TiO2纳米管的制备及其物性研究

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近年来,多孔阳极氧化钛纳米管成为光催化材料和太阳能电池的研究热点。采用阳极氧化法制备TiO2纳米管,外貌尺寸可控且比表面积大,与其他方法制备TiO2纳米管相比操作更加简易且制备出的纳米管性能更加优异。探究精确调控制备TiO2纳米管外观形貌的条件对于其利用具有非常大的价值。虽然关于TiO2纳米管的制备已经引起了许多人的关注,制备条件也已经比较成熟,但是关于TiO2纳米管的磁性,以及其磁性的来源大家还是重说纷纭,对于其电性的研究也比较少见。本文以TiO2纳米管为研究对象,通过阳极氧化法制备样品,并分别利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、物理性能测试仪(PPMS)以及电流—电压测试仪(I-V)对样品的外貌结构,磁学性质以及电学性质进行详细分析研究。其结果显示如下:(1)采用二次阳极氧化法,在室温下使用NH4F乙二醇溶液,制备了高度有序的TiO2纳米管。本文讨论了氧化时间,氧化电压,电解液中水分含量,电解液的使用程度以及阴阳极之间的距离对TiO2纳米管外表形貌的影响。实验结果表明这些因素都是相互制约的,其中最主要的三个因素是氧化时间,阴阳极之间的距离以及电解电压。在本文的条件下,在60V的电压下,能够得到的最长纳米管长度约为23微米。虽然制备受到很多条件的限制,但是随之而来的是微观结构的高度可控性,以后的应用前景也会随之比较广阔。(2)使用PPMS表征了TiO2纳米管的磁性,在制备TiO2纳米管的基础上制备了Ag/TiO2/Ti电阻开关器件。实验结果表明在室温下TiO2纳米管具有较弱的铁磁性。Ag/TiO2/Ti器件实现了双极电阻开关的功能。研究了器件的阻态与其中TiO2纳米管磁性的关系,实现了电场诱导铁磁性。分析认为TiO2纳米管的室温铁磁性以及双极电阻开关特性来源于纳米管内壁与外壁上存在的氧空位,对TiO2纳米管进行不同方向的磁性测量以及真空退火处理后磁性的测量结果支持了这一分析。实验表明垂直于膜面的磁化强度比平行于膜面的磁化强度大许多,并且真空退火之后样品的磁化强度会增加,真空退火时间越久磁化强度越强。在Ag/TiO2/Ti器件处于不同的阻态时,氧空位也会随之发生改变,从而TiO2纳米管的磁性也会发生相应的变化,用这种方法就可以实现电场对二氧化钛纳米管铁磁性的调控。拓宽了二氧化钛纳米管在自旋电子学以及多功能存储领域的应用。
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