tio2纳米管表面的掺杂改性及生物活性研究

《tio2纳米管表面的掺杂改性及生物活性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、武汉科技大学硕士学位论文第3页[70-731纳米孔的步骤大致相似。主要包括以下四个步骤：(1)在金属和02’，OH的相互作用下，金属表面开始生长氧化物‘631。当金属表面形成一层初始的氧化层之后，这些阴离子会通过氧化层迁移到金属／氧化物的分界面继续与金属反应。(2)金属离子(Ti4+)从金属／氧化物分界面迁出；Ti4+将会在施加的电场作用下从金属／氧化物分界面迁移出来扩散到氧化物／电解液的分界面。(3)电场促进金属／氧化物分界面的氧化物溶解【63，641。在电场图1．1电化学阳极氧化法反应简易装置图。Fig1．1Electrochemicalanodeoxidationreaction

2、asimpledevicetofigure．极化的作用下，Ti．O键的结合程度被消弱，在电解液中F-的作用下，Ti．O键中的Ti4+将溶入电解液中与之结合，02。则通过氧化层到达金属／氧化物的分界面，按照步骤(1)，继续与金属基底进行反应【74,75】。(4)阳极氧化过程中，金属基底及氧化物层在酸性电解液中发生化学溶解。在含有HF的电解液中，二氧化钛的化学溶解是一个很重要的过程，它使得金属表面形成的是纳米管结构而不是纳米孔结构。为了探究纳米管形成的具体过程，研究人员在20V的电压下对钛片进行阳极氧化，选取不同时间段的样品进行FE．SEM分析【

3、76】。阳极氧化的进行开始于初始氧化层的形

4、成[751，氧化层的形成主要由于金属表面的Ti4+与电解液中的02。相互作用导致的，氧化层形貌均一，厚度很薄。这一阶段总的反应方程式如下所示：2H20一02+4e“矿(1)Ti+02一Ti02(2)在阳极氧化的初始阶段，由于电压升高，电场强度急剧增强，电场极化导致的氧化膜溶解强于化学溶解【741。并且由于局部溶解，会在氧化层表面形成许多小的凹点，具体反应方程式如下：Ti02+6F．+4旷一TiF62"+2H20(3)然后，这些凹点会逐渐增大变成微孔并且微孔数量也逐渐增加，最后，在金属表面会形成一层均一的多孔氧化膜。微孔生长的原因，是由于在步骤(1)．(3)的过程中，微孔底部(阻挡层)有

5、内应力产／-牛[75,77】。Ti4+从金属表面迁移到氧化物／电解液分界面最后溶解于含有HF的电解液I：卢163,74,75】。最终，金属／氧化物分界面的氧化物生长速度跟微孔底部／电解液分界面第4页武汉科技大学硕士学位论文的氧化物溶蚀速度会达到平衡，此后，BarrierLayer会以固定的厚度朝金属内部生长，从而导致微孔逐渐变深。高倍FE．SEM图片显示，微孔区域的表面会逐渐产生小空腔，小空腔在电场的作用下逐渐加深，导致连续的微孔逐渐分离最终形成纳米管状的结构。当纳米管管口的氧化物的化学溶蚀速率与BarrierLayer向里生长的速度达到平衡时，纳米管结构的厚度就会停止增长。增加阳极氧

6、化的电压可以增加氧化层的形成速度，并且也会增强电场极化的强度，在与化学溶解速度达到平衡之前，可以在金属表面形成更厚的纳米管结构。阳极氧化初始，Ti的表层会形成一层薄的初始氧化层(图1．2(a))。之后氧化物的局部溶蚀会导致氧化层上小凹点的产生(图1．2(b))，随着场强的增加，凹点的底部形成BarrierLayer并且向前不断延伸形成微孔(图1．2(c))。微孔入口不会随着电场极化导致的溶解而消失并且会保持相对紧密的状态，而电场强度也分布在微孔的整个曲面上从而使微孔逐渐的变宽变深。最终形成一个扇形结构[72,7s]。由于Ti．O键能很高(323kJ／t001)，电子迁移率低，图1．2T

7、i02纳米管合成机理不意图。Fig1．2Ti02nanotubessynthesismechanismschemes．再加上电解液导致的化学溶解，因此氧化层表面只能形成厚度很小的微孔，并且微孔之间未参与阳极氧化的部分得以保留。当微孔越来越深，孔内的电场强度越来越大，场致氧化物会加速生长，同时微孔之间的氧化物也开始溶解形成空隙，见图1．2(d)。最终，纳米管和空隙的生长速度达到一致。当电化学刻蚀的速度与纳米管表面部分的化学溶蚀速度相同时，纳米管的长度也不再变化。当达到这一阶段，纳米管的长度就不再受阳极氧化的时间所影响，此时电解液的浓度和阳极氧化施加电压的不同会导致纳米管的长度有所不同。这

8、种化学溶解，在自组装形成NTs的过程中起着非常关键作用。它可以减少BarrierLayer的厚度，使电化学刻蚀(场致氧化层的形成和溶解)处于主导地位。化学溶解的速度过高或者过低都不能导致纳米管的形成。而电化学刻蚀的速度取决于阳极氧化的电压，武汉科技大学硕士学位论文第5页同时也与电解液的浓度有关。如果电化学刻蚀的速度比化学溶解的速度快，此时BarrierLayer的厚度就会逐渐增加，因此我们需要视化学溶解的速度来降低电化学刻蚀的速度。而化学溶解的