專利名稱：金屬鈦表面制備定向排列二氧化鈦納米棒陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在金屬鈦表面制備晶態(tài)結(jié)構(gòu)定向排列二氧化鈦納米棒陣列的方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦薄膜在光催化、氣體傳感器、太陽(yáng)能電池以及生物材料等高科技領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由定向規(guī)則排列的納米結(jié)構(gòu)，如納米線、納米管、納米棒等，組成的薄膜具有獨(dú)特的性能細(xì)小的晶粒尺寸、高的比表面積以及獨(dú)特的納米尺寸效應(yīng)等。
目前，已經(jīng)采用各種物理、化學(xué)及電化學(xué)技術(shù)制備出二氧化鈦納米線、納米管、納米棒等粉體。定向排列二氧化鈦納米管組成的薄膜也已通過(guò)電化學(xué)及隨后的高溫?zé)崽幚砭Щ^(guò)程獲得，并表現(xiàn)出優(yōu)異的氣敏性能。但是，上述方法大都涉及復(fù)雜的設(shè)備或繁復(fù)的過(guò)程，容易引入各種有機(jī)、無(wú)機(jī)雜質(zhì)。此外，為獲得晶態(tài)結(jié)構(gòu)的二氧化鈦、去除有機(jī)物雜質(zhì)而引入的高溫?zé)崽幚頃?huì)不可避免地引起二氧化鈦的晶粒長(zhǎng)大，比表面積減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低溫條件下在金屬鈦表面制備晶態(tài)結(jié)構(gòu)定向規(guī)則排列二氧化鈦納米棒陣列的簡(jiǎn)便方法，而無(wú)需通常所采用的后續(xù)熱處理晶化過(guò)程。
本發(fā)明的金屬鈦表面制備定向排列二氧化鈦納米棒陣列的方法，其步驟如下1)將質(zhì)量百分比濃度為50～60％的HF酸、60～68％的HNO3酸與去離子水以體積比1∶3∶6的比例混合，得混合酸溶液；2)將金屬鈦板表面用上述混合酸在50～70℃溫度下清洗，而后再用去離子水在超聲波中清洗干凈；3)將清洗干凈的金屬鈦板浸沒(méi)于質(zhì)量百分比濃度為30％的雙氧水溶液中，在60～85℃下反應(yīng)24～72小時(shí)。
本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、易行，成本低，制備的納米棒陣列定向規(guī)則生長(zhǎng)，結(jié)晶良好，晶粒細(xì)小，比表面積大，純度高，薄膜與基體之間結(jié)合好。


圖1為實(shí)施例1制備的表面覆蓋定向排列二氧化鈦納米棒的鈦片的低倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；圖2為實(shí)施例1制備的表面覆蓋定向排列二氧化鈦納米棒的鈦片的高倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片(頂視圖)；圖3為實(shí)施例1制備的表面覆蓋定向排列二氧化鈦納米棒的鈦片的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片(剖面圖)；圖4為實(shí)施例1制備的表面覆蓋定向排列二氧化鈦納米棒的鈦片的中間層高倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片(剖面圖)；圖5為實(shí)施例1制備的二氧化鈦納米棒的透射電子顯微鏡照片；圖6為實(shí)施例1制備的表面覆蓋定向排列二氧化鈦納米棒的鈦片的薄膜頂層的X-射線衍射圖；圖7為實(shí)施例1制備的表面覆蓋定向排列二氧化鈦納米棒的鈦片的薄膜中間層的X-射線衍射圖；圖8為實(shí)施例2制備的表面覆蓋定向排列二氧化鈦納米棒的鈦片的高倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片(頂視圖)；圖9為實(shí)施例3制備的表面覆蓋定向排列二氧化鈦納米棒的鈦片的高倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片(頂視圖)；圖10為實(shí)施例4制備的表面覆蓋定向排列二氧化鈦納米棒的鈦片的高倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片(頂視圖)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。但本發(fā)明在金屬鈦表面制備晶態(tài)結(jié)構(gòu)定向規(guī)則排列二氧化鈦納米棒陣列的方法不僅僅局限于下述實(shí)施例。
