Transition of TiO2 nanotubes to nan

Transition of TiO2 nanotubes to nanopores for electrolytes with very low water contents

Wei Weia, Steffen Bergera, Christina Hauserb, Karsten Meyerb, Min Yanga, Patrik Schmukia, ,
 Show more
doi:10.1016/j.elecom.2010.06.014
Get rights and content
Abstract
Over the past decade, the electrochemical formation of self-organized nanotube layers in dilute fluoride containing electrolytes has been studied intensively. In the present work, we show that by anodization of Ti in similar electrolytes but containing only very low water contents, the formation of ordered TiO2 nanoporous structures can be observed. I.e., the water content in the electrolyte is the critical factor that decides whether self-ordered oxide tubes or pores are formed. This supports the concept that tube formation originates from ordered porous oxide by a “pore-wall-splitting” mechanism.

Keywords
TiO2; Anodization; Self-organized; Nanopores; Glove box
1. Introduction
Over the past 20 years, self-organizing electrochemistry has been used extensively to produce highly ordered nanoscale oxide structures such as aligned nanopores [1], [2], [3], [4], [5] and [6]/nanotubes [7] and [8] or nanochannels [9]. Such structures are usually produced by anodization of a metal under suitable electrochemical conditions. The prototype of the best ordered oxide structure is porous alumina [4], but over the past decade it has been shown that also for other metals (mainly so-called valve metals), hexagonally-aligned nanoporous and nanotubular morphologies can be grown, if an anodization treatment is carried out in dilute fluoride containing electrolytes under the “right” conditions [7] and [8]. It is interesting that some materials such as Nb [10], Ta [11] and [12], or Al [4] and [6] tend to form porous oxide morphologies while others (Zr [13], Hf [14], and Ti [7] and [8]) tend to form tubular structures. The most prominent example for the formation of a tubular morphology is titanium, where self-organized oxide nanotube layers, over the past few years, have attracted considerable interest due to high expectations for applications in biomedical [15], photocatalytic [16], or energy harvesting devices [17]. Investigations on why for some electrolytes a tubular morphology is formed while for others a porous morphology is preferred have only recently been initiated [18] and [19]. Most relevant studies were performed on TiAl [20] (i.e., an alloy consisting of the prototype of a tube forming material, Ti, and the prototype of a pore forming material, Al). For these alloys a transition from nanotubular to nanoporous structure could be observed depending on the alloy composition. More recently, a tube to pore transition could be observed for some transition metals (Zr [19], Hf [21]) if the water content in the organic fluoride electrolyte was lower than approx. 3–5%.

For Ti, nevertheless, even if the water content in the electrolyte was kept below 1% always a tubular morphology was obtained, and up to now, any attempt to create ordered nanoporous structures failed [7], [8], [18] and [22]. In the present work, we however demonstrate that if anodization is carried out in a dry glove box which allows to control even very low water contents in the electrolyte and in the surrounding atmosphere, a transition from a nanotubular to an ordered nanoporous morphology structures can be obtained.

2. Experimental
For anodization experiments we used titanium foils (0.1 mm thickness, 99.9% purity, Goodfellow). They were degreased by sonicating in acetone and methanol, were then rinsed with deionized water (DI) and dried in a nitrogen stream. All experiments were performed in a dry glove box (MBraun inert-gas glove box containing an atmosphere of purified N2). The moisture and oxygen level in the glove box were monitored and maintained less than 0.6 ppm. The used electrolytes were prepared from highly anhydrous ethylene glycol (99.8% purity,

