在PEG和EG溶液中金属的阳极氧化过程研究(2)

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4两种金属在含PEG溶液中阳极氧化过程的比较20

4.1两种金属在含PEG溶液中阳极氧化生长过程的共同点.20

4.2两种金属在含PEG溶液中阳极氧化生长过程的不同点.20

结论21

致谢22

参考文献..23

1 引言
1.1 选题背景和意义阀金属（Al、Ti、Zr 等）经过阳极氧化制备出的金属阳极氧化物，具有独特的纳米结构和优异的功能特性，在制作超级电容器和光催化降解等方面有着不容忽视的潜在应用价值。一般来说，材料的物理化学性能与材料形态、尺寸和内部结构的变化息息相关。对于多孔阳极氧化物来说，材料尺寸若能达到纳米级别，比表面积也随之增大，有利于大量表面反应的发生，进而影响到所制得材料的性能。因此将传统氧化物材料尺寸进行纳米化来提高阀金属氧化物性能已成趋势，受到了学术界的广泛关注，成为研究的热点之一。关于纳米多孔阳极氧化物的制备工艺和应用研究至今仍层出不穷，目前科研工作者已能通过各种不同的方法制备出多孔阳极氧化铝（Porous anodic alumina，PAA）和多孔阳极氧化钛纳米管（Porous anodic TiO2 nanotubes，PATNTs）。阳极氧化法因其方法简便，制出的纳米管自组织有序，尺寸可控等优点而被人们广泛研究和推广。而相比于制备工艺，在阳极氧化机理方面的研究极具复杂性而几乎停滞不前。近几年虽有不少创新观点被提出，但仍缺乏一种模型能较全面的解释阳极氧化过程和作用机制。金属的阳极氧化发展到现阶段，虽已取得广泛应用，但是也存在着一些无法突破的瓶颈。因此，需要换个角度对PATNTs 进行探索。本文拟采用阳极氧化法，在聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）和乙二醇（Ethylene glycol，EG）溶液中，采用恒压和恒流法，制备自组织有序的多孔阳极金属氧化物，再试图通过改变工艺参数，探究不同条件下在含有PEG的 EG电解液中，金属钛和铝的氧化过程及生长机理，并进行对比。
1.2 多孔阳极氧化物纳米材料的概述纳米材料（Nano materials）是纳米技术的核心部分。一般认为其包含两个特征：一是材料的空间特征尺寸处于纳米数量级（1-100nm）之间，二是与常规尺寸的材料相比，该材料表现出一些独特的物理化学特性，如有较大的活性比表面积，较多的表面原子数裸露，及其表面因原子配位不饱和性引起的大量悬键和不饱和键的存在。这些性质使得纳米材料具有区别于许多材质相同的宏观大块材料的特殊的热、磁、光和电等方面的性能，近年来，随着纳米技术的飞速发展，纳米材料已被广泛地应用于日常生活中的各个领域，如航空飞机、电子传感器和汽车等[1]。自从发现自组织有序的纳米多孔阳极铝和钛结构，阳极氧化法制备的金属多孔阳极氧化物，具有特殊纳米孔道结构，被认为是纳米科学技术中不可或缺的一部分，并且引起人们的广泛关注。越来越多的研究者开始致力于多孔型阳极氧化物纳米材料这一新的研究方向。其中 PAA不仅已作为纳米模板成功地用于制备各种纳米材料，也常作为防腐蚀剂或装饰涂料剂来改善铝自身力学性能方面的缺陷[2]；PATNTs 已成功在水解离[3]，氢生成[4]和污染物降解[5]等领域中作为一种高效的光催化材料被广泛利用。其他的一些 PATNTs 的潜在技术应用包括染料敏化太阳能电池[6]，气敏传感器[7]和生物相容性材料合成骨移植替代物[8]等。类似于PAA模板，PATNTs 近来也作为纳米模板，开始用于制造导电聚合物的纳米孔阵列和纳米线等。
1.3 多孔阳极氧化物的研究进展
1.3.1 PAA模板的制备方法概述经过科研工作者大量实验的探索，目前常用的制备 PAA纳米模板方法主要是以下三种：二次阳极氧化法、预先模压法和高场氧化法等。二次阳极氧化法最早是 1995年Masuda H 等[9]首次尝试在常规一次阳极氧化的基础上，将铝片置于一定脱模液中，除去已生成的具有一定厚度的不平整氧化膜，使铝基体表面留下排列较为有序规整的小凹坑，再在同样条件下进行二次氧化，结果发现经如此处理后，制备出来的 PAA模板比一次氧化后的更加有序和规整，而后被广泛采用。本文亦是采用该法。预先模压法是 Masuda H 等[10]参考“酸性场致溶解”模型中的观点，尝试采用事先研发出的 SiC 模具（表面带有排列规整有序的微型钉针），预先在铝片的表面压出有序的凹孔，然后采用传统的阳极氧化法进行氧化。经模压处理后的基体表面的规整性提高， “酸性场致溶解”在这些点同时发生并加剧，电场分布不均匀现象更加明显，结果从大量的扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy，SEM）表征中发现 PAA模板展现出很好的规整性。但是该法需要制备特定的复杂微型模具，技术强度大且复杂，成本投入大，因此研究者仍不断探索新的制备工艺。高场氧化法是One S 等[11]在研究高电流密度引发的模板击穿现象时，意外发现，采用高的电流密度有利于提高 PAA 模板的规整性。从此该法也成为了制备有序 PAA 纳米模板的一项新工艺。