一种调控二氧化钛纳米管径的方法与流程

本发明涉及二氧化钛纳米管领域，尤其涉及一种超大二氧化钛纳米管径调控方法。

背景技术：

二氧化钛纳米管具有大比表面积和优良的光电性能，在染料敏化太阳能电池、生物传感、生物医药、氢传感器、催化剂载体等领域具有广泛的应用前景。二氧化钛纳米管的制备方法主要有溶胶-凝胶法、模板法、高温水热法和阳极氧化法。其中，阳极氧化法工艺简单，可控性好，因此备受国内外重点关注。通常，阳极氧化法主要采取电解液进行氧化，电解液溶质主要是氟化物，溶剂为醇类物质。采用一次阳极氧化法，会在纳米管的开口顶端形成一层无序的杂质和倒伏的纳米管，遮挡了阵列的开口，对实际应用通常有着较大的影响。现有很多技术会采取二次氧化法来获得形貌更规整的二氧化钛纳米管。cn201110138088.x，东南大学提出的二氧化钛纳米管阵列的制备方法用二次阳极氧化法制备纳米管，但是其中超声的步骤不仅耗时耗能，而且不能保证所有的一次氧化制备的纳米管都被震落。

表面活性剂已经作为软模板制备纳米棒、纳米管等纳米材料的添加剂，cn201310177283.2哈尔滨工程大学提出的阳离子表面活性剂辅助制备二氧化钛纳米管的方法利用软模板-水热法将表面活性剂用于二氧化钛纳米管粉体的制备，获得更加均匀，成管效率高的管径。

二氧化钛管径增大，有利于提高二氧化钛纳米管的光水解性能。在阳极氧化法中，利用钛片制备超大管径的二氧化钛纳米管未见相关报道。

技术实现要素：

本发明的目的是获得纳米管管径和长度均一，超大管径的二氧化钛纳米管。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种调控二氧化钛纳米管径的方法，其特征在于具体步骤为：

a.将钛片在酸溶液中进行化学抛光；

b.电解液配制：电解液由表面活性剂、乙二醇、氟化铵和去离子水组成；

c.将抛光后的钛片放置于一个两电极的恒温阳极氧化装置上，抛光后的钛片作为阳极，石墨电极为阴极，将两个电极浸入同一电解液中；

d.设置电解液温度，将两个电极通上直流电压，进行阳极氧化，得到二氧化钛纳米管；

e.用去离子水将二氧化钛纳米管冲洗2-3遍，在空气中晾干。

优选的是电解液中表面活性剂为聚山梨酯。

优选的是各成分所占电解液体积分数为聚山梨酯1％-3％，乙二醇65％-67％，氟化铵1％-2％，去离子水28％-33％。

所述的一种调控二氧化钛纳米管径的方法，其特征在于：所述钛片纯度>99％，厚度为1-3mm。

所述的一种调控二氧化钛纳米管径的方法，其特征在于：所述的化学抛光时间为20秒。

所述的一种调控二氧化钛纳米管径的方法，其特征在于：所述酸溶液由氢氟酸、硝酸和去离子水组成，氢氟酸、硝酸、去离子水的体积比为1：1：2。

所述的一种调控二氧化钛纳米管径的方法，其特征在于：所述的电解液温度为20℃，直流电压为100-140v，阳极氧化时间为3-5小时。

优选的是，一种调控二氧化钛纳米管径的方法，所述直流电压为140v，阳极氧化时间为4小时。

本发明的原理：对钛片的前处理和在含有表面活性剂聚山梨酯的电解液中和调控电压下进行阳极氧化处理以及后处理，获得管径、长度均一的二氧化钛纳米管。表面活性剂聚山梨酯为高分子表面活性剂，可以形成分子内胶束和分子间胶束，使二氧化钛纳米管在胶束上生成并减少集聚获得超大、均一的纳米管。