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เปลี่ยน nanotubes TiO2 เพื่อ nanopores สำหรับไลต์ด้วยเนื้อหาน้ำต่ำมากWei Weia, Steffen Bergera คริ Hauserb, Karsten Meyerb, Yanga นาที Patrik Schmukia,, ดูเพิ่มเติมdoi:10.1016/j.elecom.2010.06.014ได้รับสิทธิและเนื้อหาบทคัดย่อกว่าทศวรรษที่ผ่านมา กำเนิดไฟฟ้าทิวบ์เองจัดชั้นใน dilute ฟลูออไรด์ประกอบด้วยไลต์ได้ถูกศึกษา intensively ในการทำงานปัจจุบัน เราแสดงว่า โดย anodization ของตี้ไลต์คล้ายกันแต่ประกอบด้วยเฉพาะน้ำต่ำมากเนื้อหา การก่อตัวของโครงสร้าง nanoporous TiO2 สั่งจะสังเกตได้จาก เช่น ปริมาณน้ำในอิเล็กโทรไลเป็นปัจจัยสำคัญที่ตัดสินใจว่า ตนเองสั่งออกไซด์ท่อหรือรูขุมขนจะเกิดขึ้น นี้สนับสนุนแนวความคิดว่าท่อก่อกำเนิดจากสั่ง porous ออกไซด์ โดยกลไกที่ "รูขุมขนผนังแยก"คำสำคัญTiO2 Anodization จัดระเบียบตัวเอง Nanopores กล่องถุงมือ1. บทนำกว่า 20 ปี ไฟฟ้าเคมีการจัดการตนเองมีการใช้อย่างกว้างขวางเพื่อผลิตโครงสร้างออกไซด์ nanoscale คำสั่งเช่นวาง nanopores [1], [2], [3], [4], [5] และ [6] / nanotubes [7] [8] และ nanochannels [9] หรือการ โครงสร้างดังกล่าวโดยทั่วไปมักจะผลิต โดย anodization ของโลหะภายใต้เงื่อนไขการไฟฟ้าที่เหมาะสม ต้นแบบของโครงสร้างออกไซด์สั่งสุด porous อลูมินา [4], แต่กว่าทศวรรษ จึงได้รับการแสดงที่ยังสำหรับโลหะอื่น ๆ (ส่วนใหญ่เป็นโลหะเรียกว่าวาล์ว), กระท่อมชิด nanoporous และ nanotubular morphologies สามารถปลูก ถ้ารักษา anodization การดำเนินการใน dilute ฟลูออไรด์ประกอบด้วยไลต์ภายใต้เงื่อนไข "ขวา" [7] และ [8] มันเป็นที่น่าสนใจที่วัสดุบางอย่าง เช่น [10] Nb, Ta [11] [12], หรืออัล [4] และ [6] มักจะ morphologies ออกไซด์ porous ฟอร์มขณะที่คนอื่นมักจะแบบฟอร์มโครงสร้างท่อ (Zr [13], [14], Hf และตี้ [7] และ [8]) ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดสำหรับการก่อตัวของสัณฐานวิทยาท่อเป็นไทเทเนียม ซึ่งชั้นออกไซด์จัดเองทิวบ์ ปีที่ผ่านมาไม่กี่ มีดึงดูดสนใจมากเนื่องจากความคาดหวังที่สูงสำหรับการใช้งานในทางชีวการแพทย์ [15], กระ [16], หรือพลังงานเก็บเกี่ยวอุปกรณ์ [17] ตรวจสอบในเหตุผลสำหรับไลต์บางสัณฐานวิทยาท่อจะเกิดขึ้นในขณะที่ผู้อื่น สัณฐานวิทยา porous ต้องเฉพาะล่าสุดได้ริเริ่ม [18] [19] และ มีดำเนินการศึกษามากที่สุดบน TiAl [20] (เช่น เป็นโลหะผสมประกอบด้วยต้นแบบท่อที่ขึ้นรูปวัสดุ ตี้ และต้นแบบของรูขุมขนที่ขึ้นรูปวัสดุ Al) สำหรับโลหะผสมเหล่านี้ อาจสังเกตช่วงการเปลี่ยนภาพจาก nanotubular nanoporous โครงสร้างขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสม เมื่อเร็ว ๆ นี้ หลอดเพื่อเปลี่ยนรูขุมขนอาจจะสังเกตสำหรับโลหะบางช่วง (Zr [19] Hf [21]) ถ้าปริมาณน้ำในอิเล็กโทรอินทรีย์ฟลูออไรด์ต่ำกว่าประมาณ 3-5%สำหรับตี้ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าปริมาณน้ำในการอิเล็กโทรถูกเก็บด้าน ล่าง 1% เสมอสัณฐานวิทยาท่อไม่ได้ และ ถึงตอน นี้ มีพยายามสร้างสั่ง nanoporous โครงสร้างล้มเหลว [7], [8], [18] และ [22] ในการทำงานปัจจุบัน เราแต่แสดงให้เห็นถึงที่ถ้า anodization