专利名称：一种制备纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜的方法。
背景技术：
纳米结构二氧化钛薄膜在光催化、气体传感器、太阳能电池、生物材料以及纳米器件等高科技领域有着广泛的应用。定向生长的有序纳米结构二氧化钛单层超薄薄膜的制备是构建一些纳米器件的基础，但是，获得大面积均匀的具有上述精细结构的薄膜目前还很困难。
此外，低温条件下制备晶态结构的纳米薄膜可以避免常规的制备技术中促使薄膜晶化的热处理工序，从而避免了热处理引起的薄膜晶粒长大、比表面积下降，以及薄膜开裂等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温条件下制备纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜的方法。
本发明的制备纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜的方法，包括以下步骤1)配制酸洗液将质量浓度为50～55％的氢氟酸、质量浓度为65～68％的硝酸与去离子水按体积比1∶2～4∶5～7混合，得酸洗液；2)配制反应液A在质量浓度为20～30％的双氧水溶液中添加0.1～0.4摩尔/升的硝酸和0.01～0.02摩尔/升的四氮六甲圜，得反应液A；3)制备反应液B将金属钛板表面用步骤1)所得的酸洗液酸洗后，再用去离子水在超声波中清洗干净，然后浸没于反应液A中，在60～80℃下反应24～60小时后取出金属钛板，反应剩余溶液为反应液B；4)制备钛基板另取一金属钛板，表面用步骤1)所得的酸洗液酸洗，再用去离子水在超声波中清洗干净，然后浸没于质量浓度为15～30％的双氧水溶液中，在60～80℃下反应5～15分钟后，取出，用去离子水冲洗干净，得钛基板；
5)反应将上述钛基板浸没于反应液B中，在60～80℃下反应12小时以上；然后用去离子水清洗，干燥，即可在表面获得纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜。
本发明制备的纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜肉眼观察呈均匀的淡黄色或粉红色或嫩绿色，具体色彩取决于薄膜的厚度，是均匀的晶态结构二氧化钛薄膜对可见光产生干涉作用的结果。控制制备反应液B时的反应条件，以及制备单层薄膜的反应条件，所得薄膜厚度可控制在120～180纳米之间。所有薄膜都由单层纳米棒结构二氧化钛向上定向生长组成，二氧化钛为结晶良好的纯金红石结构。单根纳米棒的直径约10～30纳米，长度约120～180纳米。
本发明采用的方法简单、易行，重复性好，制备的纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜均匀，结晶良好，纯度高。
图1为实施例1制备的钛基板的高倍场发射扫描电子显微镜照片；图2为实施例1制备的表面覆盖二氧化钛纳米棒单层薄膜的钛基板的高倍场发射扫描电子显微镜照片；图3为实施例1制备的表面覆盖二氧化钛纳米棒单层薄膜的钛基板的X-射线衍射图，图中，Ruti1e金红石，Ti钛；图4为实施例2制备的表面覆盖二氧化钛纳米棒单层薄膜的钛基板的高倍场发射扫描电子显微镜照片；图5为实施例2制备的表面覆盖二氧化钛纳米棒单层薄膜的钛基板的X-射线衍射图，图中，Rutile金红石，Ti钛；图6为实施例3制备的表面覆盖二氧化钛纳米棒单层薄膜的钛基板的高倍场发射扫描电子显微镜照片；图7为实施例4制备的表面覆盖二氧化钛纳米棒单层薄膜的钛基板的高倍场发射扫描电子显微镜照片；具体实施方式
以下结合实施例进一步阐述本发明方法。但本发明不仅仅局限于下述实施例。
实施例11)配制酸洗液将质量浓度为55％的氢氟酸、质量浓度为65％的硝酸与去离子水按体积比1∶3∶6的比例混合，得酸洗液。
2)配制反应液A50ml质量浓度为30％的双氧水溶液中依次添加1.0毫升质量浓度为63％的硝酸和100毫克四氮六甲圜(质量百分比纯度＞99.5％)，得反应液A。
3)制备反应液B尺寸为5×5×0.01(cm3)金属钛板表面用步骤1)所得的酸洗液在60℃温度下酸洗，而后用去离子水在超声波中清洗干净。
将清洗干净的金属钛板浸没于50ml反应液A中，在80℃下反应52小时，得反应剩余溶液，即反应液B。
4)制备钛基板另取一尺寸为5×5×0.01(cm3)金属钛板，表面用步骤1)所得的酸洗液在60℃温度下酸洗，而后用去离子水在超声波中清洗干净。
将清洗干净的金属钛板浸没于50ml质量浓度为30％的双氧水溶液中，在80℃下反应10分钟，得钛基板。
5)反应将上述钛基板浸没于反应液B中，在80℃下反应20小时，反应后的钛基板用去离子水冲洗，干燥。
反应结果钛基板表面形貌如图1所示，所显示的纳米微孔结构对诱导其后反应时纳米棒单层薄膜的生长具有重要作用。反应后钛基板表面呈均匀的粉红色，生成如图2所示的纳米棒单层薄膜，薄膜的厚度约150纳米。图3显示，二氧化钛晶体结构为纯金红石结构，结晶良好。
