阳极氧化物纳米孔道和TiO2纳米管形成机理的研究进展

自组织有序的TiO2纳米管和多孔型阳极氧化膜(PAO)因其潜在的应用价值而倍受关注.阀金属的阳极氧化研究了80多年,但是六棱柱元胞结构和多孔纳米管的形成机理至今尚不清楚.本文不是简单地综述PAO的形成机理,而是从更宽的视角综述了致密型阳极氧化膜与PAO的本质联系和形貌差异.对比两种膜的形貌差异和生长过程有助于孔洞形成本质的认识.简要综述了PAO的传统"场致助溶(FAD)"理论和局限性,重点综述了PAO形成机理的最新研究进展,包括粘性流动模型、阻挡层击穿模型、氧气气泡成孔模型、等电场强度模型等.在充分对比分析最新成果的基础上,对PAO机理研究的发展趋势进行了展望:采用超声氧化、真空或高压条件下氧化以及对电解液中添加碳酸钠或还原剂等方法,对揭示孔洞形成和自组织的本质将会有很大帮助;从电流和阳极氧化效率角度入手,是探究传统FAD理论的物理本质的有效途径.     

二次阳极氧化技术的理论依据及其局限性

二次阳极氧化技术在多孔阳极氧化铝和氧化钛纳米管的制备过程中得到广泛应用,但其理论依据还不清楚。本文详细综述了二次阳极氧化和预压印技术的由来及其理论依据,阐明了二次阳极氧化过程中传统“场致助溶”理论无法解释的实验事实,分析了二次阳极氧化和预压印技术在多孔阳极氧化铝制备中的局限性和前提条件,并用氧气气泡模型对文献中报道的一些特殊孔道的形成机制进行了诠释,揭示了气泡模具和氧化物的黏性流动对圆柱形、规则有序孔道的形成的重要影响,展望了电子电流和氧气气泡模具对多孔氧化铝、氧化钛纳米管的制备和结构调控的指导作用。本综述对阳极氧化钛纳米管的制备和机理的深入研究,促进其在光催化和太阳能电池领域的应用有重要的意义。