[實用新型]二氧化鈦納米管陣列精密制備和原位測試分析系統

有效

• 申請號: 201220604479.6
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN202974938U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 楊賢金;崔振鐸;梁硯琴;杜康;叢士杰;趙學玒;趙翔;王博
• 申請（專利權）人: 天津精儀博碩科技發展有限公司
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;B82Y35/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本實用新型涉及一種自組裝二氧化鈦納米管陣列的制備。特別是涉及一種具有高重復性穩定性的二氧化鈦納米管陣列精密制備和原位測試分析系統。?

背景技術

二氧化鈦作為一種無機光敏半導體材料，由于其無毒害、無污染、按照有序規整結構排列和大比表面積等特點，使其廣泛應用于光電催化、染料敏化、太陽能電池、自清潔、光解水、儲能、醫用載藥及人體工程材料等領域。制備自組裝二氧化鈦納米管目前主要采用電化學陽極氧化法，一般采用兩電極體系，陽極為鈦箔板，陰極為鉑電極，電解液采用含氟離子的水溶液或其他有機溶劑。在兩極施加一定電壓時，鈦箔板被氧化形成管狀無定形TiO₂陣列膜，經酒精洗脫后干燥熱處理，即得到與基底垂直取向的自組裝TiO₂納米管材料。由梁硯琴、楊賢金、崔振鐸等在201010278615.2的發明專利“二氧化鈦納米管摻雜磁性顆粒的合成方法”中提供一種上述的成本低、高效的自組裝納米管制備方法，該材料具有大比表面積，摻雜后具有導磁性，且并可表現出良好的光電活性，在許多領域有十分廣闊的應用前景。但是目前納米管材料的制備方法專利與文獻中，普遍缺乏專業的技術裝置保證自組裝納米管陣列所采用工藝技術的重復性和穩定性，基于此種情形所制備出的材料只具備科學發現的意義，缺乏嚴謹的偏差控制體系，制備器件受制備條件限制導致的個體偏離度過大，無法保證科學研究中所制備出的不同特性材料的統計學分析意義。也常出現在大批量制備試驗過程中無法跟蹤、記錄制備過程，致使樣品無法溯源的現象。目前，還未在報道中有專利和文獻提出針對陽極氧化法制備TiO₂自組裝納米管陣列結構的生長機制、形貌結構參數（如納米管直徑、壁厚以及管長等）控制以及應用問題，通過機械、電子及微機控制技術，以自動化儀器裝置支持制備自組裝TiO₂納米管陣列的制造工藝。?

影響自組裝TiO₂納米管制備的主要工藝參數有電解液組成、pH值參數、陽極電壓、氧化時間、電極位置參數、電極反應面積參數等。?

1、電解液濃度及酸堿度成分的影響?

電解液的組成和濃度對TiO₂自組裝納米管陣列形貌結構有重要影響，目前所使用的電解液可分為HF水和電解液及含氟離子的有機電解液。含氟離子的有機電解液中制備的TiO₂納米管的生長速率和長徑比遠大于HF水和電解液中制備的納米管，而且有機電解液更容易制備出管長較長的納米管。但在實際制備過程中，由于實驗環境條件不同及制備時間不同，電解液在制備過程中會因為吸入空氣中的水氣或因緩慢蒸發等因素，造成過程中電解液濃度及酸堿度與最初預設工藝參數不符，造成制備電解液條件不穩定不可控。目前，未見相關報道說明了如何在制備過程中監控電解液濃度與酸堿度變化，電化學離子選擇性電極與PH電極在電極通電時受到溶液中極板電勢分布影響的問題的解決也未見說明。此外電解液中的有機試劑與離子選擇性電極相互作用也會影響讀數準確性。以上種種問題均對制備過程中的電?解液工藝控制造成影響。?

2、陽極電壓?

電化學反應中所加陽極氧化電壓可使體系獲得反應驅動力，促使電解液中離子的遷移，維持反應進程。針對無機和有機相設置電壓相對控制范圍較寬，且控制的精度要求較高，除此之外，陽極電壓源應考慮到制備中電弧擊穿實驗的要求，輸出電流上限要較高。由于電壓施加方式對TiO₂納米管陣列的形貌也有影響，陽極電壓源應程序可控，除提供恒定電壓模式外，還應具有階躍脈沖電壓施加模式，恒定電流模式，階躍電流模式等，以便用戶能制備出相應陽極電壓工藝參數下的TiO₂納米管陣列結構。?

3、氧化時間?

陽極氧化時間對自組裝TiO2納米管管長影響較大，對表面形貌也有一定影響。但在實際制備中，尤其是使用有機相電解液制備中，由于陽極氧化速度一直略大于化學刻蝕速率，納米管的管長會一直處于速率較慢但較為穩定的較長的增長期，因此為得到長徑比較大的自組裝TiO₂納米管，反應時間通常是幾小時甚至幾天，且在反應過程完成后，極片應立即脫離反應電解液用酒精洗脫并干燥，避免制備好的納米管被電解液再次溶解。目前還未有報道無人值守的制備系統出現，科研人員要采取手工方式進行值守與計時，既帶來極大的身心疲勞負擔，也使制備工藝中的時間參數難于精準控制。?

4、電極位置與反應面積參數?