鈦合金陽極氧化制備TiO2納米管陣列結(jié)構(gòu)及其物性的研究.pdf

1、納米陣列結(jié)構(gòu)由于其廣闊的理論研究意義及實(shí)際應(yīng)用價值而引起了人們的廣泛關(guān)注。已有的研究表明，TiO2納米管陣列有大的比表面積、高度有序化及納米尺寸效應(yīng)等特征，因此，呈現(xiàn)出比其它形式的TiO2更好的光電性能、光催化性以及傳感性等。基于陽極氧化的電化學(xué)自組裝是制備納米管陣列的簡單且富有變化的有效方法。
　　 雖然過去對于陽極氧化法制備TiO2納米管陣列已有較多的研究工作，如電壓、電流密度、電解液體系、陰極材料對于形成納米管陣列制備及性

2、能的影響等。但是陽極體系對納米管陣列制備的作用問題、陽極合金元素的摻雜機(jī)理問題等的研究較少且缺乏系統(tǒng)性。本論文針對鈦合金陽極氧化制備TiO2納米管陣列結(jié)構(gòu)、機(jī)理及其物性，做了較為系統(tǒng)的研究，主要內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 1.首次通過陽極氧化制備出具有同軸雙壁結(jié)構(gòu)的納米管陣列。該納米管平均外壁直徑約140nm，內(nèi)壁直徑90nm左右，內(nèi)外管壁間隙10nm。這種納米結(jié)構(gòu)具有更高的比表面積和顯著的同軸雙壁特征。經(jīng)過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)獲得了同軸雙壁納

3、米管形成的基本工藝條件。進(jìn)一步研究了具有納米管陣列的TLM合金表面成骨細(xì)胞生長特性，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與純鈦相比TLM合金表面的納米管陣列具有更好的促進(jìn)細(xì)胞粘附、生長的特點(diǎn)。
　　 2.研究了鈦合金相組織對陽極氧化制備納米管的影響。通過對α相、β相及α+β相三類鈦合金進(jìn)行陽極氧化制備納米管陣列的研究，發(fā)現(xiàn)固溶急冷態(tài)的純鈦陽極氧化，可獲得細(xì)微納米晶堆積的納米管管壁，該納米管具有更大的比表面積。研究認(rèn)為急冷引起的內(nèi)應(yīng)力是造成納米管管壁粗化的

4、主要原因。選用TLM和TC21合金兩類雙相鈦合金，通過控制熱處理溫度來調(diào)控鈦合金中α與β相的比例，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對納米管的尺度(管壁厚度、長度等)控制。研究發(fā)現(xiàn)，在TLM合金表面可獲得氧化物多孔、單壁納米管以及同軸雙壁納米管三種納米結(jié)構(gòu)。對TC21合金陽極氧化表明，相界面的存在會影響納米管的一致性，對TC21熱處理后的急速快冷有助于納米管中的TiO2相轉(zhuǎn)變。
　　 3.系統(tǒng)研究了合金元素在納米管中的摻雜方式、以及對納米結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。

5、通過對6種成分比例TiNb鈦合金陽極氧化研究，發(fā)現(xiàn)合金Nb元素會摻雜到TiO2晶格中，隨著合金中Nb含量的增加，納米管陣列的生長速度線性增加。對Ti47Nb合金陽極氧化實(shí)驗(yàn)中獲得雙尺度交錯排布的有序納米管陣列結(jié)構(gòu)和小納米管與納米線連接的有序多孔結(jié)構(gòu)。論文提出了雙壁納米管的應(yīng)力誘導(dǎo)形成機(jī)制；闡述了在高電壓場作用下，通過電化學(xué)界面反應(yīng)控制與陽極合金元素控制相結(jié)合實(shí)現(xiàn)納米材料可控制備的新方法。
　　 4.以多孔鈦為陽極，氧化法制備得到