2.4　結(jié)果與討論

2.4.1　TiO2納米管的形貌

如圖2-3所示為第二步陽(yáng)極氧化后Ti片表面的TiO2的FE-SEM圖像。從圖2-3（a）中可以看出，TiO2納米管表面完全被一層納米線薄膜所覆蓋，管口也被完全堵?。粓D2-3（b）是TiO2納米管靠近管口處橫截面的FE-SEM圖像，可以看出在納米線薄膜下的確形成了納米管。這些坍塌的納米線薄膜破壞了TiO2納米管規(guī)則的形貌，會(huì)嚴(yán)重影響TiO2納米管的性能。

圖2-4是TiO2納米管表面納米線的形成機(jī)理示意圖。在陽(yáng)極氧化的過(guò)程中，TiO2納米管表面被化學(xué)腐蝕不斷溶解，當(dāng)表面管壁的化學(xué)腐蝕速度不一致時(shí)，某些區(qū)域的化學(xué)腐蝕較強(qiáng)，TiO2溶解更多，從而就會(huì)使TiO2納米管發(fā)生瓦解，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，瓦解程度加重就會(huì)形成納米線并發(fā)生坍塌，堵住TiO2納米管的管口。

為了避免發(fā)生納米線坍塌堵住TiO2納米管管口的現(xiàn)象，在第二步陽(yáng)極氧化實(shí)驗(yàn)前加入一步熱處理過(guò)程，即將樣品放入馬弗爐中700℃熱處理1 h。Ti片經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚頃?huì)在其表面形成一層致密的晶體氧化膜，這層氧化膜能夠起到保護(hù)下面陽(yáng)極氧化生成的TiO2納米管不被或者減少被化學(xué)腐蝕的作用。如圖2-5所示，可以看出TiO2納米管表面沒(méi)有出現(xiàn)任何納米線倒伏現(xiàn)象，納米管陣列頂端的排列十分規(guī)則，納米管的內(nèi)徑約為100nm。

圖2-6是從鈦片上剝落下來(lái)的TiO2納米管的底部和橫截面的FE-SEM圖像。從圖2-6（a）中可以看出，TiO2納米管的底部是封閉的且呈現(xiàn)六角形狀。從橫截面的FE-SEM圖像［圖2-6（b）］可以看出，TiO2納米管形狀規(guī)則、排列整齊，管的長(zhǎng)度約為20μm。

圖2-7是陽(yáng)極氧化15h和20h后得到的TiO2納米管的橫截面的FE-SEM圖像。顯然隨著陽(yáng)極氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，TiO2納米管的長(zhǎng)度也會(huì)增加。

2.4.2　XRD分析

兩步陽(yáng)極氧化后制備的TiO2納米管不經(jīng)過(guò)熱處理是非晶態(tài)的，在本文中，剝落下來(lái)的TiO2納米管薄膜已經(jīng)經(jīng)過(guò)一次熱處理，因此得到的是結(jié)晶的TiO2。如圖2-9所示，可以看出XRD圖譜上所有的峰與銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2（空間群，141/amd；JCPDS No.06-3711； a=b=0.37845nm，c=0.95143nm）完全吻合，說(shuō)明經(jīng)過(guò)450℃熱處理獲得了純的銳鈦礦TiO2。

2.4.3　透射電鏡（TEM）分析

為了進(jìn)一步觀察TiO2納米管的微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)樣品進(jìn)行了TEM分析，如圖2-9所示。圖2-9（a）是單根TiO2納米管的TEM圖像，圖2-9（b）是其選區(qū)衍射（SAD）圖譜。從選區(qū)衍射圖譜中可以看出，熱處理后的TiO2納米管是多晶的，且與銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2的晶面指數(shù)吻合。