锆基合金氧化物纳米管阵列的制备与性能研究

Highly ordered zirconia nanotube arrays with large specific area and obvious quantum effect show excellent properties in the fields of catalyst, biological activity, absorption-degradation and mechanics. However, their comprehensive properties are far from ideal and the modification study is necessary in order to improve their properties and promote their practical application..This project is to conduct modification study of zirconia nanotube arrays through doping via alloying treatment. Zirconium based alloys are to be prepared by smelting zirconium metal with doped additives, and then anodization is conducted to prepare zirconium based alloy oxide nanotube arrays. Through this method, the doped ions would go into zirconia lattice homogeneously so as to achieve nanotube arrays with stablized crystalline pattern and better properties. The main research contents include determination of the alloy composition, preparation techniques of the alloy oxide nanotube arrays, study of crystal phase structure and properties, the main factors that affect crystal structure and properties as well as their action mechanism.

采用阳极氧化法制备的氧化锆纳米管阵列结构高度取向有序，不仅比表面积大，而且其量子效应突出，在催化、生物活性、吸附降解和力学等方面均表现出优异性能，但其综合性能还不够理想，为了进一步完善、提高氧化锆纳米管阵列的性能，促进其在实际中的应用，需要对氧化锆纳米管阵列结构进行改性。.本项目采用合金化掺杂的方法对其进行改性研究，先将拟掺杂物质与金属锆熔炼均匀制备锆基合金，然后通过阳极氧化制备锆基合金氧化物纳米管阵列，从而实现离子均匀掺入氧化锆晶格，达到稳定晶型和提高性能的目的。本项目主要研究内容包括锆基合金成分的确定及锆基合金氧化物纳米管阵列的制备工艺、纳米管阵列的相结构及性能研究、影响纳米管阵列晶体结构和性能的主要因素及作用机制。

采用阳极氧化法制备的氧化锆纳米管阵列结构高度取向有序，不仅比表面积大，而且其量子效应突出，在吸附与催化、生物活性和力学等方面均表现出优异性能，但其综合性能还不够理想，为进一步完善、提高氧化锆纳米管阵列的性能，促进其在实际中的应用，对氧化锆纳米管阵列进行改性研究具有重要的科学意义和实用价值。.本项目采用电弧熔炼或粉末冶金的方法，将掺杂元素与金属锆混合均匀制备锆基合金，然后通过阳极氧化法制备锆基合金氧化物纳米管阵列，从而实现离子均匀掺入氧化锆晶格，达到稳定晶型和提高性能的目的。本项目主要研究内容包括锆基合金成分的确定、锆基合金氧化物纳米管阵列的制备工艺及形成机理、锆基合金氧化物纳米管阵列的晶相结构及其影响因素、锆基合金氧化物纳米管阵列性能特点及影响因素等。.研究表明，合金元素的掺杂对氧化物纳米管阵列的制备工艺、晶体结构特点及其稳定性均有显著影响，易溶解元素如Fe的掺杂使得纳米管阵列的壁厚和长度减小，低价离子如Fe、Eu、Sm等的掺杂会提高纳米管阵列的结晶温度，同时有利于四方相结构的形成。通常进行元素掺杂后获得的复合物晶化温度高于单一氧化物，与同样元素比例的粉体相比，合金氧化物纳米管阵列具有更低的晶化温度。.具有铁磁特性的元素如Fe的掺杂可以赋予氧化物纳米管阵列优异的铁磁性能，铁的含量对其磁性影响明显，磁化强度随铁含量的增加而提高，退火温度也会影响磁化强度，但是由于材料的晶相组成和晶化温度不同，其变化趋势不同；稀土元素如Eu，Sm，Tm的掺入可以赋予锆基合金氧化物纳米管阵列不同于粉体或薄膜材料的光致发光性能。这主要是由于纳米管定向生长，形貌均匀，易于产生协同耦合效应，而且其具有更高的比表面积和更多的表面缺陷。该课题的研究进一步丰富了材料形貌、结构和性能之间联系规律，同时锆基合金氧化物纳米管阵列所具有的磁性和荧光性能揭示了其在磁共振（MRI）或荧光成像探针及磁性催化载体等领域的应用前景。