中國粉體網(wǎng)訊  納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦（TiO₂）因其在光學(xué)、生物學(xué)、電學(xué)等方面的獨(dú)特性質(zhì)而成為目前研究的熱點(diǎn)之一，并被廣泛應(yīng)用于光催化、光電池、傳感器、涂料等方面。

我們平日講到納米二氧化鈦，大多默認(rèn)為是產(chǎn)品外觀為白色疏松粉末的納米二氧化鈦粒子，但實(shí)際上二氧化鈦納米化后，有多種不同的結(jié)構(gòu)，例如二氧化鈦納米線、納米管等等。它們有一些相同性質(zhì)，同時(shí)又在不同領(lǐng)域各有突出，從而應(yīng)用在不同的使用場景。下面就詳細(xì)介紹4種納米二氧化鈦材料。

納米二氧化鈦粒子

納米二氧化鈦粒子默認(rèn)稱為納米二氧化鈦。納米二氧化鈦主要有兩種結(jié)晶形態(tài)：銳鈦型（Anatase）和金紅石（Rutile）。

分類

一.  按照晶型可分為:金紅石型納米鈦白粉和銳鈦型納米鈦白粉。

二.按照其表面特性可分為：親水性納米鈦白粉和親油性納米鈦白粉。

三.按照外觀來分：有粉體和液體之分，粉體一般都是白色，液體有白色和半透明狀。

功能

納米TiO₂具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、超親水性、非遷移性，所以被廣泛應(yīng)用于抗紫外材料、紡織、光催化觸媒、自潔玻璃、防曬霜、涂料、油墨、食品包裝材料、造紙工業(yè)、航天工業(yè)中、鋰電池中。

制備方法

目前，制備納米TiO₂的方法很多，基本上可歸納為物理法和化學(xué)法。物理法又稱為機(jī)械粉碎法，對(duì)粉碎設(shè)備要求很高；化學(xué)法又可分為氣相法（CVD）、液相法和固相法。

納米二氧化鈦薄膜

納米TiO₂作為一種低成本的半導(dǎo)體薄膜材料，具有其本體塊狀物所不具備的表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，使其在保持原有的物理化學(xué)性質(zhì)的同時(shí)，還具有獨(dú)特的力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等性能。

制備方法

薄膜的性能與研究依賴于薄膜的制備，高質(zhì)量的薄膜有利于薄膜物理的研究和器件應(yīng)用的發(fā)展。由于納米TiO₂的廣泛應(yīng)用，其制備技術(shù)的研究也較為廣泛。常用的有化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法、反應(yīng)濺射法和脈沖激光法等，其中溶膠-凝膠法和濺射法是目前研究得最多的納米TiO₂薄膜制備方法。

二氧化鈦薄膜應(yīng)用

1.太陽能電池

近幾年，納米TiO₂作為一種新型的太陽能無機(jī)半導(dǎo)體材料，倍受廣泛的研究。TiO₂薄膜太陽能電池是一種高效、成本低、無污染，而且具有優(yōu)越的光電效率、介電效應(yīng)、大的比表面積和量子尺寸效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.環(huán)境保護(hù)

隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，人們的環(huán)保意識(shí)也隨之增強(qiáng)。納米二氧化鈦材料由于它的親水特性和光催化殺菌特性，現(xiàn)已應(yīng)用于凈化大氣、凈化水質(zhì)、抗菌殺菌和防污自潔等許多方面。

3.表面工程

納米TiO₂在表面工程中的應(yīng)用主要是通過在基體材料表面上涂覆、鍍覆或摻雜納米TiO₂，以達(dá)到對(duì)基體材料起防護(hù)、強(qiáng)化、修復(fù)和裝飾等作用。

4.生物醫(yī)學(xué)

在生物醫(yī)學(xué)方面，納米TiO₂的理化性質(zhì)和生物相容性已受到人們的高度重視。例如可以將TiO₂薄膜覆蓋在人工材料上，用于制備人工心臟瓣膜、人工膝關(guān)節(jié)，也可用于整形手術(shù)和牙科手術(shù)中等。

二氧化鈦納米線

納米線是一種具有橫向?yàn)榧{米級(jí)尺寸，而在縱向沒有限制的一維結(jié)構(gòu)。一維結(jié)構(gòu)的納米線因?yàn)榫哂休^高的電荷載流子傳輸效率和離子分散能力，使其具有較強(qiáng)的電荷收集效率，可使光生載流子在納米線中沿著一維的長軸方向傳遞，從而減少了光電子的損失。

另外，相對(duì)于納米二氧化鈦顆粒和二氧化鈦薄膜而言，二氧化鈦納米線具有更大的比表面積和更高的表面能，因而表現(xiàn)出更好的光催化性能。

制備方法

二氧化鈦納米線制備方法有很多，大體歸納為三類：模板導(dǎo)向法、自組裝法和蝕刻技術(shù)。

其中，模板導(dǎo)向法已經(jīng)比較成熟，主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

自組裝法是利用物質(zhì)特有的晶體結(jié)構(gòu)，或者分子、離子之間的某些作用力較強(qiáng)的化學(xué)鍵的相互作用，使得材料在一維方向上生長。自組裝的規(guī)律并不好掌握，受到溫度、pH值、溶劑濃度等不同因素的影響。

蝕刻技術(shù)制備納米線是通過光刻、等離子蝕刻對(duì)材料表面進(jìn)行物理或化學(xué)處理，去除部分材料后使其形狀變?yōu)榧{米線的方法，主要代表方法為陽極氧化技術(shù)。

二氧化鈦納米管

按照維數(shù)劃分，二氧化鈦納米管屬于一維納米材料，既具有納米材料普遍具有的量子尺寸效應(yīng)，還具有獨(dú)特的機(jī)械性、熱穩(wěn)定性和光學(xué)性質(zhì)，因此其具有特殊的研究意義。

TiO₂納米管相對(duì)于納米棒、納米線等其他一維納米結(jié)構(gòu)而言，具有更大的比表面積，即可以提供更多的活性中心，使得TiO₂納米管在光催化、光電池等方面具有更優(yōu)良的性能。

制備方法

目前TiO₂納米管的制備方法主要有模板合成法、陽極氧化法和水熱合成法3種。

1.    模板合成法

模板合成法是把TiO₂納米結(jié)構(gòu)基元組裝到模板孔洞中而形成納米管的方法，根據(jù)模板劑的性質(zhì)可以分為硬模板法和軟模板法。

2.    陽極氧化法

陽極氧化法是鈦片在氫氟酸（HF）溶液中，經(jīng)陽極腐蝕而獲得TiO₂納米管的方法。這種方法可以制得排列整齊的納米管陣列。

3.    水熱合成法

它是以TiO₂納米粒子為鈦源，在高溫下與過量的濃堿溶液進(jìn)行一系列的化學(xué)反應(yīng)，再經(jīng)過離子交換、焙燒后，得到TiO₂納米管的方法。

（中國粉體網(wǎng)編輯/漫道）

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參考來源

羅志華等.納米TiO₂薄膜的研究

王俏等.二氧化鈦納米管的制備、改性及應(yīng)用

高巖.二氧化鈦納米線光催化作用的研究進(jìn)展

劉旭.單分散性二氧化鈦納米粒子的制備、組裝及性質(zhì)研究

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