中國粉體網(wǎng)訊  納米結構的二氧化鈦（TiO₂）因其在光學、生物學、電學等方面的獨特性質而成為目前研究的熱點之一，并被廣泛應用于光催化、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，有多種不同的結構，例如二氧化鈦納米線、納米管等等。它們有一些相同性質，同時又在不同領域各有突出，從而應用在不同的使用場景。下面就詳細介紹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稱為納米二氧化鈦。納米二氧化鈦主要有兩種結晶形態(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具有很高的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、超親水性、非遷移性，所以被廣泛應用于抗紫外材料、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法。物理法又稱為機械粉碎法，對粉碎設備要求很高；化學法又可分為氣相法（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、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等優(yōu)點，使其在保持原有的物理化學性質的同時，還具有獨特的力學、電磁學、光學等性能。

制備方法

薄膜的性能與研究依賴于薄膜的制備，高質量的薄膜有利于薄膜物理的研究和器件應用的發(fā)展。由于納米TiO₂的廣泛應用，其制備技術的研究也較為廣泛。常用的有化學氣相沉積法、溶膠-凝膠法、反應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、大的比表面積和量子尺寸效應等優(yōu)點。

2.環(huán)境保護

隨著環(huán)境污染的日益嚴重，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)已應用于凈化大氣、凈化水質、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，以達到對基體材料起防護、強化、修復和裝飾等作用。

4.生物醫(yī)學

在生物醫(yī)學方面，納米TiO₂的理化性質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、人工膝關節(jié)，也可用于整形手術和牙科手術中等。

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構。一維結構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：模板導向法、自組裝法和蝕刻技術。

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

自組裝法是利用物質特有的晶體結構，或者分子、離子之間的某些作用力較強的化學鍵的相互作用，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。

蝕刻技術制備納米線是通過光刻、等離子蝕刻對材料表面進行物理或化學處理，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。

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，還具有獨特的機械性、熱穩(wěn)定性和光學性質，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構而言，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納米結構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行一系列的化學反應，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、改性及應用

高巖.二氧化鈦納米線光催化作用的研究進展

劉旭.單分散性二氧化鈦納米粒子的制備、組裝及性質研究

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