实施例21)配制酸洗液同实施例1。
2)配制反应液A同实施例1。
3)制备反应液B金属钛板表面清洗同实施例1；将清洗干净的金属钛板浸没于50ml反应液A中，在80℃下反应56小时，得反应剩余溶液，即反应液B。
4)制备钛基板同实施例1。
5)反应将上述钛基板浸没于反应液B中，在80℃下反应16小时，反应后的钛基板用去离子水冲洗，干燥。
反应结果反应后钛基板表面呈均匀的嫩绿色，生成如图4所示的纳米棒单层薄膜，薄膜的厚度约125纳米，单根纳米棒的直径约30纳米，长度约120纳米。图5显示，二氧化钛晶体结构为纯金红石结构，结晶良好。
实施例31)配制酸洗液将质量百分比浓度为50％的氢氟酸、质量百分比浓度为68％的硝酸与去离子水按体积比1∶4∶7的比例混合，得酸洗液。
2)配制反应液A50ml质量浓度为30％的双氧水溶液中依次添加0.5毫升质量浓度为63％的硝酸和70毫克四氮六甲圜(质量百分比纯度＞99.5％)，得反应液A。
3)制备反应液B尺寸为5×5×0.01(cm3)金属钛板表面用步骤1)所得的酸洗液在60℃温度下酸洗，而后用去离子水在超声波中清洗干净。
将清洗干净的金属钛板浸没于50ml反应液A中，在60℃下反应48小时，得反应剩余溶液，即反应液B。
4)制备钛基板另取一尺寸为5×5×0.01(cm3)金属钛板，表面用步骤1)所得的酸洗液在60℃温度下酸洗，而后用去离子水在超声波中清洗干净；将清洗干净的金属钛板浸没于50ml质量浓度为20％的双氧水溶液中，在70℃下反应8分钟，得钛基板。
5)反应将上述钛基板浸没于反应液B中，在70℃下反应24小时，反应后的钛基板用去离子水冲洗，干燥。
反应结果反应后钛基板表面呈均匀的淡黄色，生成如图6所示的纳米棒单层薄膜，薄膜的厚度约160纳米，二氧化钛晶体结构为纯金红石结构，结晶良好。
实施例41)配制酸洗液同实施例1。
2)配制反应液A50ml质量浓度为30％的双氧水溶液中依次添加2.0毫升质量浓度为63％的硝酸和140毫克四氮六甲圜(质量百分比纯度＞99.5％)，得反应液A。
3)制备反应液B金属钛板表面清洗同实施例1；将清洗干净的金属钛板浸没于50ml反应液A中，在70℃下反应24小时，得反应剩余溶液，即反应液B。
4)制备钛基板另取一尺寸为5×5×0.01(cm3)金属钛板，表面清洗同实施例1；将清洗干净的金属钛板浸没于50ml质量浓度为30％的双氧水溶液中，在60℃下反应15分钟，得钛基板。
5)反应将上述钛基板浸没于反应液B中，在60℃下反应48小时，反应后的钛基板用去离子水冲洗，干燥。
反应结果反应后钛基板表面呈均匀的淡黄色，生成如图7所示的纳米棒单层薄膜，薄膜的厚度约180纳米，二氧化钛晶体结构为纯金红石结构，结晶良好。
权利要求
1.一种制备纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜的方法，其特征是包括以下步骤1)配制酸洗液将质量浓度为50～55％的氢氟酸、质量浓度为65～68％的硝酸与去离子水按体积比1∶2～4∶5～7混合，得酸洗液；2)配制反应液A在质量浓度为20～30％的双氧水溶液中添加0.1～0.4摩尔/升的硝酸和0.01～0.02摩尔/升的四氮六甲圜，得反应液A；3)制备反应液B将金属钛板表面用步骤1)所得的酸洗液酸洗后，再用去离子水在超声波中清洗干净，然后浸没于反应液A中，在60～80℃下反应24～60小时后取出金属钛板，反应剩余溶液为反应液B；4)制备钛基板另取一金属钛板，表面用步骤1)所得的酸洗液酸洗，再用去离子水在超声波中清洗干净，然后浸没于质量浓度为15～30％的双氧水溶液中，在60～80℃下反应5～15分钟后，取出，用去离子水冲洗干净，得钛基板；5)反应将上述钛基板浸没于反应液B中，在60～80℃下反应12小时以上；然后用去离子水清洗，干燥，即可。
全文摘要
本发明公开的制备纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜的方法，其步骤如下将氢氟酸、硝酸与去离子水混合，配得酸洗液；在双氧水溶液中添加硝酸和四氮六甲圜，得反应液A；金属钛板表面用酸洗液酸洗，浸没于反应液A中，在60～80℃下反应24～60小时后取出金属钛板，反应剩余溶液作为反应液B；另取一金属钛板，表面用酸洗液酸洗，浸没于双氧水溶液中，在60～80℃下反应5～15分钟后，取出，用去离子水冲洗干净，得钛基板；将上述钛基板浸没于反应液B中，在60～80℃下反应12小时以上；反应后的钛基板用去离子水清洗，干燥。本发明方法简单、易行，重复性好，制备的纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜均匀，结晶良好，纯度高。
文档编号B08B3/12GK1888135SQ20061005274
公开日2007年1月3日 申请日期2006年8月1日 优先权日2006年8月1日
发明者吴进明 申请人:浙江大学