一种多层二氧化钛纳米管阵列的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多层二氧化钛纳米管阵列的制备方法，利用多次阳极氧化法制备两层以上的二氧化钛纳米管。与现有技术相比，本发明专利技术方法工艺简单、耗能低、耗时少，且普适性较好，可方便制备出两层及两层以上的纳米结构，具有较高的技术价值和应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于二氧化钛纳米管制备的
，具体是涉及一种利用阳极氧化法在钛片上制备多层二氧化钛纳米管阵列的方法。
技术介绍
二氧化钛(TiO2)是一种物理化学性质稳定的n型宽禁带半导体材料，具有无毒、无害、容易制备、价格低廉等优点，并具有光电转化的独特性能。其中，TiO2纳米管具有最为突出的比表面和强吸附能力，表现出更高的光催化活性、光电转换效率，在太阳能电池、光分解水制氢等光电领域有着广泛的应用。同时，二氧化钛纳米管优异的生物相容性又使其成为一种良好的生物医学领域中的材料，尤其适用于假体表面药物原位载释。林昌健等利用含氟电解液，通过阳极氧化法制备了高长径比的二氧化钛纳米管[林昌健等，一种高长径比二氧化钛纳米管阵列的制备方法，中国专利，CN1884630A]。在此基础上，刘松琴等通过二次氧化的方法制备了更加有序、整齐的单层纳米管，即在第一次阳极氧化后，通过酸洗超声以去除第一次生成的纳米管，并让新的纳米管在二次氧化中从原来基底上的凹处重新生长，以达到使纳米管整齐有序的目的[刘松琴等，氧化钛纳米管阵列的制备方法，中国专利，CN102220616A]。但是，就应用的层面来讲，尽管经过结构调控可将单层二氧化钛纳米管的功能在一定范围内进行充分调节和优化，但仍然存在一些本征上的缺陷，如应用于光电转换材料时相对低下的光捕捉效率，以及应用为人工假体表面载药结构时载药能力等方面的不足等。而这些方面的缺陷可以由多层结构二氧化钛纳米管进行弥补。D.V.Portan等应用阳极氧化法构造了多层纳米管结构。[D.V.PortanG.C.Papanicolaou,et al.A novel experimental method for obtaining mult1-layeredTi02nanotubes through electrochemical anodizing.J Appl Electrochem(2012)42:1013-1024]，但该报道中所应用 的多层纳米管制备方法需要同时使用两块互相平行的钛片作为阳极，且阴阳极之间的距离需要精确控制，对形状复杂的曲面电极(如人工假体)不适用，工程应用价值不高。本专利技术提出一种通过多层阳极氧化法制备二层或更多层的二氧化钛纳米管的方法。该方法工艺简单、耗能低、耗时少，且普适性较好，可方便制备出两层及两层以上的纳米结构，具有较高的技术价值和应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简单、耗能低、耗时少、普适性好层二氧化钛纳米管阵列的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:，其特征在于，利用多次阳极氧化法制备两层以上的二氧化钛纳米管。所述的方法具体包括以下步骤:(I)预处理:先对Ti片进行打磨，然后在有机溶液中进行超声清洗；(2)初次阳极氧化:将预处理过的Ti片作为阳极，Pt片作为阴极，在电解液中进行阳极氧化，氧化电压为20-60V，氧化时间为0.5-10h ；(3)初次干燥清洗:阳极氧化反应结束后，将样品取出以停止纳米管生长，然后置入去离子水中清洗，继而干燥；(4)重复步骤2和3的过程，即可制备出多层二氧化钛纳米管。步骤(I)所述的有机溶液包括丙酮或乙醇中的一种或两种。步骤⑵所述的电解液为乙二醇·、去离子水、氟化铵的混合液，其中乙二醇的含量为50vol % -90vol %,去离子水的含量为IOvol % -50vol %,氟化铵的含量为0.05-0.15mol/L。每次阳极氧化中，电解液可更换，也可连续使用，连续使用不影响制备效果。每次阳极氧化中，氧化电压和氧化时间可相同，也可不同。步骤(3)所述的去离子水清洗的时间为30 60min，干燥为自然风干。与现有技术相比，本专利技术的优点如下:(I)工艺与装置简单、耗能低、耗时少，按照设计层数，进行对应次数的“阳极氧化-清洗干燥”步骤即可制得多层纳米管结构。 (2)适合复杂形状电极，对电极板距离无精确要求，可应用于人工假体等复杂曲面Ti材料的表面纳米结构构建等场合。