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TiO_2纳米管阵列膜的制备及结构研究
摘要
本文研讨了TiO_2纳米管阵列膜的制备方法及其结构特性。首先，介绍了纳米管阵列膜的应用及现有制备方法的优缺点；接着，详细阐述了本研究采用的一种溶胶-凝胶法制备TiO_2纳米管阵列膜的步骤和工艺条件，并探讨了制备过程中的关键技术及其影响因素；最后，运用TEM、XRD等技术手段对制备的TiO_2纳米管阵列膜的结构特性进行了分析和表征，发现该膜具有纳米管均一性好、晶体结构单一且高度有序等特点。
关键词：TiO_2纳米管阵列膜，溶胶-凝胶法，结构特性，TEM，XRD。
1.引言
纳米管阵列膜因其在染料敏化太阳能电池和光催化等领域的广泛应用而备受瞩目。目前，制备纳米管阵列膜的方法主要包括蒸发法、静电纺丝法、电化学沉积法、溶剂热法和溶胶-凝胶法等。其中，溶胶-凝胶法成为制备纳米管阵列膜的一种重要方法，由于该方法制备的膜具有均匀性好、可控性强及结构有序等优点，因此在应用领域中具有广阔的前景。
本文主要是研究采用溶胶-凝胶法制备TiO_2纳米管阵列膜的过程与结构特性，并通过TEM、XRD等技术手段对制备的膜进行分析和表征，为该方法的应用提供一定的理论和实验基础。
2.实验步骤
2.1溶液制备：按路易士酸的配比，将钛酸异丁酯、异丁醛、异丙醇和双氧水加入乙酸和去离子水的混合溶液中，并加入一定比例的PO_4^3-掺杂物制备溶液。
2.2膜基底制备：将玻璃基板进行超声器清洗，然后分别在乙醇和氯化铂的混合溶液及四氯化钛溶液中进行浸涂，并分别进行干燥和烧结处理，制备出适用于溶胶-凝胶法的膜基底。
2.3溶胶-凝胶法处理：将制备好的溶液均匀涂覆在膜基底上，然后将其置于洁净烘箱中进行预凝胶。接着，将预凝胶的基底放入升温炉中进行高温处理，并逐渐升温至800℃，保持5小时即可。
3.结果与分析
经过TEM、XRD等手段的分析和表征，我们发现制备的TiO_2纳米管阵列膜具有以下特点：
首先，纳米管的均匀性好。从TEM图中可以看出，纳米管直径均匀，排列有序，无明显缺陷和堆积现象。
其次，膜的晶体结构单一，为锐钛矿型。从XRD图谱中可以清楚地观察到高度纯净的锐钛矿型晶体衍射峰。
最后，膜的晶体结构有序。从TEM图中可以看到，纳米管有着各自的排列方向，形成了有序的纳米管阵列结构，具有很好的方向性。
4.结论
本文采用溶胶-凝胶法成功制备出高品质的TiO_2纳米管阵列膜，并通过TEM和XRD技术手段对其进行了详细的分析和表征。制备的膜具有纳米管均匀性好、晶体结构单一且高度有序等特点，对其在染料敏化太阳能电池和光催化等领域中的应用具有重要的理论和实验意义。