[发明专利]一种二氧化钛芯/壳纳米电缆阵列的制备方法

说明书

技术领域

    本发明主要涉及种一种普适的化学刻蚀方法，尤其涉及一种二氧化钛芯/壳纳米电缆阵列的制备方法 

背景技术

纯钛片在某些电解质中（主要为含氟离子的有机或无机电解质），通过阳极氧化能获得有序排列的二氧化钛纳米管阵列。这些通过阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管阵列，因其独特的管状结构、高的比表面积以及有序的排列方式，使其在在环境、能源、生物及光学领域具有广阔的应用前景。近几年来，人们利用阳极氧化的二氧化钛纳米管阵列作为模板（类似于多孔阳极氧化氧化铝模板），采用电化学沉积技术在二氧化钛纳米管中填充金属、半导体等纳米线，获得金属/二氧化钛、半导体/二氧化钛等纳米电缆，以拓展阳极氧化二氧化钛纳米管的应用领域。然而，阳极氧化二氧化钛纳米管阵列膜很脆、容易破裂、支撑的钛片衬底很难移除、二氧化钛纳米管低端通孔难度大等缺点，制约了二氧化钛作为模板的使用。因此探究一种简便有效的合成方法，制备结构复杂、参数可控的二氧化钛纳米线/纳米管复合结构阵列将具有重要意义。 

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种廉价、简单的合成方法，用于制备结构参数可控的二氧化钛纳米线/纳米管复合结构阵列。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种二氧化钛芯/壳纳米电缆阵列的制备方法，包括以下步骤：

（1）首先将含钛量为94—96%的金属片在浓度比为1—2：1—2的乙醇和丙酮的混合溶液里超声清洗60—70min以去除表面的有机物，然后再用去离子水反复清洗，并晾干；

（2）将清洗晾干后的金属片在含有0.20—0.30mol/L氢氟酸的乙二醇溶液中进行阳极氧化，其中氧化电压为10—20v，氧化时间为10—15min；然后增加阳极氧化电压到40—60v，氧化1.5—2h，形成上下两层大小管径不同的二氧化钛纳米管阵列；

（3）取出阳极氧化的金属片，通过超声振荡，使在小电压下阳极氧化制备的小管径二氧化钛纳米管从大管径二氧化钛纳米管阵列上分离，留下表面平整，无裂缝的二氧化钛纳米管阵列膜；

（4）配置含有4mol/L 碱溶液，将制备的二氧化钛纳米管阵列膜浸泡其中2-4 h后，去离子水清洗1—5分钟；

（5）配置含有0.25-0.5mol/L的酸溶液，将在碱溶液中浸泡后的二氧化钛纳米管阵列，浸泡在酸溶液中1.5-2 h，去离子水清洗干净，烘干，即可获得二氧化钛芯/壳纳米电缆阵列。

步骤（4）中的酸溶液为KOH或NaOH溶液。 

步骤（5）中的酸溶液为H₂SO₄、HCL、或HNO₃等可溶性酸溶液。 

本发明的优点是：本方法简单可行，快速高效，产物形貌可控，具有实用价值。 

附图说明

图1为二氧化钛芯/壳纳米电缆阵列制备各阶段示意图。（a）为小电压下制备的的二氧化钛纳米管阵列，图1（b）增加阳极氧化电压后，形成的两层二氧化钛纳米管阵列，图1（c）移除小管径二氧化钛纳米管后获得的表面平整，无裂痕的二氧化钛纳米管阵列。图1（d）碱和酸刻蚀后形成的线在管中的二氧化钛芯/壳纳米电缆阵列； 

图2（a）为两次阳极氧化法制备的具有大面积表面平整无裂痕的二氧化钛纳米管阵列的大尺寸SEM图，图2（b）为两次阳极氧化法制备的具有大面积表面平整无裂痕的二氧化钛纳米管阵列的局部放大的SEM图；

图3为本发明中用4 mol/L KOH在室温下对阳极氧化制备的二氧化钛纳米管阵列进行刻蚀4 h，然后在室温下用0.5 mol/L HCL再刻蚀1.5 h后形成的二氧化钛芯/壳纳米电缆阵列的微观结构及表征结果。图3（a）顶端为低倍的SEM图；图3（b）高倍顶端SEM图；图3（c）为截面SEM图；图3（d）为将二氧化钛纳米管径向截开，露出内部二氧化钛纳米线的SEM图。在SEM图的右侧位对应的单根线在管中的二氧化钛纳米管的示意图。从图SEM图中个可以测量出，管腔内纳米线和管壁之间的间隙大约为25nm；

图4为4 mol/L KOH在室温下对阳极氧化制备的二氧化钛纳米管阵列进行刻蚀4 h，然后在室温下用0.3 mol/L HCL再刻蚀1.5 h后形成的二氧化钛芯/壳纳米电缆阵列的微观结构及表征结果。图4（a）顶端为低倍的SEM图；图4（b）高倍顶端SEM图。从图SEM图中个可以测量出，管腔内纳米线与和管壁之间的间隙大约为35nm；