TiO2纳米管阵列的制备及其复阻抗研究

论文摘要

TiO2是一种重要的无机功能材料,在许多领域有广泛的应用前景.TiO2纳米管比纳米粉体,纳米膜具有更大的比表面积,因而具有更高的吸附能力,可望进一步提高TiO2.的各种性能。特别是如果能在管中填入更小的无机、有机、金属或磁性纳米粒子组成复合纳米材料,可能会大大改善这些材料的性能。本论文研究了TiO2纳米管阵列的制备工艺,TiO2纳米管阵列的湿度敏感特性,以及进行了复阻抗和等效电路的研究.首先,以纯钛板为原料,采用阳极氧化法在HF电解液中控制不同的实验条件进行阳极氧化.发现阳极氧化电压是影响TiO2纳米管状结构形成的主要因素;而阳极氧化时间则影响TiO2纳米管由无序连续向有序独立的转化;电解液浓度对管壁厚薄的影响最大.通过实验观察到在阳极氧化电压为20V,氧化时间为30min,HF电解液浓度为0.5wt%时,能够得到排列整齐的孔径为50-100nm,孔壁厚约20-30nm的TiO2纳米多孔膜.其次,利用磁控溅射镀膜法溅射钛膜。并对钛膜进行阳极氧化制备TiO2纳米管。讨论了溅射功率、气压、温度和时间等因素对钛层性质的影响。通过实验认为,溅射功率是保证获得连续致密和足够厚度钛层的主要参数;而溅射气压则影响钛的沉积速率;温度影响薄膜的附着质量;溅射时间与钛层的沉积厚度基本成正比关系.通过实验发现,溅射功率为200W,溅射气压为0.5Pa,基片温度为250℃时,溅射2h的钛膜厚度大约为1.2μm。对此条件下制备的钛膜进行阳极氧化可以得到TiO2纳米管。最后,采用复阻抗谱方法测量TiO2薄膜的电阻一电抗曲线和相位角—频率曲线,提出了试样的等效电路模型。分析认为试样的等效电路由两个串联的RC并联回路组成,由此拟合出等效电路各元件的参数值。为探讨TiO2纳米管阵列的表面活性,测量了阵列薄膜在不同湿度下的特性,表明薄膜对湿度有明显的响应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• CONTENT
• 第一章 绪论
• 2的研究进展'>1.1 TiO₂的研究进展
• 2的物理与化学性质'>1.2 TiO₂的物理与化学性质
• 2纳米管的制备方法'>1.3 TiO₂纳米管的制备方法
• 1.3.1 阳极氧化法
• 1.3.2 模板合成法
• 1.3.3 水热合成法
• 1.3.4 微波合成法
• 2纳米管阵列的应用'>1.4 TiO₂纳米管阵列的应用
• 1.4.1 氢传感器
• 1.4.2 光解水制氢
• 1.4.3 光催化降解污染物
• 1.4.4 染料敏化太阳能电池
• 1.4.5 其他方面的应用
• 2纳米管研究中存在的主要问题'>1.5 TiO₂纳米管研究中存在的主要问题
• 1.6 电化学阻抗谱与等效电路
• 1.7 湿敏元件感湿机理的研究现状及其感湿机理
• 1.8 ORIGIN非线性拟合
• 1.9 研究内容和技术路线
• 2纳米管阵列的制备与表征'>第二章 TiO₂纳米管阵列的制备与表征
• 2纳米管阵列所需的主要仪器、材料及其功能'>2.1 本实验研究制备TiO₂纳米管阵列所需的主要仪器、材料及其功能
• 2纳米管阵列的制备过程'>2.2 TiO₂纳米管阵列的制备过程
• 2纳米管制备'>2.2.1 TiO₂纳米管制备
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果及分析
• 2纳米管阵列的影响'>2.3.1 阳极氧化电压对TiO₂纳米管阵列的影响
• 2纳米管阵列的影响'>2.3.2 阳极氧化时间对TiO₂纳米管阵列的影响
• 2纳米管阵列的影响'>2.3.3 电解液浓度对TiO₂纳米管阵列的影响
• 2纳米管阵列形貌的影响'>2.3.4 热处理温度对TiO₂纳米管阵列形貌的影响
• 2纳米管阵列的形成机理'>2.4 TiO₂纳米管阵列的形成机理
• 2.5 小结
• 2纳米管阵列'>第三章 磁控溅射镀膜法制备TiO₂纳米管阵列
• 3.1 磁控溅射法在玻璃基片上溅射钛薄膜
• 3.1.1 磁控溅射工作原理
• 3.1.2 镀膜设备
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 基片清洗
• 3.2.2 镀膜实验工艺流程
• 3.3 溅射过程中参数的选择
• 3.3.1 溅射功率的影响
• 3.3.2 溅射气压的影响
• 3.3.3 溅射时间的影响
• 3.3.4 溅射温度的影响
• 2纳米管'>3.4 阳极氧化法在玻璃基片上制备TiO₂纳米管
• 3.4.1 阳极氧化实验方法
• 3.4.2 结果及分析
• 3.5 小结
• 2纳米管的等效电路及导电通路研究'>第四章 TiO₂纳米管的等效电路及导电通路研究
• 4.1 同一等效电路中不同元件参数的阻抗谱
• 2纳米管阵列的等效电路,拟合出等效电路中元件的参数值'>4.2 确定TiO₂纳米管阵列的等效电路,拟合出等效电路中元件的参数值
• 2纳米管阵列薄膜的影响'>4.3 湿度对TiO₂纳米管阵列薄膜的影响
• 4.4 小结
• 第五章 主要结论及对后续工作的展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 对后续工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