TiO2 nanotubalarining ikki devorli tabiati va kolba ichidagi tuzilmalarning shakllanishi turli xil naycha morfologiyalarining tavsifi
ANTRACT
Ushbu ishda biz anodizatsiyaning o'ziga xos parametrlarini birlashtirib, turli xil nanotube morfologiyalariga (ya'ni, nafaqat bitta va ikki devorli quvurlar, balki kolba ichidagi konfiguratsiya) qanday erishish mumkinligini ko'rsatamiz. Biz o'sib chiqqan naycha qatlamlarini morfologiyasi, kimyoviy tarkibi va xususiyatlari bo'yicha tavsiflaymiz. O'stirilgan naychalar ikki devorli morfologiyani namoyon qiladi, ya'ni ular ichki va tashqi qobiqdan iborat. Past sifatli ichki qobiqni optimallashtirilgan kimyoviy ishlov berish orqali olib tashlash mumkin, bu esa yuqori sifatli oksidli va bir devorli tabiatga ega bo'lgan nanotubalarga olib keladi. Past elektrolitlar haroratida o'stirilgan ikki devorli quvurlar qalin ichki qobiqni ta'minlaydi, bu etarli tavlanishdan so'ng noyob trubka morfologiyasini hosil qilishi mumkin.
Kalit so'zlar: Ikki devorli nanotubalar, bitta devorli nanotubalar, kolba ichidagi konfiguratsiya, Termo-gravimetrik tahlil, Differensial skanerlash kalorimetri
1.Kirish
Bir o'lchovli (1D) nanostrukturalar, xususan, nanotubalar (NTs) ko'rinishida, aniq va aniq geometriya bilan optik, elektr va kimyoviy xususiyatlarning ajoyib kombinatsiyasini ta'minlaydi va shuning uchun energiya kabi sohalarda qo'llash uchun ideal massivlarni ifodalaydi. konvertatsiya va saqlash va tibbiyot [13]. 1D TiO2 nanotubalarini sintez qilishning bir qancha usullari, masalan, gidrotermal, sol-gel yoki shablon yordamidagi yondashuvlar [46]. Eng keng tarqalgan va tushunarlisi o'z-o'zini tashkil etuvchi elektrokimyoviy anodizatsiya (SOA) [3,7,8]. An'anaga ko'ra, anodizatsiya oddiy ikki elektrodli konfiguratsiyada amalga oshiriladi, bu erda mos keladigan kuchlanish ostida qiziqish metalli (M, anod) oksidlanadi (M Mz + + ze) va mos keladigan (asosan ixcham) metall oksidiga aylantiriladi. elektrolitdagi H2O dan olingan O2 ionlari bilan reaksiya [3]. Optimallashtirilgan eksperimental parametrlar to'plami uchun (masalan, elektrolitlar tarkibi va pH, harorat, qo'llaniladigan kuchlanish, vaqt va boshqalar) o'z-o'zini tashkil qilish shartlarini o'rnatish va bir o'lchovli TiO2 NTlarni yuqori darajada tekislangan, o'lchami nazorat qilinadigan va orqaga qarab o'stirilishi mumkin. aloqada bo'lgan (ya'ni, metall substratga bog'langan) nanostruktura massivlari. Ushbu massivlar keng ko'lamli funktsiyalar va xususiyatlarni ta'minlaydi, masalan. quyosh batareyalarida [9,10], shuningdek, fotoelektrokimyoviy [11], energiya saqlash [12] va biokimyoviy qurilmalarda [13] foydalanish uchun. Nano gözenekli/nanotubulyar oksidli massivlarni shakllantirishning kaliti elektrolitda F ionlarining mavjudligi, optimallashtirilgan sharoitlarda oksid hosil bo'lishi va o'z-o'zini tashkil qilish uchun zarur bo'lgan erish o'rtasidagi barqaror holatdagi muvozanatni o'rnatadi [14,15]. Anodizatsiya yo'li bilan o'z-o'zidan buyurtma qilingan anodik TiO2 nanostrukturalarining birinchi namoyishidan beri [16] anodik TiO2 naychalarining strukturaviy dizayni va xususiyatlari bo'yicha ulkan tadqiqotlar olib borildi.
