[發明專利]一種二氧化鈦芯/殼納米電纜陣列的制備方法

無效

• 申請號: 201210392780.X
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102953110A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 胡小曄;孟國文;劉毛;許偉;韓方明;王兆明
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C30B30/02;C30B29/12;C30B29/66
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

????本發明主要涉及種一種普適的化學刻蝕方法，尤其涉及一種二氧化鈦芯/殼納米電纜陣列的制備方法?

背景技術

純鈦片在某些電解質中（主要為含氟離子的有機或無機電解質），通過陽極氧化能獲得有序排列的二氧化鈦納米管陣列。這些通過陽極氧化法制備的二氧化鈦納米管陣列，因其獨特的管狀結構、高的比表面積以及有序的排列方式，使其在在環境、能源、生物及光學領域具有廣闊的應用前景。近幾年來，人們利用陽極氧化的二氧化鈦納米管陣列作為模板（類似于多孔陽極氧化氧化鋁模板），采用電化學沉積技術在二氧化鈦納米管中填充金屬、半導體等納米線，獲得金屬/二氧化鈦、半導體/二氧化鈦等納米電纜，以拓展陽極氧化二氧化鈦納米管的應用領域。然而，陽極氧化二氧化鈦納米管陣列膜很脆、容易破裂、支撐的鈦片襯底很難移除、二氧化鈦納米管低端通孔難度大等缺點，制約了二氧化鈦作為模板的使用。因此探究一種簡便有效的合成方法，制備結構復雜、參數可控的二氧化鈦納米線/納米管復合結構陣列將具有重要意義。?

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種廉價、簡單的合成方法，用于制備結構參數可控的二氧化鈦納米線/納米管復合結構陣列。?

本發明是通過以下技術方案實現的：?

一種二氧化鈦芯/殼納米電纜陣列的制備方法，包括以下步驟：

（1）首先將含鈦量為94—96%的金屬片在濃度比為1—2：1—2的乙醇和丙酮的混合溶液里超聲清洗60—70min以去除表面的有機物，然后再用去離子水反復清洗，并晾干；

（2）將清洗晾干后的金屬片在含有0.20—0.30mol/L氫氟酸的乙二醇溶液中進行陽極氧化，其中氧化電壓為10—20v，氧化時間為10—15min；然后增加陽極氧化電壓到40—60v，氧化1.5—2h，形成上下兩層大小管徑不同的二氧化鈦納米管陣列；

（3）取出陽極氧化的金屬片，通過超聲振蕩，使在小電壓下陽極氧化制備的小管徑二氧化鈦納米管從大管徑二氧化鈦納米管陣列上分離，留下表面平整，無裂縫的二氧化鈦納米管陣列膜；

（4）配置含有4mol/L?堿溶液，將制備的二氧化鈦納米管陣列膜浸泡其中2-4?h后，去離子水清洗1—5分鐘；

（5）配置含有0.25-0.5mol/L的酸溶液，將在堿溶液中浸泡后的二氧化鈦納米管陣列，浸泡在酸溶液中1.5-2?h，去離子水清洗干凈，烘干，即可獲得二氧化鈦芯/殼納米電纜陣列。

步驟（4）中的酸溶液為KOH或NaOH溶液。?

步驟（5）中的酸溶液為H₂SO₄、HCL、或HNO₃等可溶性酸溶液。?

本發明的優點是：本方法簡單可行，快速高效，產物形貌可控，具有實用價值。?

附圖說明

圖1為二氧化鈦芯/殼納米電纜陣列制備各階段示意圖。（a）為小電壓下制備的的二氧化鈦納米管陣列，圖1（b）增加陽極氧化電壓后，形成的兩層二氧化鈦納米管陣列，圖1（c）移除小管徑二氧化鈦納米管后獲得的表面平整，無裂痕的二氧化鈦納米管陣列。圖1（d）堿和酸刻蝕后形成的線在管中的二氧化鈦芯/殼納米電纜陣列；?

圖2（a）為兩次陽極氧化法制備的具有大面積表面平整無裂痕的二氧化鈦納米管陣列的大尺寸SEM圖，圖2（b）為兩次陽極氧化法制備的具有大面積表面平整無裂痕的二氧化鈦納米管陣列的局部放大的SEM圖；

圖3為本發明中用4?mol/L?KOH在室溫下對陽極氧化制備的二氧化鈦納米管陣列進行刻蝕4?h，然后在室溫下用0.5?mol/L?HCL再刻蝕1.5?h后形成的二氧化鈦芯/殼納米電纜陣列的微觀結構及表征結果。圖3（a）頂端為低倍的SEM圖；圖3（b）高倍頂端SEM圖；圖3（c）為截面SEM圖；圖3（d）為將二氧化鈦納米管徑向截開，露出內部二氧化鈦納米線的SEM圖。在SEM圖的右側位對應的單根線在管中的二氧化鈦納米管的示意圖。從圖SEM圖中個可以測量出，管腔內納米線和管壁之間的間隙大約為25nm；

圖4為4?mol/L?KOH在室溫下對陽極氧化制備的二氧化鈦納米管陣列進行刻蝕4?h，然后在室溫下用0.3?mol/L?HCL再刻蝕1.5?h后形成的二氧化鈦芯/殼納米電纜陣列的微觀結構及表征結果。圖4（a）頂端為低倍的SEM圖；圖4（b）高倍頂端SEM圖。從圖SEM圖中個可以測量出，管腔內納米線與和管壁之間的間隙大約為35nm；