ดำเนินการในกล่องถุงมือแห้งซึ่งช่วยให้การควบคุมมากแม้เนื้อหาของน้ำต่ำ ในอิเล็กโทรไล และ ใน สภาพแวดล้อม เปลี่ยนจาก nanotubular เป็นการโครงสร้างสัณฐานวิทยา nanoporous สั่งได้2. ทดลองสำหรับการทดลอง anodization เราใช้ฟอยล์ไทเทเนียม (ความหนา 0.1 มม. ความบริสุทธิ์ 99.9%, Goodfellow) พวกเขาถูก degreased โดย sonicating ในอะซีโตนและเมทานอล แล้ว rinsed ด้วยน้ำ deionized (DI) และแห้งในกระแสไนโตรเจน มีดำเนินการทดลองทั้งหมดในกล่องถุงมือแห้ง (MBraun inert แก๊สกล่องถุงมือประกอบด้วยบรรยากาศบริสุทธิ์ N2) ระดับความชื้นและออกซิเจนในกล่องถุงมือได้ตรวจสอบ และบำรุงรักษาน้อยกว่า 0.6 ppm ไลต์ใช้ถูกเตรียมจากเอทิลีนไดสูง glycol (บริสุทธิ์ 99.8%, < 0.003% น้ำเนื้อหา ซิก Aldrich) มียอดเงินแตกต่างกันของ NH4F (0.025 M, M 0.05, 0.1 M และ 0.2 M ซิก-Aldrich), และจำนวนแตกต่างกันของ DI น้ำเพิ่ม (0, 0.3%, 0.5%, 0.7% ปี)ระบบอิเล็กโทรดทั้งสองถูกใช้ในการทดลอง anodization ทั้งหมดด้วยค่าสถานะแพลทินัมเป็นไฟฟ้าเคาน์เตอร์และฟอยล์ตี้เป็นอิเล็กโทรดทำงาน Anodization ได้ดำเนินการกับแหล่งไฟฟ้า DC ที่อุณหภูมิห้อง โดยกวาดศักยภาพจาก 0 ถึง 20 V มีอัตรา 100 mV/s ตามเก็บศักยภาพที่ 20 V สำหรับ 4 h หลังจากเตรียม ตัวอย่าง rinsed ด้วยอะซิโตน นำออกจากกล่องถุงมือ และอบแห้งในอากาศโครงสร้างและสัณฐานวิทยาของภาพยนตร์ได้รับมีลักษณะใช้ฟิลด์มลพิษกล้องจุลทรรศน์สแกน (S4800 FE SEM ฮิตาชิ) วัดเหลวถูกดำเนินบนตัวอย่างกลไกรอยร้าว คุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีของตัวอย่างได้รับการดำเนินเรื่อง (EDAX ปฐมกาล พอดีกับห้อง SEM) และชอนอิเล็กตรอนก (AES, 670 อิเล็กทรอนิกส์ทางกายภาพ)3. ผลลัพธ์ และสนทนาAnodization อย่างละเอียดเบื้องต้นทดลองกับน้ำต่ำเนื้อหาเอทิลีนเอทิไลต์ฟลูออไรด์พบว่า ว่า ถ้าดำเนินการทดลองภายนอกกล่องถุงมือแห้ง ภายใต้เงื่อนไขทั้งหมด ก่อตัวของ nanotubes เกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม ถ้าดำเนินการทดลองในบรรยากาศที่ควบคุมกล่องถุงมือ ภายใต้เงื่อนไขที่ก่อให้เหมาะ ชั้น TiO2 nanoporous สั่งเพิ่มอาจจะเกิดขึ้นดังที่แสดงใน Fig. 1 ชั้นนี้ถูกรับในอิเล็กโทร glycol เอทิลีนประกอบด้วย 0.05 M NH4F และ 0.5 vol.% H2O หลัง 4 h-anodization ของตี้ที่ 20 V จากรูปด้านบน SEM (Fig. 1a) และรูปเหลว (Fig. 1b และ c), จะเห็นได้ชัดว่า nanochannel ดีวางโครงสร้าง มีรูเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 20 nm และชั้นหนาประมาณ 3.5 μm มีการเกิดขึ้น D fig. 1 แสดงความหนาแน่นปัจจุบัน – เวลาทำงานในระหว่างกระบวนการก่อตัวของชั้น มีการเสื่อมลงของความหนาแน่นของกระแสตามลักษณะที่มักจะได้รับในระหว่างการจัดระเบียบตนเองเจริญเติบโตของ porous Al2O3 หรือ TiO2 nanotubular ชั้น [7], [8] และ [23]Fig. 1 ภาพ SEM ของ TiO2 ฟิล์ม anodic nanoporous ก่อตั้งขึ้นใน 0.05 M NH4F ประกอบด้วยเอทิลีน glycol อิเล็กโทรกับ 0.5 vol.% H2O หลังจากบันทึก h anodization 4 ที่ 20 V ในกล่องถุงมือแสดงมุมมอง (ก) ด้านบน ดูเหลว (ข), (c) ความหนา และปัจจุบัน (d)ชั่วคราวในระหว่างกระบวนการ anodizationตัวเลือกรูปที่จริงเนื้อหาน้ำในอิเล็กโทรไลเล่นบทบาทชี้ขาดว่า nanoporous TiO2 หรือโครงสร้าง nanotubular จะเกิดขึ้นได้ชัดเจนจาก Fig. 2 SEM ภาพดู 2a – d anodic anodic TiO2 ชั้นเกิดขึ้นในเอทิลีน glycol + 0.05 M อิเล็กโทร NH4F มีเนื้อหาแตกต่างกันของน้ำ: 0 vol.