[發明專利]在鈦基底材料表面制備二氧化鈦納米管陣列層的方法

無效

• 申請號: 200610022386.1
• 申請日: 2006-12-01
• 公開（公告）號: CN101191248A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發明（設計）人: 馮波;初薛基;翁杰;魯雄;汪建新;屈樹新
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明屬于納米材料領域，具體地說涉及一種在純鈦或鈦合金表面制備二氧化鈦納米管陣列層的方法。

背景技術

鈦及鈦合金質輕、強度高，耐腐蝕性好，已被廣泛應用于航空航天、機械制造、生物醫用材料等領域。但使用的時候，常常需要對其進行表面改性，目的是為了得到性能更優越的表面，如通過激光融覆TiN、TiC來提高其硬度及耐磨性能；通過沉積涂層的方法提高鈦表面的耐腐蝕性，耐高溫及耐磨性；通過表面納米化改變鈦表面的微觀結構，提高力學性能等。

二氧化鈦是一種重要的無機功能材料。納米二氧化鈦具有細小的晶體尺寸及獨特的納米尺寸效應、濕敏、氣敏、介電效應、光電轉換、光致變色及優越的光催化、良好的生物相容性及耐腐蝕等性能，因此在傳感器、介電材料、光催化、太陽能電池、自清潔材料及生物材料等領域廣泛使用。因此，在鈦及鈦合金表面制備一層納米二氧化鈦，能夠更好地改進其功能特性。

二氧化鈦納米管是納米二氧化鈦的一種存在形式。在鈦及鈦合金表面制備納米管陣列的方法有模板法和陽極氧化法。在模板法中，首先要制備出多孔有序的氧化鋁模板或高分子模板，然后通過溶膠-凝膠法或電化學沉積法制備出二氧化鈦納米管，這種方法的主要缺點是工藝復雜和制備的二氧化鈦納米管形態依賴于模板。陽極氧化法相對較為簡單，可直接在鈦表面形成納米管陣列。但目前報道的方法中，通常存在電解液成本較高，工藝操作不便的缺點。中國專利申請200510125502.8采用單質的HF酸作電解液，體系單一，pH值降低快，氧化與腐蝕達到平衡的時間短，難以增加納米管的長度和控制納米管形貌。

發明內容

本發明的基本構思是以鈦或鈦合金為陽極，鈦、鉑或石墨為陰極，選擇在適當的電解液中，加以電壓，鈦能夠通過氧化在表面形成二氧化鈦膜，通過電化學腐蝕可以獲得納米管的形態，然后通過熱處理使表面納米二氧化鈦結晶。具體可描述為：

在鈦基底材料表面制備二氧化鈦納米管陣列層的方法，鈦基材經表面預處理后在含HF酸的電解液中進行電化學陽極氧化處理，經所述電化學陽極氧化處理后的鈦基材再經熱處理，得到銳鈦礦型二氧化鈦納米管陣列，采用如下的步驟獲得二氧化鈦納米管陣列層：

1)、鈦基材經逐級表面打磨后依次在丙酮，蒸餾水中超聲清洗；清洗后的鈦基材在含6.0mol/L硝酸和1～3mol/L氫氟酸混合溶液中酸蝕至無氣泡產生，然后用蒸餾水沖洗基材表面，快速吹干后在空氣中室溫干燥得到刻蝕后鈦基材；

2)、由1)得到的刻蝕后鈦基材放入如下成分的混合電解液中：磷酸二氫銨1～3mol/L，氫氟酸0.2～0.4mol/L；進行恒壓陽極氧化，具體電解參數為：電壓20V，電極間距為2～5cm，電解槽溫度保持在室溫；3)、對2)得到的具有非晶態二氧化鈦納米管表面構造的制品進行熱處理：空氣氣氛下，升溫速度為3℃/min，450℃保溫3小時，然后隨爐冷至室溫；最后在純鈦基底表面制備銳鈦礦型二氧化鈦納米管陣列層。

本發明方法的電解液體系可在相對長的時間范圍內控制氧化與腐蝕達到平衡，從而可較好地實現對二氧化鈦納米管形貌的控制。本發明方法操作簡便，成本低，制備的二氧化鈦納米管陣列定向規則排布，非晶態二氧化鈦納米管在垂直于基底方向產生，管徑達80～100nm，壁厚18～21nm，管長為0.7～2.0μm，比表面積大。

具體實施方式

本發明的一種在純鈦或鈦合金表面制備二氧化鈦納米管陣列涂層的方法，其步驟如下：1)將純鈦(一般雜質成分含量不大于0.5％)或鈦合金切割成片，依次用280#，400#，及1000#的耐水碳化硅砂紙打磨，然后依次在丙酮，蒸餾水中超聲清洗；2)在含6.0mol/L硝酸和微量氫氟酸混合溶液中酸蝕至無氣泡產生，然后用蒸餾水沖洗樣品表面，再用電吹風將刻蝕后樣品快速吹干，在空氣中放置至少1小時后才能進行陽極氧化；3)配制混合電解液，具體成分包括：磷酸二氫銨1～3mol/L，氫氟酸0.2～0.4mol/L；還可加入適量的無機或有機添加劑；4)電解電壓20V，電極間距為2～5cm，電解槽溫度保持在室溫，進行陽極氧化處理，在處理過程中電解液應保持不斷攪拌；5)在空氣氣氛下進行熱處理，升溫速度為3℃/min，從室溫升至450℃保溫一段時間，然后隨爐冷至室溫。

下面結合實施例對本發明作進一步的描述。

實施例1：

在直徑為15mm，厚度為1.5mm的純鈦片上制備薄的二氧化鈦納米管陣列層。