液相同或不同，优选为相同；预电解和电解氧化使用的阴极相同或不同，优选为相同；和/或预电解和电解氧化使用具有相同或者不同的电压，优选使用具有相同电压的直流电进行。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，预电解和/或电解氧化使用的阴极为碳棒或铂电极，更优选为碳棒。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：预电解和/或电解氧化使用直流电或者交流电进行，电压为10V至120V，预电解时间和/或电解氧化时间为10分钟至240分钟；优选的是，电压为40V至60V，预电解时间和/或电解氧化时间为20分钟至60分钟；更优选的是，预电解和/或电解氧化使用电压为50V的直流电，预电解时间和/或电解氧化时间为30分钟至60分钟。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在预电解之前对钛基材进行超声清洗的步骤，更优选的是，所述超声清洗通过如下方式进行：将钛基材依次浸入丙酮、无水乙醇和水中分别超声清洗5分钟至15分钟，然后使用氮气吹干；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪芹，宋华，程凯，张娇静，柳艳修，王园园，苑丹丹，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23