本發明專利技術公開一種Al2O3陶瓷基底上TiO2納米管有序陣列的制備，該方法包括：（1）使用磁控濺射方法在Al2O3陶瓷片上濺射一層純鈦膜；（2）配置陽極氧化溶液；（3）將濺射有鈦膜的Al2O3陶瓷片進行陽極氧化，獲得高度有序的TiO2納米管陣列。該方法克服必須使用鈦片或者鈦箔制備高度有序納米管的缺陷，而是使用磁控濺射的方法獲得很薄的一層鈦膜，并對此進行陽極氧化而獲得高度有序的TiO2納米管陣列。本發明專利技術操作簡便，反應條件溫和，并且磁控濺射方法價格便宜、成膜均勻，可用于大面積制備薄膜，適用于工業化生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種一維納米材料的制備，具體地說，涉及的是一種Al2O3陶瓷基底上TiO2納米管有序陣列的制備方法。
技術介紹
納米材料因具有小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應、介電限域效應等特有性能，表現出常規材料所不具備的各種優越性能。TiO2具有較寬的禁帶寬度(3. Oev)、高折射率和穩定的化學性能，又有著耐酸堿、耐氧化還原、耐光腐蝕、無毒低成本等優良特性。在太陽能的儲存與利用、光電轉換、光解水制氫特別是生物醫學等方面具有廣闊 的應用前景。TiO2納米管具有大的比表面積，因而具有較高的吸附能力，可望提高TiO2的光催化性能。在生物材料領域，TiO2納米管由于其良好的生物相容性、熱穩定性和耐腐蝕性被認為很有發展前景，在藥物埋植、組織工程、植入式給藥系統、人工器官等領域有較大應用前景。目前制備TiO2納米管的方法主要有模板法、水熱合成法以及陽極氧化法。而需要獲得高度有序的納米管陣列，陽極氧化法是一種極為簡便有效的方法。如中國專利公開號為101230479A的專利技術專利，該專利利用多步陽極氧化法制備梯度TiO2納米管陣列薄膜的方法。該方法是以磷酸、氫氟酸、氟化銨、甘油、去離子水等為主要原料，分別配制成水基電解液和有機電解液，通過將鈦箔片與鉬片構成的兩電極系統在水基電解液和有機電解液中反復進行陽極氧化，最后在鈦箔片上生長出具有梯度結構的TiO2納米管陣列薄膜材料。該專利在現有的鈦片或鈦箔上制得高度有序的TiO2納米管陣列，但是該專利的缺陷是所制得的納米管陣列很難與鈦片或鈦箔分離，從而很難獲得很薄的一層TiO2納米管薄膜。磁控濺射法具有設備簡單、價格便宜、成膜均勻、可用于大批量制膜等優點，目前在工業生產中已經得到了廣泛的應用。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種在Al2O3陶瓷基底上制備高度有序的TiO2納米管陣列的方法，為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案將清洗干凈的Al2O3陶瓷片置于磁控濺射腔內，利用磁控濺射方法在純氬氣氣氛下濺射Ti，獲得一層鈦膜，再對此陶瓷片進行陽極氧化制備有序的TiO2納米管陣列。進一步的，上述制備方法按以下步驟進行(I) Al2O3陶瓷片清洗依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗；(2)濺射鈦膜采用直流濺射鈦靶，濺射氣體為純氬氣；(3)配制陽極氧化溶液；(4)對步驟(I)中所得Al2O3陶瓷片在步驟(3)配制的溶液中進行陽極氧化，制備出排列緊密有序的TiO2納米管陣列。優選的，所述(I)中，丙酮、酒精以及去離子水超聲的時間各為lOmin。優選的，所述(2)中，對磁控濺射腔抽真空，使其真空度小于5. OX 10_4Pa。優選的，所述(2)中，調節基片與靶材的距離為10 20cm，防止由于基片與靶材距離太近引起的自濺射，同時又不能太遠，從而保證成膜質量。選用99. 99%的純鈦靶作為Ti薄膜沉積的濺射靶。優選的，所述(2)中，濺射功率為100-200W，濺射時間為l_2h，濺射溫度控制在25-400。。。優選的，所述(2)中，純氬氣的純度為99. 99%以上，流量為20-80sccm，氣體壓強為 O. 3-0. 8pa。優選的，所述(3)中，所配陽極氧化溶液為甘油占體積分數的90%，去離子水占體積分數的10%，NH4F占溶液質量分數的O. 1_1%，也可以采用其他現有技術實現。優選的，所述(4)中，控制陽極氧化電壓為10-30V，陽極氧化時間為l_2h。