一种二氧化钛薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧化钛薄膜及其制备方法和应用，所述二氧化钛薄膜是由二氧化钛纳米管阵列组成，所述二氧化钛纳米管阵列顶部分布着由四周纳米管向中心汇聚所形成的倒圆锥形或类倒圆锥形开口。本发明专利技术二氧化钛薄膜中的纳米管阵列顶部分布着由四周纳米管向中心汇聚所形成的倒圆锥形或类圆锥形的开口，纳米管阵列底部规整，纳米管管腔光滑，基本无纳米线的存在。二氧化钛薄膜作为透析膜材料时，其对小分子毒素清除率高。本发明专利技术中的二氧化钛薄膜的制备方法简单，二氧化钛薄膜自然从钛片上剥离，无需外力剥离且剥离耗时短，剥离的薄膜比较完整，基本无纳米线和虫洞的存在。基本无纳米线和虫洞的存在。基本无纳米线和虫洞的存在。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种二氧化钛薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]二氧化钛(TiO2)是一种坚硬且耐化学腐蚀的白色钛氧化物，被广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。由于其熔点很高，也被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。其中二氧化钛薄膜被广泛应用于光催化和光电化学分解水产氢。阳极氧化法是从钛片中获得二氧化钛薄膜纳米管的常用方法，但是其纳米管多为排列不整齐的圆柱形纳米管，而且从钛片中分离获得二氧化钛薄膜纳米管常用超声的方法，超声剥离耗时长，超声容易破坏薄膜中的纳米管，造成纳米管破裂，甚至造成TiO2薄膜破裂成不规则的小碎片，无法制得大尺寸的TiO2纳米管阵列膜。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于制备一种表面规整的、少纳米线的，顶部分布着由四周纳米管向中心汇聚所形成的倒圆锥形或类倒圆锥形开口的二氧化钛薄膜。该种二氧化钛薄膜容易被细胞附着，生物相容性高，而且该二氧化钛薄膜用于透析，能有助清除小分子毒素。
[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种二氧化钛薄膜。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种二氧化钛薄膜的制备方法。
[0006]本专利技术的目的之三在于提供一种二氧化钛薄膜在透析膜材料、除菌材料、硬组织修复材料或硬组织替代材料中的应用。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0008]本专利技术的第一方面提供了一种二氧化钛薄膜，所述二氧化钛薄膜是由阵列的二氧化钛纳米管组成，所述二氧化钛纳米管阵列顶部分布着由四周纳米管向中心汇聚所形成的倒圆锥形或类倒圆锥形开口。
[0009]优选地，所述二氧化钛纳米管为锐钛矿型纳米管。
[0010]优选地，所述二氧化钛纳米管顶部开口直径为5～10μm；所述二氧化钛纳米管底部直径为50～100nm。
[0011]优选地，所述二氧化钛纳米管顶部开口直径为6～8μm。
[0012]优选地，所述二氧化钛纳米管底部直径为50～80nm；进一步优选地，所述二氧化钛纳米管底部直径为60～80nm。
[0013]优选地，所述二氧化钛薄膜的厚度为5～200μm；进一步优选地，所述二氧化钛薄膜的厚度为50～150μm；更进一步优选地，所述二氧化钛薄膜的厚度为100～150μm。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种二氧化钛薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1：采用阳极氧化法使钛片氧化，氧化后进行第一次煅烧，形成表面包覆金红石型二氧化钛薄膜的钛片；
[0016]S2：采用阳极氧化法使表面包覆金红石型二氧化钛薄膜的钛片氧化，然后进行第二次煅烧，形成表面包覆锐钛矿型二氧化钛薄膜的钛片；
[0017]S3：采用阳极氧化法使表面包覆锐钛矿型二氧化钛薄膜的钛片氧化，得到二氧化钛薄膜，然后用氢氟酸气体腐蚀二氧化钛薄膜。
[0018]优选地，所述步骤S1中，阳极氧化法中的氧化电压为20～75V；进一步优选地，所述步骤S1中，阳极氧化法中的氧化电压为20～60V；更进一步优选地，所述步骤S1中，阳极氧化法中的氧化电压为55～60V。
[0019]优选地，所述步骤S1中，阳极氧化法中的氧化时间为15～60min；进一步优选地，所述步骤S1中，阳极氧化法中的氧化时间为20～60min。
[0020]步骤S1中的第一次氧化的电压范围可控制在20
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60V，而氧化时间可控制20
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60min。金属钛在F离子电解液中产生大量的钛四价离子跟介质中含氧离子快速作用，并在钛的表面生成致密的二氧化钛薄膜，第一次氧化生成的二氧化钛薄膜极薄，不足以脱膜。