有益效果

本发明采用在电解液中加入表面活性剂聚山梨酯的阳极氧化法获得纳米管管径和长度均一，超大管径的二氧化钛纳米管，管径为540nm-820nm的二氧化钛纳米管能够广泛应用于传感器。

附图说明

图1实施例1获得的二氧化钛纳米管径fetem(场发射扫描电镜)图；

图2实施例2获得的二氧化钛纳米管径fetem(场发射扫描电镜)图；

图3实施例3获得的二氧化钛纳米管径fetem(场发射扫描电镜)图。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

将纯度为99.9％、厚度为1mm的钛片在氢氟酸、硝酸和去离子水的体积比为1：1：2的酸溶液中化学抛光20秒。将抛光后的钛片放置于一个两电极的阳极氧化装置上，抛光后的钛片作为阳极，石墨电极为阴极；将两个电极浸入同一电解液中。电解液的成分为体积分数1％的聚山梨酯、1％的氟化铵，65％的乙二醇和33％的去离子水。电解液温度恒定为20℃，将两个电极通上100v的直流电压，阳极氧化3小时，得到二氧化钛纳米管。然后用去离子水将二氧化钛纳米管冲洗2-3遍，在空气中晾干。制得的纳米管的直径约为540nm，长度约为3.91μm，纳米管阵列排列整齐，长度一致，管径均匀。

实施例2：

将纯度为99.9％厚度为2mm的钛片在氢氟酸、硝酸和去离子水的体积比为1：1：2的酸溶液中化学抛光20秒。将抛光后的钛片放置于一个两电极的阳极氧化装置上，抛光后的钛片作为阳极，石墨电极为阴极；将两个电极浸入同一电解液中。电解液的成分为体积分数2％的聚山梨酯、67％的乙二醇、1.5％的氟化铵和29.5％的去离子水。电解液温度恒定为20℃，将两个电极通上120v的直流电压，阳极氧化5小时，得到二氧化钛纳米管。然后用去离子水将二氧化钛纳米管冲洗2-3遍，在空气中晾干。制得的纳米管的直径约为650nm，长度约为3.56μm，纳米管阵列排列整齐，长度一致，管径均匀。

实施例3：

将纯度为99.9％，厚度为3mm的钛片在氢氟酸、硝酸和去离子水的体积比为1：1：2的酸溶液中化学抛光20秒。将抛光后的钛片放置于一个两电极的阳极氧化装置上，抛光后的钛片作为阳极，石墨电极为阴极；将两个电极浸入同一电解液中。电解液的成分为体积分数3％的聚山梨酯、67％的乙二醇、2％的氟化铵和28％的去离子水。电解液温度恒定为20℃，将两个电极通上140v的直流电压，阳极氧化4小时，得到二氧化钛纳米管。然后用去离子水将二氧化钛纳米管冲洗2-3遍，在空气中晾干。制得的纳米管的直径约为820nm，长度约为6.10μm，纳米管阵列排列整齐，长度一致，管径均匀。

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于

本技术：
所附权利要求书所限定的范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种调控二氧化钛纳米管径的方法。将钛片在氢氟酸和硝酸溶液中进行化学抛光；将抛光后的钛片放置于一个两电极的恒温阳极氧化装置上，抛光后的钛片作为阳极，石墨电极为阴极，将两个电极浸入同一电解液中，电解液由表面活性剂聚山梨酯、乙二醇、氟化铵和去离子水组成；设置电解液温度，将两个电极通上直流电压，进行阳极氧化，得到二氧化钛纳米管；用去离子水将二氧化钛纳米管冲洗2‑3遍，在空气中晾干。所获得的二氧化钛纳米管管径可达几百纳米，纳米管阵列规整，管径和长度均一，广泛应用于传感器。

技术研发人员：张少瑜;沈颖;屠小斌;胡冬艳
受保护的技术使用者：江苏城乡建设职业学院
技术研发日：2017.02.10
技术公布日：2017.09.29