文档介绍：分类号密级
UDC注1
学位论文
多孔阳极氧化钛纳米管的
制备与形成机理的研究
(题名和副题名)
胡隽隽
(作者姓名)
指导教师姓名朱绪飞副教授
申请学位级别硕士专业名称材料学
论文提交日期论文答辩日期
学位授予单位和日期南京理工大学
答辩委员会主席
评阅人
年月日
注1:注明《国际十进分类法UDC》的类号。
声明
本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。
研究生签名: 年月日
学位论文使用授权声明
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研究生签名: 年月日
摘要
按照传统的“酸性场致溶解”理论,多孔阳极氧化钛纳米管(Porous Anodic Titania Nanotubes, PATNT)只能在含氟离子的酸性电解液中生成;而在不含氟离子电解液中只能生成壁垒型的氧化钛(Barrier Anodic Titania, BAT)薄膜。传统理论认为孔道的产生和加深是“酸性场致溶解”引起的,但是“酸性场致溶解”理论不能解释六方晶胞、半球形底部、圆柱形纳米孔道和纳米管阵列的形成原因。
本文首先探讨了PATNT传统形成机理的局限性,指出PATNT孔道的形成原因不是酸性场致溶解,而是氧化膜中氧气的析出。在前人研究基础上提出PATNT新的生长模型和形成机理,即“氧气气泡模具效应”(Oxygen Bubble Mould Effect),对纳米孔道的产生及发展过程、六方晶胞以及纳米孔道的半球形底部等问题作出了合理的解释,并通过在电解液中添加还原剂减少氧气、减小压力增加氧气两种手段,间接验证了“氧气气泡模具效应”的正确性。第二,为了探讨最佳的预处理方式,研究了三种不同的预处理方式对金属钛及PATNT表面形貌的影响,并对不同表面形貌成因作出解释。第三,通过改变阳极氧化电压、时间以及电解液温度三种工艺条件进行钛阳极氧化,将制备的样品使用场致发射扫描电镜、电化学测试、系统元素成分分析进行表征,通过对SEM图像、阳极氧化电流-时间曲线以及EDS能谱的分析,确定阳极氧化法制备PATNT最佳的工艺条件。最后,为了制备表面形貌光滑平整、纳米管阵列高度有序的PATNT,本文研究了酸处理、超声处理两种后处理方式对PATNT表面形貌和结构的影响,探索了效果最好的后处理方式。
关键词:多孔阳极氧化钛,壁垒型氧化钛,阳极氧化,形成机理,氧气气泡模具效应
Abstract
According to the theory of acidic field-assisted dissolution, Porous Anodic Titania Nanotube (PATNT) can only be prepared in containing fluorine ions electrolyte, while Barrier Anodic Titania(BAT) forms in fluorine ions free electrolyte, generation and deepening of PATNT channels are caused by acidic field-assisted dissolution. But the theory cannot give a convincing explanation for hexagonal close packed structure and hemispherical bottom structure of channels.
At first, the limitations of traditional PATNT formation mechanism are discussed. We point out that the formation of PATNT channels does not result from acidic field-assisted dissolution but evolution of oxygen in nanotubes. And then we present a novel growth model and new formation mechanism base