附图说明图1是本专利技术实施例1双层二氧化钛纳米管的扫描电子显微镜(SEM)正面图；图2是本专利技术实施例1双层二氧化钛纳米管的扫描电子显微镜(SEM)侧面图；图3是本专利技术实施例2三层二氧化钛纳米管的扫描电子显微镜(SEM)正面图；图4是本专利技术实施例2三层二氧化钛纳米管的扫描电子显微镜(SEM)侧面图；图5是本专利技术实施例3四层二氧化钛纳米管的扫描电子显微镜(SEM)正面图；图6是本专利技术实施例3四层二氧化钛纳米管的扫描电子显微镜(SEM)侧面图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1将Ti片(纯度>99.9%)剪切为1.5cmX 1.5cm大小、Imm厚的基片，依次用400目、1000目、1500目的金相砂纸进行打磨，然后放在丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，干燥备用。将磨好并清洗好的Ti片连到阳极，将Pt片连到阴极，电极间距离2cm。在含有0.09M氟化铵的乙二醇/水(乙二醇与水体积比为9: I)的电解液中进行第一次氧化，氧化电压为50V，氧化时间为lh。整个电解反应在通风橱中进行，将电解槽放在磁力搅拌仪进行lOr/s的磁力搅拌。反应结束之后将样品取出，用去离子水清洗30min，然后干燥。重复上述阳极氧化和清洗干燥过程I次，制得到双层二氧化钛纳米管(见图1、图2)。实施例2将Ti片(纯度>99.9%)剪切为1.5cmX 1.5cm大小、Imm厚的基片，依次用400目、800目、1200目的金相砂纸进行打磨，然后放在丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，干燥备用。将磨好并清洗好的Ti片连到阳极，将Pt片连到阴极，电极间距离3cm。在含有0.05M氟化铵的乙二醇/水(乙二醇与水体积比为4: I)的电解液中进行第一次氧化，氧化电压为20V，氧化时间为4h。整个电解反应在通风橱中进行，将电解槽放在磁力搅拌仪进行lOr/s的磁力搅拌。反应结束之后将样品取出，用去离子水清洗30min。重复上述阳极氧化和清洗干燥过程2次，氧化时间分别为2h与3h，获得三层二氧化钛纳米管(见图3、图4)。实施例3将Ti片(纯度> 99.9% )剪切为IcmX Icm大小、0.5mm厚的基片，依次用400目、1000目、1500目的金相砂纸进行打磨，然后放在丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，干燥备用。将磨好并清洗好的Ti片连到阳极，将Pt片连到阴极，电极间距离4cm。在含有0.15M氟化铵的乙二醇/水(乙二醇与水体积比为9: I)的电解液中进行第一次氧化，氧化电压为60V，氧化时间为lh。整个电解反应在通风橱中进行，将电解槽放在磁力搅拌仪进行lOr/s的磁力搅拌。反应结束之后将样品取出，用去离子水清洗30min。重复上述阳极氧化和清洗干燥过程3次，获得四层二氧化钛纳米管(见图5、图6)。实施例4将Ti片(纯度>99.9%)剪切为IcmX Icm大小、0.5mm厚的基片，用金相砂纸进行打磨，然后放在丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，干燥备用。将磨好并清洗好的Ti片连到阳极，将Pt片连到阴极，电极间距离4cm。在含有0.1M氟化铵的乙二醇/水(乙二醇与水体积比为1:1)的电解液中进行第`一次氧化，氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其特征在于，利用多次阳极氧化法制备两层以上的二氧化钛纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种多层二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其特征在于，利用多次阳极氧化法制备两层以上的二氧化钛纳米管。2.根据权利要求1所述的一种多层二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述的方法具体包括以下步骤: (1)预处理:先对Ti片进行打磨，然后在有机溶液中进行超声清洗； (2)初次阳极氧化:将预处理过的Ti片作为阳极，Pt片作为阴极，在电解液中进行阳极氧化，氧化电压为20-60V，氧化时间为0.5-10h ； (3)初次干燥清洗:阳极氧化反应结束后，将样品取出以停止纳米管生长，然后置入去离子水中清洗，继而干燥； (4)重复步骤2和3的过程，即可制备出多层二氧化钛纳米管。3.根据权利要求2所述的一种多层二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的有机溶液包括丙酮或乙醇中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华，王珮，王宜平，刘忠堂，刘河洲，郭益平，康红梅，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海市第六人民医院，
类型：发明
国别省市：