结论：阳极氧化时间是决定纳米管长度的一个重 要参数，在一定时间内二氧化钛纳米管长度随时间增 加。
3.5 有机电解液对二氧化钛纳米管形貌的影响
2001年Gong和其同事最早的报告，第一 代阳极氧化中使用氟化氢电解质制备的二氧 化钛纳米管阵列可增加到长度约500纳米。通 过控制阳极氧化电解液pH值减少了阳极氧化 二氧化钛化学溶解，二氧化钛纳米管的长度 后来增加到7微米，之后,许多种有机电解液 都被用于制备TiO2 纳米管, 得到的管长更达 到360μm。本试验中在氟化铵的乙二醇电解 液中制得的高度有序二氧化钛纳米管阵列长 度达到43微米。
度、壁厚、管层数难控，构效关系难以建立。
1.4.3阳极氧 化法
右图为印度科学 家Maggie Paulose,采用阳 极氧化法制得的 长度达到134μm 长的二氧化钛纳 米管阵列
电化学阳极氧化法是通过对电解液中
的金属板施加外电压而实现特定结构的 有序生长, TiO2纳米管阵列生成就是对 含有F- 电解液中的高纯金属钛板施加稳 压电压而实现的，电解液的组成、pH、 负载外电压、温度、蚀刻时间均影响 TiO2纳米管的形貌和性质。
谢谢！
1.4 二氧化钛纳米管的制备
目前, 制备TiO2纳米管的方法主要有模板法、 水热合成法以及阳极氧化法。
1.4.1 模板法
这种方法得到的纳米管的内径一般较大， 并受模板形貌的限制，而且制备过程及工艺复 杂，更多的研究人员倾向于采用化学处理法。
1.4.2 水热法 水热合成法制备的TiO2纳米管杂乱无序，长
从顶面俯视图，侧面扫描图可以看出，相比一次 氧化与二次氧化SEM图，多次氧化所得纳米管阵列膜 孔径分布更为均一，规整性有显著提高。结论：通过 多次氧化可以提高所得纳米管阵列的规整性，制备出 更为均匀规整性能优良的纳米管阵列。
3.3 阳极氧化电压对二氧化钛纳米管形貌的影 响
我们观察到阳极氧化电压的提高导致二氧 化钛纳米管直径的增加，而降低阳极氧化电 位结果导致短小的二氧化钛纳米管和较小的 纳米管直径。
TiO2纳米管的研究虽然受到了人们的广泛关 注，国内外关于研究TiO2纳米管的制备技术都 已取得重大进展，逐渐趋于成熟，但仍有一些 问题需要解决。
第二章 阳极氧化法制备二氧化钛纳米 管阵列
阳极氧化法制备二氧化钛纳米管试验装置图
样品制备过程中的现象
❖ 实验初始阶段能明显看到电极有气体产生，为 细小气泡。随反应时间无变化。
结论：阳极氧化电压是影响TiO2纳米管形 成和生长过程的一个最为重要的因素，通过 调节电压参数可实现对TiO2纳米管管径大小 的控制。
3.4 反应时间对二氧化钛纳米管形貌的影响
上图分别为60V电压下阳极氧化4 h、5 h、6 h获 得二氧化钛纳米管阵列膜截面SEM图片，可以看出， 氧化4 h、5 h、6 h所得纳米管长度分别为25μm、 27μm、43μm。
Weight % Weight % Atom % Error
1.97 39.18 58.85 100.00
+/- 0.69 +/- 2.37 +/- 1.09
4.26 63.76 31.98 100.00
Atom % Error
+/- 1.50 +/- 3.86 +/- 0.59
在含0.3wt%NH4F和2vol%水的乙二醇电解液、控制氧化电压60 v、氧化时间 4 h时所得TiO2纳米管阵列膜的SEM
右图为室温下，经电 化学抛光处理的纯钛箔在 含水0的.3乙w二t%醇NH电4解F和液2、vo控l%制 氧化电压60 v、氧化时间 4 h时所得薄膜组分测试 结果，O和Ti摩尔比为 1.994：1。可以肯定：阳 极钛箔上所生成淡黄色薄 膜样品为TiO2。
Element Line
CK OK Ti K Total
第四章 结束语
本文首先主要介绍了纳米二氧化钛材料， 二氧化钛纳米管不同的制备方法和形成机理， 并分析了阳极氧化法制备二氧化钛纳米管相 比其他方法的优越性和可行性，以及二氧化 钛纳米管的应用前景。
介绍了在在乙二醇、氟化铵的混合溶液中