%, 0.3 vol.%, 0.5 และ 0.7 vol.% เฉพาะขนาดเล็กผิดปกติโครงสร้างจะได้รับการเพิ่มน้ำ 0% เรื่องผลแทรกใน Fig. 2a แสดงว่า ออกไซด์บางอย่างจะเกิดขึ้น (ส่วนใหญ่ปัจจุบันเป็นซอฟต์แวร์บางอย่างบนพื้นผิว) ผู้แต่งออกไซด์นี้อาจเป็น ascribed กับร่องรอยน้ำเหลือในอิเล็กโทรไล ในกรณีนี้ อย่างไรก็ตาม H2O เนื้อหาไม่เพียงพอการปลูกชั้นออกไซด์หนามาก 0.3% H2O สัญญาณแรกของการจัดการตนเองได้ชัดเจน และบางช่องเริ่มเติบโต ได้ระดับสูงสุดขององค์กรตนเองในโครงสร้าง porous จะได้ 0.5% H2O ที่สูงน้ำเนื้อหา สัณฐานวิทยาเปลี่ยนทั้งหมดเป็นโครงสร้างท่อตามที่แสดงในสองมิติ Fig.Fig. 2 ภาพใน SEM ของฟิล์ม anodic ก่อตั้งขึ้น โดย 4 h-anodization ของตี้ที่ 20 V ใน 0.05 M NH4F ประกอบด้วยเอทิลีน glycol อิเล็กโทรเพิ่มจำนวนน้ำที่แตกต่างกัน: (ก) 0 vol.%, vol.% (b) 0.3, (c) 0.5 vol.% และ vol.% (d) 0.7 แทรกเรื่องผลลัพธ์หรือมุมมองของเหลว (e แบบฉับพลัน)ปัจจุบันบันทึกในระหว่างกระบวนการ anodization (a)–(d)ตัวเลือกรูปน้ำมีบทบาทสำคัญมุมมองสองด้านของท่อนาโน/รูขุมขนก่อ คง เป็นแหล่งของออกซิเจนเป็นออกไซด์มีประสิทธิภาพระหว่าง anodization แต่ก็ยังเป็นปัจจัยสำคัญในการก่อตัวของท่อแทนที่เป็นรูขุมขน ผลน้ำออกไซด์ก่อยังได้เห็นในปัจจุบัน – เวลาทำงานในระหว่างกระบวนการ anodization แสดงใน Fig. 2e อย่างชัดเจน ความหนาแน่น anodization ปัจจุบันในอิเล็กโทรฟรีน้ำแสดงหล่นคมชัด นี้อาจเกิดจากการใช้สายด่วนที่ของสารน้ำทั้งแบบออกไซด์ไม่สม่ำเสมอใน Fig. 2a กับการเพิ่มขึ้นของปริมาณน้ำในการอิเล็กโทร เพิ่มความหนาแน่นของปัจจุบันและชั้นรูขุมขนหรือหลอดสามารถเติบโตให้หนาพอสมควร ชั้นทั้งหมดใน Fig. 2b – d จะหนา ประมาณ 3-4 μm เช่นไฟฟ้าลักษณะยังคงคล้ายกันเมื่อเกิดรูขุมขนหรือหลอดFig. 3 แสดงชุดการทดลองที่เนื้อหา H2O ถูกเก็บค่าคงแต่ฟลูออไรด์ (NH4F จาก 0.025 M 0.2 เมตร) มีหลากหลายเนื้อหา จากผลลัพธ์ ได้ชัดเจนว่า มีจำนวนเพิ่มขึ้นของ NH4F แนวโน้มการก่อตัวเพิ่มขึ้นท่อจะ สังเกต เช่นสองตัว (ยกเว้นน้ำเนื้อหา) ที่กำหนดไว้สำหรับท่อ หรือรูขุมขนก่อตัวเป็นความเข้มข้นของฟลูออไรด์ในการอิเล็กโทรFig. 3 ภาพด้านบน SEM ของ nanoporous TiO2 ฟิล์มก่อตั้งขึ้น โดย anodization ของตี้ที่ 20 V ในอิเล็กโทร vol.% H2O ประกอบด้วยเอทิลีนเอทิ 0.5 มีจำนวนแตกต่างกัน NH4F: (ก) 0.025 M, (b) 0.05 M, M (c) 0.1 และ (d) 0.2 M แทรก ด้วยมุมมองเหลวตัวเลือกรูปแม้ว่ากลไกรายละเอียดและเหตุผลของการเปลี่ยนแปลงจาก nanotubular โครงสร้าง nanoporous จะไม่เต็ม elaborated งานนำเสนอได้ โดยศึกษา TiAl [20] และงานจำนวนมากในอัล [24], ตามแบบที่แสดงใน Fig. 4 กำหนดท่อก่อให้ยุบใช้ฟลูออไรด์รวยชั้นอยู่ในขอบเขตของเซลล์โครงสร้าง porous สั่งที่เกิดขึ้นในฟลูออไรด์ไลต์ เรื่องที่แสดงในงานก่อนหน้านี้ว่า จำนวนเงินที่สำคัญของฟลูออไรด์อยู่ ที่ด้านล่าง และขอบเขตของเซลล์ผลกระท่อมสั่งชั้นออกไซด์ porous [8], [25] [26] และ ฉัน

