[发明专利]一种通透二氧化钛纳米管薄膜的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米技术领域，涉及二氧化钛纳米管阵列的制备，特别涉及两端通透二氧化 钛纳米管自支撑薄膜的制备及其在人工离子通道中的应用。

背景技术

生物体中的离子通道能够智能控制离子的传输，从而维持了细胞正常的物质交换、信号 传递和能量交换等功能活动。受离子通道的启发，外场智能响应的人工离子通道在微纳器件、 药物运输和释放、生物传感器等方面具有潜在的应用价值。其中，光响应的人工离子通道能 够将光信号转换成多种可检测信号，从而实现远程、无损的原位控制，受到广泛关注。传统 的光响应人工离子通道均采用光响应性分子，如偶氮苯和螺吡喃，修饰无机纳米孔以及蛋白 通道来达到光响应的目的，但是，其制备方法复杂、机械强度低、稳定性差，详见参考文献 【1】～【4】，参考文献【1】：1.I.Vlassiouk；C.Park；S.A.Vail；D.Gust；S.Smirnov.NanoLett. 2006，6，1013-1017.参考文献【2】：N.Liu；D.R.Dunphy；P.Atanassov；S.D.Bunge；Z.Chen； G.P.López；T.J.Boyle；C.Brinker Nano Lett.2004，4，551-554.参考文献【3】：Martin Walko；Wim Meijberg；Ben L.Feringa.Science 2005，309，755-758.参考文献【4】： Matthew Banghart；Katharine Borges；Ehud Isacoff，Dirk Trauner；Richard H Kramer Nature  Neuroscience 2004，7，1381-1386。

TiO₂纳米管是一种光响应材料，在紫外光照射下，受光激发产生光生电子和空穴对，而 且TiO₂具有高的稳定性以及生物兼容性等优点。因此TiO₂纳米管是制备光响应离子通道的 一种理想材料。文献调研表明，目前有三种方法能够制备两端通透二氧化钛纳米管自支撑薄 膜。参考文献【5】(Sergiu P.Albu；Andrei Ghicov；Jan M.Macak；Robert Hahn；Patrik Schmuki. Nano Lett.2007，7，1286-1289)中，Schmuki等通过选择性腐蚀去除钛基底，然后用HF蒸汽 刻蚀纳米管底将其底部打通，但无法控制纳米管的孔径。参考文献【6】(Jia Lin；Jingfei Chen； Xianfeng Chen Nanoscale ResearchLett.2011，6，475-479)中，常压阳极氧化脱膜不能保证薄膜 的开孔率且脱膜时间过长，能耗高；参考文献【7】(Shiqi LI；Gengmin ZHANG Journal of the  Ceramic Society ofJapan 2010，118，291-294)中，高压阳极氧化脱膜加速溶解纳米管，减小了 薄膜的厚度，二氧化钛薄膜自身易碎的性质使其完整性也得不到保证，同样限制了薄膜的应 用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提出一种简单的方法来制备出通透的二氧化钛纳米管 薄膜，并将其应用在光响应人工离子通道中。

本发明提供了一种通透二氧化钛纳米管薄膜的制备方法，根据应用的需要可以控制纳米 管孔径的大小以及薄膜的厚度。该制备方法中首先是将清洗并干燥后的钛片在有机含氟电解 液A中进行一次阳极氧化；然后依次在HCl和去离子水中超声清洗、干燥，再放入有机含氟 电解液A中进行二次阳极氧化，生长出二氧化钛纳米管阵列；将其经过低温退火处理后再放 入有机含氟电解液B中，通过高压阳极氧化，二氧化钛纳米管阵列从钛基底表面快速剥离， 得到两端通透、形貌规整的二氧化钛纳米管自支撑薄膜。

上述制备方法中，所述有机含氟电解液通常是含氟离子的乙二醇溶液，如有机含氟电解 液A为0.25g NH₄F、2ml H₂O和100ml乙二醇；有机含氟电解液B为0.56g NH₄F、0.5ml H₂O 和100ml乙二醇。

一次阳极氧化和二次阳极氧化的电压为40～60V，阳极氧化时间根据具体应用情况而定， 优选的，本发明中采用一次和二次阳极氧化电压60V，时间5h。