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二氧化钛纳米管阵列的制备与应用 二氧化钛是纳米结构的最广泛研究材料之一，因其光学、电学、光学和生物学特性而成为最受研究的材料之一，并在光电池、光机化和传感器等领域得到广泛应用。尤其是具有高度有序、尺寸控制的特点的纳米二氧化钛，引起了越来越多的人的注意。近年来，在文献中，二氧化钛二氧化钛的制备、性能和应用于太阳能电池[4.6]。众所周知，医药、工业和环境对传感器有了长期的需求。提高传感器的导电性、稳定性、快速响应时间和最长的使用寿命是决定传感器应用于实际的重要因素。通常，可以通过装饰来提高传感器的导电性，或选择形状更好的理想原材料来优化传感器的性能。随着纳米技术的发展，纳米尺寸功能材料的应用可以达到优、未知的高灵敏反应信号。此外，二氧化钛纳米管的阵列结构根据其有序、均匀的形状，可以采用调整的尺寸、定制的形状，并且可以采用与表面和简单制备方法相结合的新功能材料。这种二氧化钛二氧化钛作为一个整体的形状，可以分解有机污染物，因此，可以延长传感器作为基准的使用寿命，为传感器的发展打开了一条新的道路。在本文中，我们将重点讨论了氧化法中二氧化钛二氧化钛二氧化钛二氧化钛二氧化钛二氧化钛管矩阵的制备技术、安装方法和感知应用。 1 阳极氧化法 制备二氧化钛纳米管的方法很多, 包括电极反应法、水热法、模板-辅助沉积法和阳极氧化法.在所有二氧化钛纳米管的制备方法中, 阳极氧化法被认为是制备二氧化钛纳米管阵列的最便捷有效的方法.该法通过控制阳极电压和电解液成分, 能制备高度有序、定向生长、尺寸形貌可控的二氧化钛纳米管.在有机溶剂中, 可制得长达1000μm的纳米管. 1.1 活性钛纳米管的制备 2001年Mor等首次报道了在含氟水溶液应用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列.阳极氧化法通常在两电极电解池中进行, 钛为阳极, 铂片作为阴极, 电压为5~25 V, p H≤5的含氟电解质.采用乙酸, HNO3, H3BO3, H3PO4, H2SO4或HSO4-, 柠檬酸等调节溶液的酸度.制备出的纳米管孔径在15~140 nm之间, 长度范围为200~1000 nm.图1展示了阳极氧化生成二氧化钛纳米管的过程:纳米管的生成大致可分为三个阶段: (1) 电化学氧化形成最初的氧化钛阻挡层, 导致电极电流下降; (2) 氟离子与钛氧化物通过形成Ti F62-溶解氧化钛阻挡层, 纳米管初步形成, 电极电流上升 (图1 (c) ) ; (3) 纳米管的生长阶段, 电流下降并趋于平缓.纳米管的生长决定于阳极氧化膜生成和化学溶解之间的平衡.阳极氧化膜生成速率决定于阳极电压, 而化学溶解速率决定于电解液酸度和F-浓度.Grimes小组的研究表明, 在酸性条件下只有F-浓度控制在0.05~0.3 mol/L之间, 才能制备出氧化钛纳米管.同时纳米管形成所需的阳极电压也和F-的浓度相关, 浓度越高电压越大. 氧化钛纳米管的形成很大程度上决定于电解液的化学溶解速率.在强酸性溶液 (p H1) 中, 纳米管的生长速率和溶解速率同时增加, 一般反应时间为半小时, 之后再延长阳极氧化时间不会使纳米管在形状上和尺寸上有任何变化, 其最终长度500 nm.增大p H值可以降低化学溶解速率, 从而延长了纳米管生长速率和溶解速率之间达到平衡的时间;因此在弱酸性的电解液中, 可以通过延长反应时间来制备长二氧化钛纳米管:在p H为4.5的溶液中可以得到4.4μm长的二氧化钛纳米管.而碱性溶液中由于没有化学溶解, 阳极氧化最终将停止, 不能形成纳米管.低p H值的电解液中能够得到表面干净整洁的短纳米管阵列;而p H值较高时, 能制备出较长的纳米管, 但由于较小的化学溶解速率, 使得纳米管表面覆盖许多沉淀物. 与水相电解液相比, 在极性有机电解液中制备的二氧化钛纳米管会更长, 这是因为少量水的环境下化学溶解速率会比较低.经常用到的有机电解液基质有乙烯基乙二醇 (ethylene glycol, EG), 甲酰胺 (formamide, FA), N-甲基甲酰胺 (N-methylformamide NMF), 二甲基亚砜 (dimethyl sulfoxide, DMSO)和乙酸溶液, 含质量分数1%~5%水和0.25%~0.6%NH4F.在甲酰胺 (FA) 溶液中, 钛片经35 V, 48 h阳极氧化后可得到长70μm, 直径约180 nm, 壁厚24 nm的氧化钛纳米管阵列;而在含0.25%NH4F的EG中经60 V, 17 h阳极氧化后得到的氧化钛纳米管长134μm外径为160 nm, 壁厚约25 nm. 研究表明, 二氧化钛纳米管在乙烯基乙二醇 (EG) 溶液中具有最快的生长速度, 可达到15μm/h.在含有质量分数0.3%NH4F和体积分数2%H2O的EG溶液中, 阳极氧化70 h, 氧化电