不同襯底上納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦薄膜的制備
Preparation of TiO2 nanotubes on different substrates

2.9萬(wàn)字 55頁(yè) 原創(chuàng)作品，已通過(guò)查重系統(tǒng)


中文摘要
能源和環(huán)境問(wèn)題給人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其中能源問(wèn)題是關(guān)鍵。太陽(yáng)能和氫能被認(rèn)為是最有可能逐步取代化石能源的“綠色能源”。當(dāng)前，直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能和利用太陽(yáng)能光解水制氫是最有希望的兩個(gè)研究方向，其中開(kāi)發(fā)高效、廉價(jià)的實(shí)用型光電極材料至關(guān)重要。
TiO2是一種化學(xué)穩(wěn)定性好、光催化活性高、無(wú)毒無(wú)害、價(jià)格低廉的半導(dǎo)體材料，其在太陽(yáng)能電池和光解水制氫等領(lǐng)域已展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，受到人們的高度重視。特別是近年來(lái)，通過(guò)陽(yáng)極氧化法所制備的TiO2納米管陣列，以非常規(guī)整的陣列形式排列，具有極好的有序結(jié)構(gòu)、更大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力，展現(xiàn)出很高的量子效率，在太陽(yáng)能利用領(lǐng)域的應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢(shì)。對(duì)這種特殊納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑、摻雜改性和應(yīng)用性質(zhì)研究已經(jīng)成為科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。本論文通過(guò)陽(yáng)極氧化法，利用自組裝的實(shí)驗(yàn)設(shè)備分別在純鈦和Ti-Ta合金上進(jìn)行了二氧化鈦納米管的制備。在純鈦上研究了陽(yáng)極氧化個(gè)因素（包括電解液、電壓、氟離子、水含量和反應(yīng)溫度）對(duì)納米管形貌的影響；在Ti-Ta合金上，通過(guò)改變合金中Ta的含量研究了其對(duì)納米管形貌的影響，同樣的也研究了氧化時(shí)間、氧化電壓、氧化溫度對(duì)二氧化鈦納米管形貌的影響，并和純鈦上生產(chǎn)的納米管進(jìn)行了對(duì)比。并通過(guò)掃描電鏡（SEM）、X射線(xiàn)衍射（XRD）分析手段對(duì)納米管進(jìn)行了表征和分析。結(jié)果表明：
通過(guò)自組裝陽(yáng)極氧化法能夠在純鈦和鈦鉭合金上制備出二氧化鈦納米管陣列。純鈦上由于電解液組成和F離子濃度的不同，都會(huì)使得所得到的納米管的表面光滑度有所差異；水含量則與納米管管口阻擋層的溶解又關(guān)；氧化時(shí)間和電壓分別影響了納米管的工和管徑大小。合金上納米管形貌隨著合金中鉭含量的增加而不斷改善，在50%時(shí)最為均一有序。納米管的長(zhǎng)度隨陽(yáng)極氧化電壓的增大、時(shí)間的延長(zhǎng)、溫度的升高而增長(zhǎng)；納米管管徑隨陽(yáng)極氧化電壓的升高、水含量的增加而增加。納米管的平均管徑尺寸與陽(yáng)極氧化過(guò)程中電流密度所達(dá)到的最大值有關(guān)，納米工度則與由綜合電流密度有關(guān)。
對(duì)于50wt%的Ti-Ta合金，兩級(jí)納米管形成的關(guān)鍵因素是電解液中水的含量，同時(shí)受陽(yáng)極氧化電壓、時(shí)間的影響。氧化過(guò)程中元素分布不均勻?qū)е录{米管分裂是兩級(jí)納米管的形成機(jī)理。剛開(kāi)始形成的納米管是無(wú)定型結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)不同溫度退火后可以發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。對(duì)于Ti-Ta合金，750℃退火有晶體β-五氧化二鉭出現(xiàn)。


關(guān)鍵字:TiO2納米管陣列 Ti-Ta合金 陽(yáng)極氧化法 純鈦