3.4　结果与讨论

3.4.1　两端开口的TiO2纳米管阵列薄膜的形貌

图3-1所示为升压法制得的无衬底的TiO2纳米管阵列薄膜。薄膜平整、无裂纹出现，呈现出浅黄色。

图3-2为升压法制得的TiO2纳米管阵列薄膜的底部的FE-SEM图像。与第2章里所看到的完全封闭的底部不同，这里的TiO2纳米管的底部全部是敞开的。整个底部表面高度均一，形状规则，无缺陷。从图3-2中可以看出，底部的纳米孔呈现出被截去顶端的圆锥体形状。

升压法能够打开封闭的TiO2纳米管底端其原因为：在强电场作用下电解液中的离子聚集加强了局部的腐蚀导致底端的TiO2溶解。一般地，对于离子扩散运动而言，沿着运动方向出口的尺寸大于入口尺寸更有利于其运动。如果是阴离子F-离子的作用导致开口，则TiO2纳米管的管口就是入口，底部TiO2阻挡层与Ti片之间的界面就是出口；如果是阳离子的作用导致开口，则入口与出口和前述的正好相反。由图3-2可以看出，从纳米管的底端看上去，形状是一个削去顶部的圆锥体，这就表明是阴离子F-离子的作用导致开口的，如图3-3（a）所示。否则，如图3-3（b）所示，底端开口的纳米管的形状应该是一个倒置的被削去顶部的圆锥体。当电压升高到120V时，在电场力的作用下，电解液中的大量的F-离子沿着电力线的方向运动到TiO2纳米管的底部，由于一开始底部是封闭的，F-离子不断聚集并加强了化学腐蚀，随着时间的延长，底部致密的TiO2不断溶解直至开口。当TiO2纳米管阵列薄膜自动从Ti片上剥离下来后，就形成了一个被削去顶部的圆锥体的形状。

图3-4是TiO2纳米管阵列薄膜从Ti片上剥离后残留在Ti片基体上的TiO2纳米管阵列薄膜的表面FE-SEM图像。从图中可以看出，这些TiO2纳米管的直径约为100nm，与底部开口的纳米管管底直径相匹配。这些残留的TiO2纳米管阵列薄膜是在120V高压制备底部开口的TiO2纳米管阵列薄膜后期生长的，可以将其当作是两步阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列薄膜的第一步，然后经过700℃的热处理，进行第二步阳极氧化，电压为60V，时间为10h，再利用120V的高压打开封闭的底部，如此循环就可以重复利用Ti片制备TiO2纳米管阵列薄膜，从商业化的角度来讲，这是一种很好的节约成本的工艺。因此，升压法制备两端开口的TiO2纳米管阵列薄膜具有很好的应用前景。

3.4.2　XRD分析

升压法制备的两端开口无衬底TiO2纳米管阵列薄膜是非晶的，当其经过450℃的热处理后的XRD图谱如图3-5所示。从图中可以看出，所有的峰都与锐钛矿结构的TiO2相匹配，并没有金红石结构出现，这就说明两端开口的TiO2纳米管阵列薄膜在450℃热处理后完全转变为锐钛矿结构。