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การเปลี่ยนแปลงของนาโน TiO2 เพื่อ nanopores สำหรับไลท์กับต่ำมากน้ำเนื้อหา

Wei weia Steffen , bergera คริสติน่า hauserb Karsten meyerb , มิน yanga แพทริก schmukia , , ,

ดอย : ทำไมแสดงเพิ่มเติม 10.1016 / j.elecom . 2010.06.014


ได้รับสิทธิ และเนื้อหาที่เป็นนามธรรมกว่าทศวรรษที่ผ่านมาการใช้รูปแบบของ self-organized ท่อนาโนชั้นเจือฟลูออไรด์อิเล็กโทรได้รับการศึกษาอย่าง ชัดเจน ในงานปัจจุบัน เราพบว่า โดยโนไดเซชั่นของ Ti ในอิเล็กโทรไลต์ คล้ายกัน แต่ที่มีน้อยมากน้ำเนื้อหา การสั่ง nanoporous TiO2 โครงสร้างสามารถสังเกตได้ เช่นปริมาณน้ำในอิเล็กโทรไลต์ คือปัจจัยสำคัญที่ตัดสินว่าตนเองสั่งหลอดออกไซด์หรือรูที่เกิดขึ้น นี้สนับสนุนแนวคิดที่ว่า การสั่งท่อมาจากรัสออกไซด์โดย " จากผนังแยก " กลไก

,
) ; โนไดเซชั่น ; ตนเอง จัดระเบียบ nanopores ; กล่องถุงมือ
1 บทนำ
ที่ผ่านมา 20 ทำไมปีบนเคมีไฟฟ้าได้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในการผลิตสูงสั่งนาโนสเกลออกไซด์โครงสร้าง เช่น ชิด nanopores [ 1 ] , [ 2 ] , [ 3 ] , [ 4 ] , [ 5 ] และ [ 6 ] /     นาโน [ 7 ] และ [ 8 ] หรือ nanochannels [ 9 ] โครงสร้างดังกล่าวมักจะผลิตโดย โนไดเซชั่นของโลหะภายใต้สภาวะทางเคมีที่เหมาะสม ต้นแบบของโครงสร้างเป็นอลูมินาออกไซด์ที่ดีที่สุดให้พรุน [ 4 ]แต่กว่าทศวรรษที่ผ่านมา มันได้ถูกแสดงว่ายังโลหะอื่น ( ส่วนใหญ่เรียกว่าวาล์วโลหะ ) , hexagonally ชิด nanoporous nanotubular โครงสร้าง และสามารถปลูกได้ถ้าการรักษาโนไดเซชั่นจะออกมาเจือฟลูออไรด์อิเลคภายใต้ " สิทธิ " เงื่อนไข    [ 7 ] และ [ 8 ] เป็นที่น่าสนใจว่า วัสดุบางอย่างเช่น NB [ 10 ] [ 11 ] และทาอะไรไหม [ 12 ]หรือ Al [ 4 ]    [ 6 ] และมักจะฟอร์มรัสออกไซด์โครงสร้าง ในขณะที่คนอื่น ( ZR [ 13 ] , HF [ 14 ] และ Ti [ 7 ] และ   [ 8 ] ) มักจะ รูปแบบโครงสร้างท่อ ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดสำหรับการก่อตัวของ สัณฐานเป็นท่อไทเทเนียมออกไซด์นาโนที่ self-organized ชั้นกว่าไม่กี่ปีที่ผ่านมามีดึงดูดความสนใจมากจากความคาดหวังสูงสำหรับการประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์ [ 15 ]รี [ 16 ] หรือพลังงานอุปกรณ์ [ 17 ] ตรวจสอบว่าทำไมบางอิเล็กโทรไลต์สัณฐานท่อจะเกิดขึ้นในขณะที่คนอื่น ๆสัณฐานพรุนเป็นที่ต้องการมีเพียงเพิ่งเริ่มต้น [ 18 ]   และ [ 19 ] ที่เกี่ยวข้องมากที่สุดการศึกษาจำนวน tial [ 20 ] ( เช่นโลหะผสมประกอบด้วยต้นแบบของท่อขึ้นรูปวัสดุ ทิและต้นแบบของการขึ้นรูปวัสดุรูพรุน , Al ) โลหะผสมเหล่านี้เปลี่ยนจาก nanotubular โครงสร้าง nanoporous สามารถสังเกตได้ขึ้นอยู่กับการผสมองค์ประกอบ เมื่อเร็วๆ นี้ เพื่อกระชับรูขุมขน หลอดเปลี่ยนอาจเป็นสังเกตสำหรับโลหะเปลี่ยน ( ZR [ 19 ] , HF [ 21 ] ) ถ้าปริมาณน้ำในสารละลายอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ฟลูออไรด์ต่ำกว่าประมาณ 3 - 5 %

