CZ20995U1 - Titanium dioxide based nanotubes - Google Patents
Titanium dioxide based nanotubes Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20995U1 CZ20995U1 CZ201022658U CZ201022658U CZ20995U1 CZ 20995 U1 CZ20995 U1 CZ 20995U1 CZ 201022658 U CZ201022658 U CZ 201022658U CZ 201022658 U CZ201022658 U CZ 201022658U CZ 20995 U1 CZ20995 U1 CZ 20995U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- aspect ratio
- nanotubes
- titanium dioxide
- tio
- tint
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
Oblast technikyTechnical field
Technické řešení se týká nové krystalické modifikace oxidu titaničitého ve formě nanotrubek. Dosavadní stav technikyThe technical solution concerns a new crystalline modification of titanium oxide in the form of nanotubes. Background Art
Nanotrubky na bázi oxidu titaničitého (dále TiNT) byly poprvé připraveny v roce 1998 [Kasuga T, Hiramatsu M, Hoson A, Sekino T and Niihara K 1998 Langmuir 14 3160]. Jednalo se o hydrotermální syntézu, výchozí i konečný produkt vykazoval krystalickou strukturu anatasu. O několik let později následovala řada prací, které ukázaly, že TiNT lze připravit nejen z anatasové modifikace TíO2 [Seo D S, Lee J K and Kim H 2001J. Cryst. Growth. 229 428; Wang Y Q, Hu io G Q, Duan X F, Sun H L and Xue Q K 2002 Chem. Phys, Lett. 365 427; Wang W Z, Varghese O K, Paulose M, Grimes C A, Wang Q L and Dickey E C 2004 J. Mater. Res. 19 417], ale i z modifikace rutilové [Kasuga T, Hiramatsu M, Hoson A, Sekino T and Niihara K 1999 Adv. Mater, 11 1307; Thome A, Kruth A, Tunstall D, Irvine J T S and Zhou W Z 2005 J. Phys. Chem. B 109 5439; Lan Y, Gao X P, Zhu Η Y, Zheng Z F, Yan Τ Y, Wu F, Ringer S P and Song D Y 2005Titanium dioxide nanotubes (hereinafter TiNT) were first prepared in 1998 [Kasuga T, Hiramatsu M, Hoson A, Sekino T and Niihara K 1998 Langmuir 14 3160]. It was a hydrothermal synthesis, the starting and ending product exhibiting anatase crystalline structure. A few years later, a series of works followed that showed that TiNT can be prepared not only from the anatase modification TiO 2 [Seo DS, Lee JK and Kim H 2001J. Cryst. Growth. 229 428; Wang YQ, Hu io GQ, Duan XF, Sun HL and Xue QK 2002 Chem. Phys, Lett. 365 427; Wang WZ, Varghese OK, Paulose M, CA Grimes, Wang QL and Dickey EC 2004 J. Mater. Res. 19 417], but also from the modification of rutile [Kasuga T, Hiramatsu M, Hoson A, Sekino T and Niihara K 1999 Adv. Mater, 11,1307; Thome A, Kruth A, Tunstall D, Irvine JTS and Zhou WZ 2005 J. Phys. Chem. B 109 5439; Lan Y, Gao XP, Zhu Y, Zheng ZF, Yan Y, Wu F, Ringer SP and Song DY 2005
Adv. Funct. Mater. 15 13 10], amorfního TiO2 [Kolenko Y V, Kovnir K A, Gavrilov A I, Garshev A V, Frantti J, Lebedev O Ϊ, Churagulov B R, Van Tendeloo O G and Yoshimura M 2006 J. Phys. Chem. B 110 4030] a jejich směsí [Tsai C C and Teng H S 2006 Chem. Mater. 18 367; Tsai C C and Teng H S 2004 Chem. Mater. 16 4352]. Některé studie popisují, že nanotrubky se tvoří jen v silně alkalickém prostředí [Yang J J, Jin Z S, Wang X D, Li W, Zhang, J W,Adv. Funct. Mater. 15 13 10], amorphous TiO 2 [Kolenko YV, Kovnir KA, Gavrilov AI, Garshev A V, Frantti J, Lebedev O, Churagulov BR, Van Tendeloo OG and Yoshimura M 2006 J. Phys. Chem. B 110 4030] and mixtures thereof [Tsai CC and Teng HS 2006 Chem. Mater. 18 367; Tsai CC and Teng HS 2004 Chem. Mater. 16 4352]. Some studies suggest that nanotubes are formed only in a strongly alkaline environment [Yang JJ, Jin ZS, Wang XD, Li W, Zhang, JW,
