3.4　結(jié)果與討論

3.4.1　兩端開口的TiO2納米管陣列薄膜的形貌

圖3-1所示為升壓法制得的無襯底的TiO2納米管陣列薄膜。薄膜平整、無裂紋出現(xiàn)，呈現(xiàn)出淺黃色。

圖3-2為升壓法制得的TiO2納米管陣列薄膜的底部的FE-SEM圖像。與第2章里所看到的完全封閉的底部不同，這里的TiO2納米管的底部全部是敞開的。整個底部表面高度均一，形狀規(guī)則，無缺陷。從圖3-2中可以看出，底部的納米孔呈現(xiàn)出被截去頂端的圓錐體形狀。

升壓法能夠打開封閉的TiO2納米管底端其原因為：在強電場作用下電解液中的離子聚集加強了局部的腐蝕導(dǎo)致底端的TiO2溶解。一般地，對于離子擴(kuò)散運動而言，沿著運動方向出口的尺寸大于入口尺寸更有利于其運動。如果是陰離子F-離子的作用導(dǎo)致開口，則TiO2納米管的管口就是入口，底部TiO2阻擋層與Ti片之間的界面就是出口；如果是陽離子的作用導(dǎo)致開口，則入口與出口和前述的正好相反。由圖3-2可以看出，從納米管的底端看上去，形狀是一個削去頂部的圓錐體，這就表明是陰離子F-離子的作用導(dǎo)致開口的，如圖3-3（a）所示。否則，如圖3-3（b）所示，底端開口的納米管的形狀應(yīng)該是一個倒置的被削去頂部的圓錐體。當(dāng)電壓升高到120V時，在電場力的作用下，電解液中的大量的F-離子沿著電力線的方向運動到TiO2納米管的底部，由于一開始底部是封閉的，F(xiàn)-離子不斷聚集并加強了化學(xué)腐蝕，隨著時間的延長，底部致密的TiO2不斷溶解直至開口。當(dāng)TiO2納米管陣列薄膜自動從Ti片上剝離下來后，就形成了一個被削去頂部的圓錐體的形狀。

圖3-4是TiO2納米管陣列薄膜從Ti片上剝離后殘留在Ti片基體上的TiO2納米管陣列薄膜的表面FE-SEM圖像。從圖中可以看出，這些TiO2納米管的直徑約為100nm，與底部開口的納米管管底直徑相匹配。這些殘留的TiO2納米管陣列薄膜是在120V高壓制備底部開口的TiO2納米管陣列薄膜后期生長的，可以將其當(dāng)作是兩步陽極氧化法制備TiO2納米管陣列薄膜的第一步，然后經(jīng)過700℃的熱處理，進(jìn)行第二步陽極氧化，電壓為60V，時間為10h，再利用120V的高壓打開封閉的底部，如此循環(huán)就可以重復(fù)利用Ti片制備TiO2納米管陣列薄膜，從商業(yè)化的角度來講，這是一種很好的節(jié)約成本的工藝。因此，升壓法制備兩端開口的TiO2納米管陣列薄膜具有很好的應(yīng)用前景。

3.4.2　XRD分析

升壓法制備的兩端開口無襯底TiO2納米管陣列薄膜是非晶的，當(dāng)其經(jīng)過450℃的熱處理后的XRD圖譜如圖3-5所示。從圖中可以看出，所有的峰都與銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2相匹配，并沒有金紅石結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，這就說明兩端開口的TiO2納米管陣列薄膜在450℃熱處理后完全轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦結(jié)構(gòu)。