[发明专利]钛金属表面制备尺寸、密度可调的二氧化钛纳米棒阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛金属表面制备二氧化钛纳米棒阵列的方法，尤其是钛金属表面制备尺寸、密度可调控的二氧化钛纳米棒阵列的方法。

背景技术

二氧化钛薄膜因其良好的稳定性、光催化性能以及生物活性等，被广泛用于光催化材料能源环境用、骨组织修复材料生物医学用等领域。相对其他二氧化钛微纳结构(纳米点、纳米管等)，二氧化钛纳米棒结构具有更多的表面区域作进一步功能化修饰，即意味着更多的活性功能基团，形成具有更高催化活性或者生物学响应性等性能的表面。而制备纳米棒尺寸、密度均可调控的二氧化钛纳米棒阵列对进一步研究纳米二氧化钛的各方面性能，扩大其应用领域具有重要作用。比如，在骨修复材料生物医学领域，细胞对植入体表面的形貌结构(尺寸、密度)很敏感，所以在钛金属表面构建纳米棒尺寸、密度可调控的二氧化钛纳米棒阵列，最终可使骨植入体金属具有优良的早期快速和理想的骨整合能力。Liu，B.(Journal of the American Chemical Society，2009.131(11)：p.3985-3990)利用水热法在含氟氧化锡(FTO)基板上生长出二氧化钛纳米棒阵列并研究了水热溶液参数对纳米棒阵列生长的影响。Peng，X.S.(Nanotechnology，2005.16(10)：p.2389-2395.)用不同有机物氧源与钛金属基板经过气-固反应得到二氧化钛纳米棒阵列。中国专利CN1740392采用湿化学法直接氧化钛金属基板的方法得到定向排列的二氧化钛纳米棒阵列。中国专利CN1888135同样利用湿化学法直接氧化钛金属基板的方法得到纯金红石结构二氧化钛纳米棒单层薄膜。但是，这些方法制备二氧化钛纳米棒阵列的效率不高，反应所需反应时间较长，二氧化钛纳米棒的尺寸、密度也难以调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛金属表面制备尺寸、密度可调的二氧化钛纳米棒阵列的方法。

本发明是通过在钛金属表面原位形成含锐钛矿晶相晶种和金红石晶相晶种中的至少一种晶种，继而经水热法制备得到纳米棒尺寸、密度均可调控的二氧化钛纳米棒阵列。具体有以下两种技术方案。

方案1

钛金属表面制备尺寸、密度可调的二氧化钛纳米棒阵列的方法，包括以下步骤：

1)将钛金属片表面用2000～4000目的砂纸磨平抛光，用去离子水在超声波中清洗干净；

2)将经步骤1)处理的钛金属片处于20～800℃温度热处理10～300min，在钛金属片表面原位形成含锐钛矿晶相晶种或金红石晶相晶种；

3)将0.01～5g苦味酸溶解在5～100ml乙醇中，依次加入10～100ml去离子水、10～100ml盐酸、0.01～5ml钛酸四丁酯，得水热溶液；

4)将经步骤2)处理的钛金属片放入聚四氟乙烯内胆的水热釜中，加入配置好的水热溶液，在100～300℃下保持1～20h后取出，去离子水冲洗、干燥，获得钛金属表面二氧化钛纳米棒阵列。

方案2

钛金属表面制备尺寸、密度可调的二氧化钛纳米棒阵列的方法，包括以下步骤：

1)将钛金属片表面用2000～4000目的砂纸磨平抛光，用去离子水在超声波中清洗干净；

2)将0.01～5g苦味酸溶解在5～100ml乙醇中，依次加入10～100ml去离子水、10～100ml盐酸，得水热溶液一，再将经步骤1)处理的钛金属片放入聚四氟乙烯内胆的水热釜中，加入配置好的水热溶液一，在100～300℃下保持1～20h后取出，去离子水冲洗、干燥，在钛金属片表面原位形成含锐钛矿晶相晶种和金红石晶相晶种；

3)将0.01～5g苦味酸溶解在5～100ml乙醇中，依次加入10～100ml去离子水、10～100ml盐酸、0.01～5ml钛酸四丁酯，得水热溶液二；

4)将经步骤2)处理的钛金属片放入聚四氟乙烯内胆的水热釜中，加入配置好的水热溶液二，在100～300℃下保持1～20h后取出，去离子水冲洗、干燥，获得钛金属表面二氧化钛纳米棒阵列。

上述两种方案制得的钛金属表面二氧化钛纳米棒阵列，其纳米棒的尺寸为10～500nm，密度为1×10¹²/m²～5×10¹⁴/m²。