[发明专利]一种同轴双管二氧化钛纳米管阵列薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机半导体纳米材料技术领域，涉及一种同轴双管二氧化钛纳米管阵列薄膜及其制备方法。

背景技术

TiO₂拥有良好的光活性、生物相容性、耐候性、较高的化学稳定性、热稳定性；且无毒性、无腐蚀性等，成为功能材料领域的研究热点之一。由于纳米TiO₂具有很高的表面积，更优异的物、化性能，其潜在应用领域也更加广阔，目前，许多科研机构开展了其在能源、环境保护以及生物组织工程等领域的应用研究。

纳米TiO₂作为功能材料有许多种存在形式，例如纳米薄膜、纳米颗粒、纳米线等。制备这些不同形式纳米结构的目的是尽可能大地提升其功能特性，例如通过增大比表面积，拓宽吸收光的频率范围，提高电荷传导能力等等，从而提高TiO₂的应用性能。这就促使更多纳米结构形式不断出现。其中具有高度有序结构的纳米管阵列引起了学者们的广泛兴趣。TiO₂纳米管阵列薄膜与粉体纳米TiO₂薄膜相比具有更大的比表面积和更强的吸附能力。同时，由于TiO₂纳米管结构所具有的有序阵列结构形式，应用该材料后可以提高光生电荷的传输寿命并降低其复合几率。因此这种材料可以用于高灵敏度传感器、染料敏化太阳能电池、光解水制氢气等领域。例如在室温下TiO₂纳米管阵列可以测试到1000ppm的氢气含量(化学吸附氢气后的TiO₂纳米管薄膜电阻增加8个数量级)，这是目前所知道的对氢气最敏感的材料。除了氢传感特性外，纳米管阵列还具有出色的光电特性。在紫外光的照射下，该材料可以进行自清洁，最近的应用研究还包括，染料敏化太阳能电池。通过控制纳米管孔的排列、结晶、纳米管的取向性生长等，使得纳米管在界面间具有优异的电子渗透传输通道，利用这类TiO₂纳米管阵列薄膜组装的染料敏化太阳能电池体系在AM1.5条件下光电转化效率已达到5.44％；高度有序TiO₂纳米管还具有显著的光分解水特性，在紫外光(320～400nm)照射下，长度在30多微米的纳米管阵列的光电转化效率达到16.25％。此外，由于该材料具有排列整齐的有序纳米孔结构。因此还可以应用于微流体控制、分子过滤、药物输送及生物组织工程等高技术领域。

近年来，通过纳米结构的控制来提高材料的性能，一直是纳米科技工作者研究的热点。例如，半导体纳米同轴电缆就是其中之一，这种材料是一种具有多层结构的纳米线，形似用于有线电视网络的同轴电缆，但它的直径只有同轴电缆的10万分之一。利用纳米同轴电缆技术，有望研制出性能得以大幅度提高的太阳能电池。有关专家指出，纳米同轴电缆技术同样将在微电子领域得到广泛运用，还可用于研制纳米计算机。目前，关于TiO₂纳米管阵列的管结构控制，人们也做了大量的研究，例如通过电化学参数的控制，可以将纳米管内径控制在10～150nm范围内，管壁在4～50nm范围内，纳米管长度最高达到300微米。但是尚未见有同轴或其它异质结构的纳米管阵列结构报道。因此，研发有望呈现更高性能的TiO₂异质纳米管结构，已成为TiO₂纳米管制备研究的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种同轴双管二氧化钛纳米管阵列薄膜及其制备方法。该制备方法能成功地实现纳米管结构的制备与元素掺杂同步进行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种同轴双管二氧化钛纳米管阵列薄膜，其特征在于该同轴纳米管阵列由以下重量百分比的化学成分组成：

Nb 6.97～9.07％，Mo 2.08～2.25％，Zr 0.35～0.82％，O 48.49～49.35％，其余为Ti和不可避免的杂质。

本发明的另一目的是提供一种同轴双管二氧化钛纳米管阵列薄膜的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)TLM钛合金薄板在阳极氧化之前，进行以下预处理：机械加工成10～200mm×100～500mm的片状，用150#、600#、1000#砂纸打磨光亮后，依次在乙醇、丙酮中超声除油，用去离子水清洗，70℃～80℃热风烘箱中烘干，待用；所述TLM钛合金薄板为Ti-Zr-Mo-Nb-Sn薄板；