ทิ อย่างไรก็ตามแม้ว่าปริมาณน้ำในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ถูกเก็บไว้ด้านล่าง 1% เสมอสัณฐานท่อได้ และจนถึงตอนนี้ การพยายามสร้างให้โครงสร้าง nanoporous ล้มเหลว [ 7 ] , [ 8 ] , [ 18 ]   และ [ 22 ] ในงานปัจจุบันแต่เราแสดงให้เห็นว่า ถ้าโนไดเซชั่นจะดําเนินการในบริการกล่องถุงมือที่ช่วยให้สามารถควบคุมปริมาณน้ำต่ำมากในอิเล็กโทรไลต์ และบรรยากาศโดยรอบ มีการเปลี่ยนจาก nanotubular เพื่อสั่ง nanoporous สัณฐานวิทยาโครงสร้างได้

2 ทดลองสำหรับการทดลองเราใช้ฟอยล์
โนไดเซชั่นไทเทเนียม ( 0.1 มม. ความหนาเหรอ 99.9% บริสุทธิ์ กู๊ดเฟลโล )พวกเขา degreased โดย sonicating ในอะซีโตนและเมทานอล ตามลำดับ หลังจากนั้นล้างด้วยน้ำคล้ายเนื้อเยื่อประสาน ( DI ) และแห้งในไนโตรเจนสายธาร ทั้งหมดทดลองในกล่องถุงมือแห้ง ( mbraun ก๊าซเฉื่อยถุงมือกล่องที่มีบรรยากาศของก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์ ) ความชื้นและระดับออกซิเจนในกล่องถุงมือที่ได้ตรวจสอบและดูแลรักษาน้อยกว่า 0.6 ไหม ppmใช้เป็นเตรียมจากรัสสูง เอทิลีน ไกลคอล ( 99.8% ความบริสุทธิ์ , < รึเปล่า 0.003 % ความชื้นซิกม่า Aldrich ) ที่มีปริมาณ nh4f ( 0.025 0.05 M M เหรอ , เหรอ , 0.1 และ 0.2 M M เหรอ , เหรอ , Sigma ดิช ) และปริมาณน้ำ DI เพิ่ม ( 0 , 0.3 เปอร์เซ็นต์ , 0.5% , 0.7% , Vol .

)ระบบสองขั้วไฟฟ้าที่ใช้ในการทดลองโนไดเซชั่นทั้งหมดที่มีแพลทินัมเป็นขั้วเคาน์เตอร์ธงและ Ti ฟอยล์เป็นขั้วไฟฟ้าทำงาน โนไดเซชั่นได้ดำเนินการกับแหล่งจ่ายไฟ DC ที่อุณหภูมิห้อง โดยกวาดศักยภาพจาก 0 ถึง 20 รึเปล่า V ด้วยอัตรา 100 รึเปล่า MV / s ตามด้วยถือศักยภาพที่ 20 รึเปล่า V 4 รึเปล่า เอช หลังจากการเตรียมการ ทำการล้างด้วยอะซิโตนออกมาจากกล่องถุงมือ แล้วอบแห้งในอากาศ

โครงสร้างและสัณฐานวิทยาของภาพยนตร์มีลักษณะการใช้ข้อมูลที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์ ( Hitachi fe-sem s4800 ) ข้ามวัดตัดทดลองในการแตกตัวอย่าง ลักษณะขององค์ประกอบทางเคมีคือตัวอย่างโดยใช้การวัด ( edax ปฐมกาลพอดีกับ SEM หอการค้า ) และสว่านอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี ( AES , ทางกายภาพอิเล็กทรอนิกส์ 670 ) .