實(shí)施例11)將質(zhì)量百分比濃度為55％HF酸、65％HNO3酸與去離子水以體積比1∶3∶6的比例混合，得混合酸溶液；2)將尺寸為5×5×0.01(cm3)金屬鈦板表面用上述混合酸在60℃溫度下清洗，而后再用去離子水在超聲波中清洗干凈；3)將清洗干凈的金屬鈦板浸沒(méi)于50ml質(zhì)量百分比濃度為30％的雙氧水溶液中，在80℃下反應(yīng)72小時(shí)。
圖1～圖6顯示了金屬鈦表面均勻生成定向排列二氧化鈦納米棒陣列的結(jié)果
由圖1和圖2可見(jiàn)，金屬鈦板表面均勻生成定向排列二氧化鈦納米棒陣列。
由圖3和圖4可見(jiàn)，金屬鈦板表面為定向排列二氧化鈦納米棒，厚度約1微米；納米棒層和鈦板之間為致密二氧化鈦納米顆粒層，厚度約2微米。圖5顯示納米棒單體尺寸的直徑約20～30納米，長(zhǎng)度約150納米。
由圖6可見(jiàn)，圖中A銳鈦礦；R金紅石相；Ti鈦，定向排列二氧化鈦納米棒陣列是晶體結(jié)構(gòu)為銳鈦礦和金紅石混合晶型的二氧化鈦，其中金紅石相擇尤生長(zhǎng)，質(zhì)量百分比含量約為30％。圖7表明，中間層晶體結(jié)構(gòu)為銳鈦礦的二氧化鈦，圖中A銳鈦礦；Ti鈦。
實(shí)施例21)將質(zhì)量百分比濃度為50％HF酸、60％HNO3酸與去離子水以體積比1∶3∶6的比例混合，得混合酸溶液；2)將尺寸為2.5×2.5×0.01(cm3)金屬鈦板表面用上述混合酸在50℃溫度下清洗，而后再用去離子水在超聲波中清洗干凈；3)將清洗干凈的金屬鈦板浸沒(méi)于50ml質(zhì)量百分比濃度為30％的雙氧水溶液中，在60℃下反應(yīng)48小時(shí)。
結(jié)果如圖8所示，金屬鈦板表面均勻生成定向排列二氧化鈦納米棒。
實(shí)施例31)將質(zhì)量百分比濃度為60％HF酸、68％HNO3酸與去離子水以體積比1∶3∶6的比例混合，得混合酸溶液；2)將尺寸為2.5×2.5×0.01(cm3)金屬鈦板表面用上述混合酸在70℃溫度下清洗，而后再用去離子水在超聲波中清洗干凈；3)將清洗干凈的金屬鈦板浸沒(méi)于20ml質(zhì)量百分比濃度為30％的雙氧水溶液中，在85℃下反應(yīng)24小時(shí)。
結(jié)果如圖9所示，金屬鈦板表面均勻生成定向排列二氧化鈦納米棒。
實(shí)施例4步驟1)同實(shí)施例1。
步驟2)同實(shí)施例2。
步驟3)將清洗干凈的金屬鈦板浸沒(méi)于10ml濃度為30％(質(zhì)量百分比)雙氧水溶液中，在80℃下反應(yīng)72小時(shí)。
結(jié)果如圖10所示，金屬鈦板表面均勻生成定向排列二氧化鈦納米棒。
權(quán)利要求
1.金屬鈦表面制備定向排列二氧化鈦納米棒陣列的方法，其特征是包括以下步驟1)將質(zhì)量百分比濃度為50～60％的HF酸、60～68％的HNO3酸與去離子水以體積比1∶3∶6的比例混合，得混合酸溶液；2)將金屬鈦板表面用上述混合酸在50～70℃溫度下清洗，而后再用去離子水在超聲波中清洗干凈；3)將清洗干凈的金屬鈦板浸沒(méi)于質(zhì)量百分比濃度為30％的雙氧水溶液中，在60～85℃下反應(yīng)24～72小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬鈦表面制備定向排列二氧化鈦納米棒陣列的方法，其步驟如下1)將質(zhì)量百分比濃度為50～60％的HF酸、60～68％的HNO
文檔編號(hào)C23G1/02GK1740392SQ20051006075
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者吳進(jìn)明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)