Zhang S L, Guo X Y and Zhang Z J 2003 Dalton Trans, 3898; Chen Q, Zhou W Z, Du G H and Peng L M 2002 Adv. Mater. 14 1208], jiné zdůrazňují význam finální úpravy produktu pomocí HC1 [Kasuga T, Hiramatsu M, Hoson A, Sekino T and Niihara K 1999 Adv. Mater. 11 1307; Tsai C C and Teng H S 2004 Chem. Mater. 16 4352; Kasuga T 2006 Thin Solid Films 496 141]. Rada badatelů se věnovala krystalické struktuře TiNT. Některé studie prokázaly již zmíněnou anatasovou modifikaci TiO2 [Kasuga T, Hiramatsu M, Hoson A, Sekino T and Niihara K 1998 Langmuir 14 3160; Yao B D, Chán Y F, Zhang X Y, Zhang W F, Yang Z Y and Wang N 2003 Appl, Phys. Lett. 82 281 ;7 Seo D S, Lee J K and Kim H 2001 J. Cryst. Growth. 229 428], jiné navrhovaly méně obvyklé struktury jako H2Ti3O7 nebo Na2Ti3O7 [Chen Q, Zhou W Z, Du G H and Peng L M 2002 Adv, Mater. 14 1208; Yuan Z Y and Su B L 2004 Colloid Surface AZhang SL, Guo XY and Zhang ZJ 2003 Dalton Trans, 3898; Chen Q, Zhou WZ, Du GH and Peng LM 2002 Adv. Mater. 14 1208], others emphasize the importance of final product treatment with HCl [Kasuga T, Hiramatsu M, Hoson A, Sekino T and Niihara K 1999 Adv. Mater. 11 1307; Tsai CC and Teng HS 2004 Chem. Mater. 16 4352; Kasuga T 2006 Thin Solid Films 496,141]. The Board of Researchers has investigated the crystalline structure of TiNT. Some studies have shown the already mentioned TiO 2 anatase modification [Kasuga T, Hiramatsu M, Hoson A, Sekino T and Niihara K 1998 Langmuir 14 3160; Yao BD, Khan YF, Zhang XY, Zhang WF, Yang ZY and Wang N 2003 Appl, Phys. Lett. 82 281; 7 Seo DS, Lee JK and Kim H 2001 J. Cryst. Growth. 229 428], others suggested less common structures such as H 2 Ti 3 O 7 or Na 2 Ti 3 O 7 [Chen Q, Zhou WZ, Du GH and Peng LM 2002 Adv, Mater. 14 1208; Yuan ZY and Su BL 2004 Colloid Surface A
241 173] H2Ti2O5.H2O nebo Na2Ti2O5.H2O [Yang J J, Jin Z S, Wang X D, Li W, Zhang. J W,241 173] H 2 Ti 2 O 5 .H 2 O or Na 2 Ti 2 O 5 .H 2 O [Yang JJ, Jin ZS, Wang XD, Li W, Zhang. JW,
Zhang S L, Guo X Y and Zhang Z J 2003 Dalton Trans. 3898; Zhang M, Jin Z S, Zhang J W, Guo X Y, Yang H J, Li W, Wang X D and Zhang Z J 2004 J. Mol. Catal. A-Chem. 217 203], H2TÍ4O9.H2O [Nakahira A, Kato W, Tamai M, Isshiki T and Nishio K 2004 J. Mater. Sci. 39 4239] nebo lepidokritových titanátů [Kubota Y, Kuřata H and ísoda S 2006 Mol. Cryst. Liq.Zhang S L, Guo X Y and Zhang Z J Dalton Trans. 3898; Zhang M, Jin Z S, Zhang J W, Guo X Y, Yang H J, Li W, Wang X D and Zhang Z J 2004 J. Mol. Catal. A-Chem. 217 203], H2T4O9.H2O [Nakahira A, Kato W, Tamai M, Isshiki T and Nishio K 2004 J. Mater. Sci. 39 4239] or lepidocrit titanates [Kubota Y, Chickens H and Soda S 2006 Mol. Cryst. Liq.
Cryst. 445 107]. Nakonec se většina autorů shodla, že TiNT vykazují strukturu srolovaných vrstev titanátových oktaedrů [Wang W Z, Varghese O K, Paulose M, Grimes C A, Wang Q L and Dickey E C 2004 J. Mater. Res. 19 417; Lan Y, Gao X P, Zhu Η Y, Zheng Z F, Yan Τ Y, Wu F, Ringer S P and Song D Y 2005 Adv. Funct. Mater. 15 1310]. Na základě výsledků difrakěních měření uvedených v citovaných pramenech je možné konstatovat, že doposud popsané TiNT vykazují převážně známé krystalické modifikace odvozené od TiO2. Kromě toho dosud popsané TiNT často vykazují zbytky výchozího TiO2 z něhož byly připraveny (anatas, rutil ap.).Cryst. 445 107]. Finally, most authors agreed that TiNTs exhibited rolled titanate octahedral layers [Wang WZ, Varghese OK, Paulose M, CA Grimes, Wang QL and Dickey EC 2004 J. Mater. Res. 19 417; Lan Y, Gao XP, Zhu Y, Zheng ZF, Yan Y, Wu F, Ringer SP and Song DY 2005 Adv. Funct. Mater. 15 1310]. Based on the results of the diffraction measurements given in the cited sources, it can be stated that the TiNTs described so far have predominantly known crystalline modifications derived from TiO 2 . Furthermore, the TiNTs described so far often exhibit starting TiO 2 residues from which they have been prepared (anatase, rutile, etc.).