Anodik TiO2 NTlarning birinchi avlodi kislotali-suvli eritmalarda yetishtirildi [1618]. Ushbu quvurlar uchun faqat cheklangan maksimal uzunlikka (ortiqcha suv bilan ta'minlangan) va past o'z-o'zidan buyurtma darajasiga (to'lqinli devorli quvurlar odatda xabar qilingan) erishish mumkin edi. Organik elektrolitlarning kiritilishi silliq, 2 nanotuba [19] o'sishida asosiy tosh hisoblanadi. Organik elektrolitlar orasida eng klassiklari glitserin bo'lib, hozirgi vaqtda ammoniy ftorid (NH4F) va kam miqdorda suv (~ 15 vol) bo'lgan etilen glikol (EG) aralashmalari keng qo'llaniladi. O'sish mexanizmi tufayli bu elektrolitlarda o'stirilgan naychalar odatda ikki devorli (DW) tuzilishga ega bo'lib, anodik o'sish jarayonida elektrolitlardan uglerod turlariga boy ichki (qobiq) devorga ega, tashqi qobig'i deyarli toza TiO2 mavjud [2022]. Tarkibi [22] tufayli ichki qobiq TiO2 NT ilovalari uchun juda zararli hisoblanadi, masalan. Quyosh xujayralari va fotoelektrokimyoviy qurilmalarda foto-anod sifatida, boshqalar qatori uglerod elektronlarning harakatchanligini sekinlashtiradi. Eng so'nggi topilmalar shuni ko'rsatadiki, oddiy kimyoviy ishlov berish past haroratli tavlanish bilan birgalikda DW NTning ichki qismini tanlab olishi mumkin, bu esa orqada bitta devorli (SW) nanostrukturani qoldiradi; Natijada, SW quvurlari odatda kattaroq ichki diametrga, silliqroq va yaxshi belgilangan devor yuzasiga va eng muhimi, dastlabki DW quvurlariga nisbatan yaxshilangan elektron xususiyatlarga ega [22]. TiO2 nanotubalarini ishlab chiqarishda eng ajoyib qadam an'anaviy EG asosidagi elektrolitga zaif organik kislotalarni (masalan, sut kislotasi (LA), glikolik kislota, limon kislotasi va EDTA) kiritish orqali erishildi. O'sib borayotgan oksidda dielektrik parchalanish hodisalarining paydo bo'lishini oldini olish orqali ushbu qo'shimchalar sezilarli darajada yuqori kuchlanishda anodlash imkonini beradi va natijada o'ta tez o'sishni ta'minlaydi, bu esa keskin (ijobiy) ta'sir qiladi.
Xususan, ikki devorli morfologiyani saqlab qolgan holda, EG/LA-TiO2 NT klassik EG-naychalariga nisbatan kattaroq diametrga, yuqori mexanik qarshilikka va mustahkamlangan mustahkamlikka ega. Bu xususiyatlarning barchasi bir nechta ilovalarda bunday nanotubalarning ishlashini yaxshilashga yordam beradi [22 25]. EG/LA asosidagi elektrolitlarda ishlab chiqarilgan DW-TiO2 NTlarning keng qo'llanilishiga qaramay, ularning strukturaviy va kimyoviy xossalari, shuningdek, SW quvurlaridan farqlari juda kam o'rganilgan. Bundan tashqari, turli xil anodizatsiya sharoitlarining, shuningdek, o'sishdan keyingi o'ziga xos muolajalar bilan birgalikda bunday naychalarning morfologiyasiga ta'siri bo'yicha hech qanday tadqiqot hozircha xabar qilinmagan. Shunday qilib, ushbu ish doirasida biz anodlash haroratining EG/LA asosidagi TiO2 nanotubalarining o'sishiga ta'sirini o'rganamiz va bunday naychalarning tarkibi, tuzilishi va xususiyatlaridagi farqlarni tavsiflaymiz. Xususan, biz EG / LA elektrolitida past anodizatsiya haroratidan foydalangan holda o'stirilgan quvurlar uchun NT devorlarining sezilarli qalinlashishi kuzatiladi; Bu keyinchalik tavlanish bilan davolash jarayonida rivojlanadigan ajoyib tube-in-T (T-in-T) morfologiyasini hosil qilish uchun oldingi holatni ifodalaydi.
|