3 ผลและการอภิปรายอย่างละเอียดกับการทดลองเบื้องต้น
โนไดเซชั่นต่ำ ปริมาณน้ำ เอทิลีนไกลคอล ฟลูออไรด์อิเลค พบว่าถ้าทดลองนอกกล่องถุงมือแห้ง ภายใต้การสร้างเงื่อนไขของนาโนเอาสถานที่ อย่างไรก็ตามถ้าทดลองในการควบคุมบรรยากาศของกล่องถุงมือ , ภายใต้เงื่อนไขการพัฒนาเพิ่มประสิทธิภาพการสั่ง nanoporous TiO2 ชั้นอาจจะเกิดขึ้นดังแสดงในรูปที่ครั้งที่ 1 ชั้นนี้ได้ในไกลคอลเอทิลีนอิเล็กโทรไลต์ที่มี 0.05 มั้ย M nh4f และ 0.5 รึเปล่า . % H2O หลังจากที่ 4 รึเปล่า h-anodization ของ Ti ที่ 20 รึเปล่า V จาก SEM ด้านบนมุมมองภาพ ( รูปที่ 1A รึเปล่า ) และภาพ ( ภาพภาคตัดขวางทำไม 1B และ C ) ปรากฎว่า ชิดดี nanochannel โครงสร้างรูขุมขนขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 20 รึเปล่า nm และชั้นความหนาประมาณ 3.5  μเมตร ถูกสร้างขึ้น รูปที่แสดงเวลาปัจจุบันของ 1D เหรอ–พฤติกรรมในระหว่างขั้นตอนการสร้างของชั้นการสลายตัวของความหนาแน่นกระแสสอดคล้องกับลักษณะโดยทั่วไปจะได้รับในระหว่างการเจริญเติบโตของรูพรุนบน Al2O3 หรือ TiO2 nanotubular ชั้น [ 7 ] , [ 8 ] และ [ 23 ] ทำไมเหรอ


รูปที่ 1 รึเปล่า
SEM ภาพของการ nanoporous TiO2 ภาพยนตร์เกิดขึ้นใน 0.05 M เหรอ nh4f ที่มีอิเล็กโทรไลต์กับเอทิลีนไกลคอล 0.5 % H2O หลังจากที่ 4 . อะไรรึเปล่า h-anodization 20 รึเปล่า V ในกล่องถุงมือแสดง ( ) ด้านบนมุมมอง( ข ) ที่มีความหนาและดู ( C ) ( D ) ปัจจุบันชั่วคราวบันทึกในระหว่างกระบวนการโนไดเซชั่น .

รูปที่ตัวเลือกที่แน่นอน ปริมาณน้ำในสารละลายอิเล็กโทรไลต์มีบทบาทชี้ขาดว่า nanoporous TiO2 หรือ nanotubular โครงสร้างมีรูปแบบชัดจากรูปครั้งที่ 2 เส้มไหม 2A – D แสดงภาพการ anodic ) ชั้นเกิดขึ้นในเอทิลีนไกลคอลอะไรรึเปล่า 005 ทำไม M nh4f อิเล็กโทรไลต์ที่มีเนื้อหาที่แตกต่างกันของน้ำ : 0 รึเปล่า . . ทำไม % 0.3 % , 0.5 และ 0.7 รึเปล่า . . 0 % น้ำเพียงเล็กผิดปกติ ซึ่งโครงสร้างจะรับ ส่วนการวัดผลแทรกรูปอะไร 2A แสดงให้เห็นว่าบางออกไซด์เกิดขึ้น ( ส่วนใหญ่ในปัจจุบันเป็นแพทช์บนพื้นผิว ) ออกไซด์รูปแบบนี้อาจจะเหลือน้ำ ascribed เพื่อร่องรอยในอิเล็กโทรไลต์ ในกรณีนี้ , อย่างไรก็ตามh2o เนื้อหาไม่เพียงพอต่อการเติบโตของชั้นออกไซด์หนามาก สำหรับ 0.3 % H2O , สัญญาณแรกของการจัดการตนเองชัดเจนและบางช่องทางเริ่มเติบโต แต่สูงสุดของการจัดการตนเองในโครงสร้างรูพรุนจะได้ 0.5 % H2O ในน้ำสูง ลักษณะการเปลี่ยนแปลงเนื้อหาทั้งหมดเพื่อให้โครงสร้างหลอด ดังแสดงในรูปที่ 2 เหรอ