[0021]优选地，所述步骤S2中，阳极氧化法中的氧化电压为20～75V；进一步优选地，所述步骤S2中，阳极氧化法中的氧化电压为50～75V；更进一步优选地，所述步骤S2中，阳极氧化法中的氧化电压为55～60V。
[0022]优选地，所述步骤S2中，氧化时间为30～105h；进一步优选地，所述步骤S2中，氧化时间为30～50h；更进一步优选地，所述步骤S2中，氧化时间为30～40h。
[0023]步骤S2中的第二次氧化电压要和步骤S1中的第一次氧化的电压对应一致，范围在20V
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75V。而氧化时间可控制30
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105h。在F离子和电场的作用下，二氧化钛薄膜被击穿溶解形成孔核，然后随机分布的孔核随着氧化时间的增加形成小孔。在金红石型二氧化钛的保护下，新形成的纳米管顶部没有因熔解而形成纳米线，从而获得了规整的纳米管阵列。在孔核逐渐转变为孔的过程中，新的阻挡层由于溶液中的含氧离子穿过阻挡层与钛四价结合而生成规整纳米管。二次氧化的二氧化钛纳米管阵列与钛片基体之间的应力大，很难进行脱膜，现有技术中常需要借助超声脱膜，但超声脱膜很容易破坏纳米管的形貌，形成不规则的二氧化钛薄膜碎片。
[0024]优选地，所述步骤S3中，阳极氧化法中的氧化电压为20～75V；进一步优选地，所述步骤S3中，阳极氧化法中的氧化电压为50～75V；更进一步优选地，所述步骤S3中，阳极氧化法中的氧化电压为55～60V。
[0025]优选地，所述步骤S3中，阳极氧化法中的氧化时间为15～60min；进一步优选地，所述步骤S3中，阳极氧化法中的氧化时间为15～20min。
[0026]步骤S3中的第三次氧化可控制电压在25
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75V，氧化时间15
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60min。在采用阳极氧化法进行氧化过程中，二氧化钛薄膜自然从钛片上脱离，脱离形成的二氧化钛薄膜中的纳米管的管壁很光滑，二氧化钛纳米管阵列顶部分布着由四周纳米管向中心汇聚所形成的呈倒圆锥形或类倒圆锥形，基本无纳米线的存在。
[0027]优选地，第一次煅烧的煅烧温度为600℃～800℃，煅烧时间为50～120min。
[0028]优选地，所述步骤S1中，第一次煅烧的煅烧温度为700℃～800℃。
[0029]优选地，所述步骤S1中，第一次煅烧的煅烧时间为60～70min。
[0030]第一次煅烧的温度控制在600℃～800℃，此温度下二氧化钛的晶型发生改变，获得金红石型二氧化钛，可作为第二次氧化形成纳米管时的保护层。避免二次氧化时的二氧
化钛纳米管顶部因为在电场作用导致纳米管劈裂而出现纳米线。
[0031]优选地，所述步骤S2中，第二次煅烧的煅烧温度为300℃～500℃，煅烧时间为60～120min。
[0032]优选地，所述步骤S2中，第二次煅烧的煅烧温度为400℃～500℃。第二次煅烧的温度控制在300℃～500℃，让二氧化钛晶型从金红石型二氧化钛转变成锐钛矿型二氧化钛，也方便后续的二氧化钛膜从钛片中氧化分离出来。
[0033]优选地，所述步骤S2中，第二次煅烧的煅烧时间为60～100min；进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛薄膜，其特征在于：所述二氧化钛薄膜是由二氧化钛纳米管阵列组成；所述二氧化钛纳米管阵列顶部分布着由四周纳米管向中心汇聚所形成的倒圆锥形或类倒圆锥形开口。2.根据权利要求1所述的二氧化钛薄膜，其特征在于：所述二氧化钛纳米管为锐钛矿型纳米管。3.根据权利要求1或2所述的二氧化钛薄膜，其特征在于：所述二氧化钛纳米管顶部开口直径为5～10μm；所述二氧化钛纳米管底部直径为50～100nm。4.根据权利要求1所述的二氧化钛薄膜，其特征在于：所述二氧化钛薄膜的厚度为5～200μm。5.一种二氧化钛薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：采用阳极氧化法使钛片氧化，氧化后进行第一次煅烧，形成表面包覆金红石型二氧化钛薄膜的钛片；S2：采用阳极氧化法使表面包覆金红石型二氧化钛薄膜的钛片氧化，然后进行第二次煅烧，形成表面包覆锐钛矿型二氧化钛薄膜的钛片；S3：采用阳极氧化法使表面包覆锐钛矿型二氧化钛薄膜的钛片氧化，得到二氧化钛薄膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶东华，李平，覃业驰，赵喜，庄光珍，郑立新，王恒，
申请(专利权)人：深圳华越再生医学生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：