[发明专利]独立、有序的氧化钛纳米管阵列薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术以及新能源技术领域，涉及氧化钛纳米管阵列薄膜，特别是涉及一种独立、有序的氧化钛纳米管阵列薄膜的制备方法。 

背景技术

氧化钛纳米管阵列（TNT）在太阳能电池、光催化、生物医药方面均具有非常广泛的用途。通常，氧化钛纳米管阵列是采用阳极氧化法制备在Ti片基底上。由于氧化钛纳米管阵列是附着于金属钛基底上，由于钛基不具有透光性，在实际应用中，需要将纳米管阵列薄膜与钛基底脱离。比如，在染料敏化太阳能电池的应用中，如果纳米管阵列未与Ti片基底脱离，由于Ti片是不透明的，只能采用背照式的方式，在背照式的结构中，对电极和电解液对光产生散射和吸收，这将影响电池对光的利用效率。因此，前照式方式是染料敏化太阳能电池中的最佳方式。若需将TNT应用于前照式的染料敏化太阳能电池，需要将TNT与Ti片脱离。在医药领域里，氧化钛纳米管可以作为药物的载体，运输药物，因此也需要将其与Ti基底脱离制得独立膜后再使用。 

目前，通常采用的方法是使用强腐蚀性的液体如HCl （Chem. Commun., 2008, 2867），含溴的甲醇溶液 （Nano Lett., 2007, 7, 1286）等将Ti基底腐蚀，这些方法不但具有危险性，而且有毒，且Ti的损失也非常的大，不利于应用。Wang等发展了一种简单的甲醇浸泡的方法获得独立的TNT薄膜 （Chem. Mater., 2008, 20, 1257），此方法只能脱离厚度大于100微米的薄膜，薄膜太厚，使得其应用范围有限，并且甲醇是一种易挥发，毒性高的液体。因此，开发一种无毒，无害，可以重复利用Ti基，且能够获得厚度较低的纳米管阵列薄膜对于其应用具有非常重要的意义。 

CN101857966 A公开一种自支撑TiO₂纳米管阵列薄膜及其制备方法，其通过两次阳极氧化以在钛基和TiO₂纳米管阵列薄膜之间形成一定厚度的无定形TiO₂氧化层，然后溶解无定形TiO₂氧化层以使TiO₂纳米管阵列薄膜在钛基上脱离。在CN101857966 A公开的技术方案中，需要进行两次阳极氧化，增加了操作的复杂性，而且，二次阳极氧化时间要足够长以使形成无定形TiO₂氧化层有足够的厚度，例如3μm或更厚。 

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，本发明人在此提供一种工艺简单、无污染且能够获得厚度较薄的独立、有序的纳米管阵列薄膜的制备方法，包括：对钛基进行阳极氧化处理以在所述钛基上形成氧化钛纳米管阵列薄膜；对所得氧化钛纳米管阵列薄膜进行水浸泡处理；以及缓慢干燥处理挥发水分以使所述氧化钛纳米管阵列薄膜脱离所述钛基形成所述独立、有序的氧化钛纳米管阵列薄膜。 

本发明的方法工艺简单易行，利用简单的水浸泡处理及后续的缓慢干燥处理能够方便地使氧化钛纳米管阵列薄膜脱离钛基形成独立膜。采用水作为浸泡溶剂、无污染、无毒，环境友好。而且本发明的方法不必如CN101857966 A公开的技术方案那样进行二次氧化处理。通过本发明的方法制得的独立、有序的纳米管阵列薄膜完整，形状尺寸可控，而且该方法脱离阵列后的Ti片可以直接被再次利用，是获得独立纳米管阵列薄膜的有效途径。 

在本发明中，优选的水浸泡处理的时间可为6～80小时，更优选12～48小时。控制合适的水浸泡处理时间，可以使氧化钛纳米管阵列薄膜更方便地从钛基脱离。 

在本发明中，浸泡处理的溶剂优选可采用蒸馏水。 

本发明的方法还可包括在所述水浸泡处理之前对所得氧化钛纳米管阵列薄膜进行超声处理0～5分钟。 

在水浸泡处理之前超声处理0～5分钟，可以去除氧化钛纳米管阵列表面无序的覆盖层，这样，可以提高制得的薄膜的品质。 

本发明的方法还可包括在缓慢干燥挥发水分处理中，对所述钛基施加作用力。这样可以帮助氧化钛纳米管阵列薄膜从钛基脱离。 

本发明合成工艺简单易行、无污染、效率高、易工业化生产；制得的独立、有序的纳米管阵列薄膜完整，形状尺寸可控，可用于前照式方式的染料敏化太阳能电池。此外，制得的独立、有序的纳米管阵列薄膜可应用于其他透明的基底。 

附图说明

图 1A～1C示出本发明的方法采用不同超声时间的示例制备的独立、有序的纳米管阵列薄膜的表面的扫描电镜照片； 

图 2A和2B示出本发明的方法制备的独立、有序的纳米管阵列薄膜的照片；