TiO2納米管的制備及改性研究.pdf

1、TiO2納米管以其優(yōu)良的性質(zhì)如大的比表面積、較好的光電特性、穩(wěn)定的理化特性及無毒性受到廣泛的關(guān)注，本文采用陽極氧化法在純鈦和β型Ti-4Zr-22Nb-2Sn合金表面制備了自組裝TiO2納米管，系統(tǒng)研究了陽極氧化電壓、氧化時(shí)間、NH4F濃度、pH值等制備條件對(duì)TiO2納米管形貌的影響，并且采用TEM、SEM、XRD和XPS等手段對(duì)納米管的物相組成與微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的分析。為提高TiO2納米管的應(yīng)用價(jià)值，采用不同方法對(duì)納米管進(jìn)行改性，賦

2、予其特定的功能。主要有5個(gè)方面的改性研究：(1)改善鈦基體生物相容性：在基體表面制備納米管后，采用仿生生長法進(jìn)一步制備具有生物活性的Ca-P層，研究了納米管結(jié)構(gòu)和仿生生長時(shí)間對(duì)Ca-P層形貌的影響，分析Ca-P層的生長機(jī)理。(2)載藥釋藥研究：采用物理吸附法在納米管內(nèi)部載入鹽酸米諾環(huán)素(MH)，研究了納米管長度對(duì)其載藥后形貌的影響，進(jìn)一步探討了載藥納米管在磷酸緩沖溶液(PBS)中的藥物釋放效果。(3)納米管磁化：利用電化學(xué)陰極沉積法在納

3、米管表面制備磁性顆粒，研究了不同沉積電壓和沉積時(shí)間對(duì)磁性納米顆粒形貌的影響。(4)載Ag納米管電催化性能：利用多元醇化學(xué)法在納米管表面負(fù)載納米Ag顆粒，研究納米管晶型和化學(xué)沉積時(shí)間對(duì)納米Ag顆粒形貌的影響以及載Ag納米管的電催化性能。(5)納米管半導(dǎo)體SnSe復(fù)合：采用脈沖電沉積法在TiO2納米管上合成SnSe半導(dǎo)體納米顆粒，研究了電化學(xué)參數(shù)對(duì)納米顆粒形貌的影響，探討了SnSe納米顆粒的微觀結(jié)構(gòu)、成分以及脈沖陰極沉積機(jī)理。
　　

4、 研究結(jié)果表明，(Ⅰ)以純鈦為基體可以獲得單一尺寸納米管；以Ti-4Zr-22Nb-2Sn合金為基體，可以獲得兩級(jí)納米管。TiO2納米管經(jīng)退火可由無定形態(tài)轉(zhuǎn)變成晶態(tài)，經(jīng)500℃退火1 h后，獲得銳鈦礦結(jié)構(gòu)，經(jīng)700℃退火1 h獲得金紅石型結(jié)構(gòu)。通過分析陽極氧化各個(gè)階段納米管形貌特征的演變，建立了納米管生長機(jī)制模型，對(duì)于單一尺寸納米管，陽極氧化初期生成多孔結(jié)構(gòu)，隨著時(shí)間的延長逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣軤罱Y(jié)構(gòu)；對(duì)于兩級(jí)納米管，納米管隨著氧化時(shí)間的延長由單

5、一尺寸逐步向兩級(jí)納米管轉(zhuǎn)變。(Ⅱ)由于孔狀結(jié)構(gòu)和較長納米管結(jié)構(gòu)不利于Ca2+、PO43-等離子向納米孔或納米管內(nèi)部擴(kuò)散，導(dǎo)致Ca、P元素更易于在納米管表面沉積，形成較厚的Ca-P層，Ca-P層厚度也隨仿生生長時(shí)間的延長而增加。納米管為Ca2+和PO43+的吸附提供了大量的形核位點(diǎn)，最終形成棒狀Ca-P層結(jié)構(gòu)。(Ⅲ)隨納米管長度的增加，藥物累積釋放率增加，長度為4.1μm和5.7μm的納米管，在194 h之內(nèi)藥物釋放量可達(dá)90.7％和87

6、.9％，而長度為1.5μm和2.8μm的納米管釋放量僅有48.2％和59.1％。藥物釋放時(shí)間至少可以持續(xù)150 h。納米管的長徑比對(duì)于藥物釋放率起著決定性的作用，可以有效延遲或加速藥物釋放。(Ⅳ)未經(jīng)熱處理的磁性顆粒由Fe單質(zhì)和磁鐵礦Fe3O4兩相組成，經(jīng)過450℃熱處理后，除了Fe單質(zhì)和磁鐵礦Fe3O4外，形成了赤鐵礦α-Fe2O3。負(fù)載有磁性顆粒的納米管在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)良的鐵磁特性。(Ⅴ)采用納米Ag摻雜500℃退火的納米管的過程中