與現有技術相比，本專利技術克服了必須使用鈦片或鈦箔制備高度有序的TiO2納米管陣列這個缺點，利用磁控濺射在不導電Al2O3陶瓷基底上濺射一層鈦膜，增加基底溫度，能使濺射后的Ti膜更均勻平整，并對此Al2O3陶瓷片上的鈦膜進行陽極氧化，通過改變陽極氧化電壓和時間來控制納米管的管徑和管長，得出隨著氧化電壓的升高，管徑有較大的增力口，管壁也有相應的增厚。本專利技術操作簡便，反應條件溫和，并且磁控濺射方法價格便宜、成膜均勻，可用于大面積制備薄膜，適用于工業化生產。制得的納米管可以進行多成分修飾并在生物醫藥、光致發光、傳感器等多個方面有應用前景。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯圖I為本專利技術實施例I磁控濺射后Ti膜的SEM像；其中圖a為磁控濺射后的Ti膜放大1000倍的SEM圖，圖b為磁控濺射后的Ti膜放大10萬倍的SEM圖。圖2為本專利技術實施例I陽極氧化后TiO2納米管的SEM像；其中圖a為在30V，I. 5h的陽極氧化條件下，生成的納米管放大5萬倍的SEM圖，圖b為在30V，I. 5h的陽極氧化條件下，生成的納米管放大10萬倍的SEM圖。圖3為本專利技術實施例2陽極氧化后TiO2納米管的SEM像；其中圖a為在30V，2h的陽極氧化條件下，生成的納米管放大5萬倍的SEM圖，圖b為在30V，2h的陽極氧化條件下，生成的納米管放大10萬倍的SEM圖。圖4為本專利技術實施例3陽極氧化后TiO2納米管的SEM像；其中圖a為在30V，Ih的陽極氧化條件下，生成的納米管放大5萬倍的SEM圖，圖b為在30V，Ih的陽極氧化條件下，生成的納米管放大10萬倍的SEM圖。圖5為本專利技術實施例4陽極氧化后TiO2納米管的SEM像，其中圖a為在20V，I. 5h的陽極氧化條件下，生成的納米管放大5萬倍的SEM圖，圖b為在20V，I. 5h的陽極氧化條件下，生成的納米管放大10萬倍的SEM圖。具體實施例方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。實施例I :(I)將5X5cm的Al2O3陶瓷片依次在丙酮、酒精以及去離子水中超聲清洗IOmin ；(2)將(I)中的陶瓷片置于磁控濺射腔內，采用直流濺射鈦靶，濺射一層純Ti，濺射功率200W，濺射時間lh，純氬氣流量40SCCm，背底真空度4. OX 10_4Pa，濺射氣壓O. 6pa，最終獲得鈦膜厚度約為1.5μπι;(3)配置陽極氧化的，量取甘油360mL，去離子水40mL，稱取NH4F4. 7972g。·(4)對(2)中獲得的鈦膜進行陽極氧化，電壓為30V，時間為I. 5h。如圖I所示，為磁控濺射后Ti膜的SEM像(150W，2h)，如圖2所示，陽極氧化后TiO2納米管的SEM像(30V，1.5h)，其中圖I可以很明顯的看出顆粒狀的Ti，圖2可以觀察到排列高度有序的TiO2納米管陣列，管徑為70-80nm，管壁厚10_20nm。實施例2 (I)將Al2O3陶瓷片依次在丙酮、酒精以及去離子水中超聲清洗IOmin ；(2)將(I)中的陶瓷片置于磁控濺射腔內，采用直流濺射鈦靶，濺射一層純Ti，濺射功率150W，濺射時間2h，純氬氣流量40SCCm，背底真空度4. OX 10_4Pa，濺射氣壓O. 3pa，最終獲得鈦膜厚度約為I. 3 μ m ;基底溫度200°C ；(3)配置陽極氧化的電解液，量取甘油360mL，去離子水36mL，稱取NH4F4. 8034g。(4)對(2)中獲得的鈦膜進行陽極氧化，電壓為30V，時間為2h。如圖3所示，為陽極本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種Al2O3陶瓷基底上TiO2納米管有序陣列的制備方法，其特征在于按以下步驟進行：（1）Al2O3陶瓷片清洗：依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗；（2）濺射鈦膜：采用直流濺射鈦靶，濺射氣體為純氬氣；（3）配制陽極氧化溶液；（4）對步驟（1）中所得Al2O3陶瓷片在步驟（3）配制的溶液中進行陽極氧化，制備出高度有序的TiO2納米管陣列。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張小秋，張柯，李文英，尹桂林，姜來新，余震，何丹農，
申請(專利權)人：上海交通大學，上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司，
類型：發明
國別省市：
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