陽極氧化ZrO2納米管的制備及其生長機制研究.pdf

1、作為一種重要的功能結構材料，二氧化鋯(ZrO2)納米管因具有許多優異的物理、化學性質，在陶瓷及耐火材料、傳感器、氣敏元件、固體燃料電池、熱障涂層固體電解質、催化劑及催化劑載體等多個領域具有廣闊的應用前景。
　　本文考察了基體鋯的表面狀態(經電拋光、化學拋光不同預處理)對陽極氧化制備ZrO2納米管的影響。結果表明：在經電拋光或化學拋光處理的基體鋯上均可制備得到納米管陣列，且經化學拋光處理的基體鋯上制備的ZrO2納米管生長更快速、形貌

2、更規則。0.5h陽極氧化可得到管徑約115nm、長約7.1μm的ZrO2納米管，而在電拋光基體上僅可得到管徑約38nm、長約4.9μm的ZrO2納米管。XRD結果表明經兩種方式處理的基體鋯上制備的ZrO2納米管陣列膜均為四方晶相，但在400℃退火處理后，經化學拋光處理的基體鋯上生長的ZrO2晶型轉化為四方晶相和單斜晶相的混合相，而經電拋光處理后的未發生改變。
　　采用電化學陽極氧化法在鋯箔表面制備了ZrO2納米管陣列膜，考察了無機

3、電解液1M(NH4)2SO4+0.15MNH4F和有機電解液100ml乙二醇+2ml17.5wt％NH4F對ZrO2納米管形成、形貌和結構的影響。結果表明：無機電解液中ZrO2納米管的生長速度更快，氧化0.5h生成的納米管管徑約80nm、長約9.1μm；有機電解液中得到的納米管管徑約45nm、長約5.3μm；在兩種電解液中得到的ZrO2納米管均為四方晶相，經400℃退火處理后均轉化為四方晶相和單斜晶相的混合相。
　　在電解液100

4、ml乙二醇+2ml17.5wt%NH4F中，通過采用兩步陽極氧化法在鋯箔上快速制備了管徑約32.8nm、長約2.3μm的高度有序的ZrO2納米管。研究表明一次陽極氧化膜剝離后留在基體鋯上的六角形印跡對于二次陽極氧化快速生成有序排列的ZrO2納米管具有關鍵作用。
　　采用原位橢圓偏振光譜法研究了電解液1M(NH4)2SO4+0.15MNH4F中、20V電壓下陽極氧化鋯納米管的初期生長機制。結合FE-SEM表征結果，采用有效介質模型，

5、對原位橢圓偏振光譜數據進行了解析。解析結果表明，陽極氧化進行約43s時，進入了納米管多孔層穩定生長階段，阻擋層、界面層厚度及多孔層孔隙率幾乎不變，分別為50nm、65nm和55%，只有多孔層厚度隨時間線性增長，生長速度約為25.6nm/s。
　　采用原位橢圓偏振光譜法考察了電壓、溫度和電解液中F-濃度三個因素對陽極氧化ZrO2納米管初期生長機制的影響。結果表明：升高電壓、升高溫度和增大電解液中F-濃度均可加快陽極氧化的反應速率；在