陽極氧化ZrO2納米管的制備及其生長機(jī)制研究.pdf

1、作為一種重要的功能結(jié)構(gòu)材料，二氧化鋯(ZrO2)納米管因具有許多優(yōu)異的物理、化學(xué)性質(zhì)，在陶瓷及耐火材料、傳感器、氣敏元件、固體燃料電池、熱障涂層固體電解質(zhì)、催化劑及催化劑載體等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文考察了基體鋯的表面狀態(tài)(經(jīng)電拋光、化學(xué)拋光不同預(yù)處理)對(duì)陽極氧化制備ZrO2納米管的影響。結(jié)果表明：在經(jīng)電拋光或化學(xué)拋光處理的基體鋯上均可制備得到納米管陣列，且經(jīng)化學(xué)拋光處理的基體鋯上制備的ZrO2納米管生長更快速、形貌

2、更規(guī)則。0.5h陽極氧化可得到管徑約115nm、長約7.1μm的ZrO2納米管，而在電拋光基體上僅可得到管徑約38nm、長約4.9μm的ZrO2納米管。XRD結(jié)果表明經(jīng)兩種方式處理的基體鋯上制備的ZrO2納米管陣列膜均為四方晶相，但在400℃退火處理后，經(jīng)化學(xué)拋光處理的基體鋯上生長的ZrO2晶型轉(zhuǎn)化為四方晶相和單斜晶相的混合相，而經(jīng)電拋光處理后的未發(fā)生改變。
　　采用電化學(xué)陽極氧化法在鋯箔表面制備了ZrO2納米管陣列膜，考察了無機(jī)

3、電解液1M(NH4)2SO4+0.15MNH4F和有機(jī)電解液100ml乙二醇+2ml17.5wt％NH4F對(duì)ZrO2納米管形成、形貌和結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：無機(jī)電解液中ZrO2納米管的生長速度更快，氧化0.5h生成的納米管管徑約80nm、長約9.1μm；有機(jī)電解液中得到的納米管管徑約45nm、長約5.3μm；在兩種電解液中得到的ZrO2納米管均為四方晶相，經(jīng)400℃退火處理后均轉(zhuǎn)化為四方晶相和單斜晶相的混合相。
　　在電解液100

4、ml乙二醇+2ml17.5wt%NH4F中，通過采用兩步陽極氧化法在鋯箔上快速制備了管徑約32.8nm、長約2.3μm的高度有序的ZrO2納米管。研究表明一次陽極氧化膜剝離后留在基體鋯上的六角形印跡對(duì)于二次陽極氧化快速生成有序排列的ZrO2納米管具有關(guān)鍵作用。
　　采用原位橢圓偏振光譜法研究了電解液1M(NH4)2SO4+0.15MNH4F中、20V電壓下陽極氧化鋯納米管的初期生長機(jī)制。結(jié)合FE-SEM表征結(jié)果，采用有效介質(zhì)模型，

5、對(duì)原位橢圓偏振光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析。解析結(jié)果表明，陽極氧化進(jìn)行約43s時(shí)，進(jìn)入了納米管多孔層穩(wěn)定生長階段，阻擋層、界面層厚度及多孔層孔隙率幾乎不變，分別為50nm、65nm和55%，只有多孔層厚度隨時(shí)間線性增長，生長速度約為25.6nm/s。
　　采用原位橢圓偏振光譜法考察了電壓、溫度和電解液中F-濃度三個(gè)因素對(duì)陽極氧化ZrO2納米管初期生長機(jī)制的影響。結(jié)果表明：升高電壓、升高溫度和增大電解液中F-濃度均可加快陽極氧化的反應(yīng)速率；在