采用阳极氧化法在用化学处理后的纯钛片表 面生成了一层结构高度有序的高密度TiO2纳 米管阵列。并根据所得试样SEM和XRD图像 分析阳极氧化电压、反应时间、电解液组成 等因素对TiO2纳米管阵列形貌和尺寸的影响, 探讨了多次阳极氧化对纳米管形貌的改善。 探讨了二氧化钛纳米管晶型并分析了阳极氧 化法中二氧化钛纳米管的生长机理。
单层
层
约500 nm 或几个微米
约300 nm
约20 nm 10～150 nm
≤1 nm 8～50 nm
1.5 二氧化钛纳米管应用前景
TiO2纳米管因其所具有的优异的光电、催 化、传感学性能，使其在光催化、微电子微 生物模拟、传感器材料等领域得到广泛的应 用。
传感器 光催化剂 电池 光催化剂载体
1.6 本章小结
1.3 二氧化钛纳米管的形成机理
Y．Q．Wang等人提出3D—2D—1D的模型：首 先，未处理的锐钛矿相TiO2粉末是三维晶体，与浓 NaOH水溶液反应后形成薄片状。薄片状的TiO2聚积 了足够的能量后，使得该二维结构出现不稳定，接 着开始一层接一层地卷曲成为管状，最后形成TiO2 纳米管。
Gong等认为在阳极氧化法制备TiO2纳米管的过 程主要有两个：一是电场辅助钛片阳极氧化过程； 二是电场辅助金属氧化物的溶解过程
3.6 二氧化钛纳米管晶型分析
300右，图40为0，膜4厚50为，2500~02，5μ5m50T和iO620纳0℃米管6个阵不列同分的别温在度 下热处理2 h后的X射线衍射图。
3.7 二氧化钛纳米管生成机理
二氧化钛纳米管生长行为和构造图
有关化学反应如下:
❖ Ti →Ti4+ + 4e❖ Ti4+ + 2H2O → TiO2 + 4H+ ❖ 2H2O → O2-+4e- + 4H+ ❖ TiO2+ 6F- + H+ → TiF62- + 2H2O
3.2 多次氧化对二氧化钛纳米管形貌的影响
在0.5wt% NH4F、 0.5wt% 水 的乙二醇电 解液中，控 制电压60 v， 二次阳极氧 化6h，制得 TiO2纳米管 阵列膜的 SEM 图。
在0.5wt% NH4F、0.5wt% 水的乙二醇电解液中，控制电压 60 v，三次阳极氧化5 h，制得TiO2纳米管阵列膜SEM 图
阳极氧化蚀刻法与水热合成法制备的TiO2 纳管参数的比较
反应原料
阳极氧化法 含F - 电解液、高纯钛板
水热合成法 金红石TiO2 纳米颗粒
反应特点
酸式或中式反应,条件温和 碱式反应,高压
晶型
纳米管特点
长度 壁厚 管径
混晶型,管壁为锐钛矿型, 阻 主要为锐钛矿型 隔层为金红石型
纳米管一端开口、排列有序、 散乱无序、两端开口、多
二氧化钛纳米管是TiO2的存在形式之一，由于 其具有高比表面积、高深宽比和尺寸依赖效应等特 性，在很多领域有很大的应用前景
1.2.二氧化钛纳米管的结构、性能
纳米材料：纳米级结构材料简称为纳米材料 (nonmaterial)，是指其结构单元的尺寸介于 1纳米～100纳米范围之间纳米材料。
一维纳米材料：一维纳米材料是指在两维方向 上为纳米尺度，长度为宏观尺度的新型纳米 材料。如纳米棒、纳米线、半导体纳米量子 线、纳米线阵列等。
❖ 初始反应电流较高，在很短一段时间内下降很 快，下降趋势随反应时间逐渐减小，最终趋于 稳定。
❖ 阳极钛箔表面生成淡黄色氧化膜。
样品表征
采用高倍电子扫描电镜(SEM)对TiO2纳米 管阵列的形貌进行表征，用X射线衍射仪 (XRD)测定TiO2纳米管的晶体结构。
第三章 实验结果与讨论
3.1 二氧化钛纳米管 阵列膜形貌表征
阳极氧化法制备二氧化钛纳米管
技术物理学院050511班 姓名：赵洪涛 学号：05051033 指导老师：贾巧英
目录
❖ 第一章 绪论 ❖ 第二章 阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列 ❖ 第三章 实验结果与讨论 ❖ 第四章 结束语
第一章 绪论
1.1 引言
二氧化ห้องสมุดไป่ตู้(TiO2 ) 作为一种重要的无机功能材料， 具光敏、湿敏、气敏、光电等优越的性能.