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)等方面的獨特性質(zhì)而成為目前研究的熱點之一,，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,。物理法又稱為機械粉碎法，對粉碎設(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,，使其在保持原有的物理化學(xué)性質(zhì)的同時,，還具有獨特的力學(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。

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)保意識也隨之增強,。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)到對基體材料起防護(hù)、強化,、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為納米級尺寸，而在縱向沒有限制的一維結(jié)構(gòu),。一維結(jié)構(gòu)的納米線因為具有較高的電荷載流子傳輸效率和離子分散能力,，使其具有較強的電荷收集效率，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)，還具有獨特的機械性,、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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