รูปที่ 2
.  จากภาพของการภาพยนตร์รูปแบบโดย 4 รึเปล่า h-anodization ของ Ti ที่ 20 V ใน 0.05 M nh4f   ประกอบด้วย เอทิลีนไกลคอล เกลือแร่เพิ่มปริมาณน้ำ : ( ) 0 รึเปล่า . % ( B ) 0.3 % ไหม . ( C ) 0.5 รึเปล่าฉบับที่ 1 , ( D ) 0.7 % รึเปล่า . แทรกอยู่ด้วยการวัดผล หรือ มุมมองแบบภาคตัดขวาง ( E ) ปัจจุบันมีบันทึกไว้ในระหว่างกระบวนการของโนไดเซชั่น ( A ) และ ( d )

รูปที่เลือกน้ำมีบทบาทสำคัญในมุมมองสองด้านของการพัฒนานาโน / รูขุมขน ในมือข้างหนึ่งมันคือแหล่งของออกซิเจนในรูปแบบมีประสิทธิภาพออกไซด์ในระหว่างโนไดเซชั่น แต่ก็ยังเป็นปัจจัยที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของหลอดมากกว่ารู ผลของน้ำการเกิดออกไซด์ยังได้เห็นพฤติกรรมในเวลาปัจจุบันและในระหว่างกระบวนการโนไดเซชั่นที่แสดงในรูปที่ 2 เหรอ อย่างชัดเจนที่โนไดเซชั่นความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าในน้ำอิเล็กโทรไลต์ฟรีแสดงลดลงคมชัด นี้อาจจะเกิดจากการใช้อย่างรวดเร็วของร่องรอยน้ำทั้งในรูปแบบปกติในรูปออกไซด์รึเปล่า 2A . ด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณน้ำในอิเล็กโทรไลต์ การเพิ่มความหนาแน่นกระแสและรูขุมขนหรือหลอดชั้น สามารถขึ้นหนามาก ชั้น ทั้งหมดในรูปไหม 2B – D ประมาณ 3 – 4  μม. หนา ; Iเช่นลักษณะทางเคมีไฟฟ้ายังคงคล้ายกันเมื่อรูขุมขนหรือหลอดจะเกิดขึ้น

รูปที่  3 แสดงชุดการทดลองที่ h2o เนื้อหาคงที่แต่ปริมาณฟลูออไรด์ ( nh4f จาก 0.025 ไหม M 0.2 มั้ย M ) ที่หลากหลาย จากผลเป็นที่ชัดเจนว่าเพิ่มขึ้น nh4f , แนวโน้มที่จะปรับปรุงท่อการพัฒนาเป็นที่สังเกต เช่นส่วนที่สอง ( ยกเว้นปริมาณน้ำ ) ที่เด็ดขาดสำหรับหลอดหรือรูขุมขนเกิดเป็นฟลูออไรด์ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์


รูปที่ 3 รึเปล่า
SEM มุมมองด้านบนภาพฟิล์ม TiO2 nanoporous รูปแบบโดยโนไดเซชั่นของ Ti ที่ 20 รึเปล่า 5 . 0.5 รึเปล่า % H2O ที่มีอิเล็กโทรไลต์กับปริมาณเอทิลีนไกลคอล ที่แตกต่างกันของ nh4f : ( ) 0.025 ไหม M ( B ) 0.05 มั้ย M ( C ) 0.1 และ 0.2 M ( D )    Mแทรกด้วยมุมมองแบบภาคตัดขวาง

รูปที่เลือก แม้ว่ากลไกรายละเอียดและเหตุผลของการเปลี่ยนจาก nanotubular โครงสร้าง nanoporous ไม่ได้อย่างเต็มที่อธิบาย งานปัจจุบัน สอดคล้องกับการศึกษาใน tial [ 20 ] และทำงานมากใน Al [ 24 ] ตามรูปแบบแสดงในรูปรึเปล่า 4มันทำได้โดยการสร้างท่อเพื่อการเลือกของฟลูออไรด์รวยชั้นปัจจุบันขอบเขตของโครงสร้างรูพรุน เกิดเซลล์สั่งฟลูออไรด์อิเล็กโทร . มันถูกแสดงในงานก่อนหน้านั้น ปริมาณฟลูออไรด์อยู่ที่ด้านล่าง และขอบเขต เช่น เซลล์ hexagonally สั่งรัสออกไซด์ชั้น [ 8 ] , [ 25 ]   และ [ 26 ] ฉัน