V posledních letech byly patentovány způsoby přípravy nanotrubek se strukturou čistého anatasu [Kasuga et al., japonská přihláška JP 8-259182, US 6,027,775 a US 6,537,517], nanotrubek se strukturou směsi anatasu a rutilu [CZ 297 774] a nanotrubek se strukturou perovskitu [Wong et al., US 7,147,834].In recent years, methods have been patented for the preparation of pure anatase structure nanotubes [Kasuga et al., Japanese application JP 8-259182, US 6,027,775 and US 6,537,517], nanotube with anatase-rutile mixture structure [CZ 297 774] and a perovskite nanotube [ Wong et al., US 7,147,834].
Původní japonská přihláška vynálezu JP 8-259182 a od ní odvozený US 6,027,775 se týká nanotrubek o průměru 5 až 80 nm o síle stěny 2 až 10 nm s krystalickou modifikací anatasu, které se vyznačují vysokou absorpcí světla v UV oblasti a jsou určeny jako fotoaktivní katalyzátory oxidačních reakcí. Postup přípravy těchto nanotrubek podle US 6,537,517 je založen na působeníThe original Japanese patent application JP 8-259182 and derived therefrom US 6,027,775 relates to nanotubes having a diameter of 5 to 80 nm with a wall thickness of 2 to 10 nm with crystalline anatase modification which are characterized by high UV absorption and are intended as photoactive catalysts oxidation reactions. The process for preparing these nanotubes according to US 6,537,517 is based on action
-1CZ 20995 Ul-1CZ 20995 Ul
30% až 50% vodného roztoku NaOH při zvýšené teplotě a zvýšeném tlaku na krystalický TiO2. Způsob přípravy TiNT podle uvedených dokumentů je zaměřen na dosažení jejich co nejvyšší fotoaktivity a katalytické účinnosti a nepřímo tedy na dosažení co největšího měrného povrchu na němž tyto sledované vlastnosti závisí. Aspektní poměr (definovaný jako poměr tloušťky na5 notrubky ku celkové délce nanotrubky) TiNT není v uvedených dokumentech hlavním předmětem zájmu, ale přesto lze z příkladů vyčíst, že nejvyšší dosažené aspektní maximálně 50.30% to 50% aqueous NaOH at elevated temperature and elevated pressure to crystalline TiO 2 . The method of preparing TiNT according to said documents is aimed at achieving the highest possible photoactivity and catalytic efficiency thereof, and thus indirectly at achieving the greatest specific surface on which these properties depend. The aspect ratio (defined as the ratio of thickness to 5 notrubby to the total length of the nanotube) of TiNT is not a major concern in these documents, but it can be seen from the examples that the highest attained maximum of 50.
Nanotrubky podle vynálezu Wonga a spolupracovníků (US 7,147,834) na rozdíl od výše uvedených se vyznačují poměrně velkou délkou a vysokým aspektním poměrem, podle jejich chemického složení jsou to titanáty vápníku, stroncia a baria a pro své elektrické vlastnosti jsou určeny především pro feroelektrické aplikace.The nanotubes according to the invention of Wong and co-workers (US 7,147,834), in contrast to the above, are characterized by a relatively long length and a high aspect ratio, according to their chemical composition, they are calcium, strontium and barium titanates and, for their electrical properties, are primarily intended for ferroelectric applications.
Český patent CZ 297 774 se týká vynálezu fotoaktivní modifikace TiO2 ve formě nanovláken jako katalyzátoru oxidačních reakcí.Czech patent CZ 297 774 relates to the invention of photoactive modification of TiO 2 in the form of nanofibers as a catalyst of oxidation reactions.
Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution
Podstatou technického řešení jsou nanotrubky na bázi oxidu titaniěitého, které nevykazují vady doposud známých nanotrubek a nad ně vynikají především vysokým aspektním poměrem, vysokou strukturní čistotou materiálu beze stop zbytkového anatasu, rutilu nebo perovskitu jako primárních látek pro jejich přípravu. Navíc vykazují odlišnou krystalickou strukturu, která se projeví např. na elektronovém difrakčním záznamu. Nanotrubky vykazují jednotnou morfologii. Způsob přípravy nanotrubek se vyznačuje možností v širokém rozsahu řídit aspektní poměr nanotru20 bek bez nutnosti provádět některý z kroků postupu v inertní atmosféře.The essence of the technical solution is titanium dioxide nanotubes, which do not exhibit defects of previously known nanotubes and above them excel above all by high aspect ratio, high structural purity of the material without traces of residual anatase, rutile or perovskite as primary substances for their preparation. In addition, they exhibit a different crystalline structure that manifests itself, for example, in an electron diffraction pattern. Nanotubes exhibit uniform morphology. The process for preparing nanotubes is characterized by the ability to control the aspect ratio of the nanotube 20 in a wide range without the need for any of the process steps in an inert atmosphere.
Nanotrubky mají průměr (D) mezi 8 až 40 nm při délce (L) nejméně 1 až 20 pm, přičemž jejich průměrný aspektní poměr (L/D) vždy činí více než 50 a dosahuje hodnoty minimálně 100 až 500. Stěny nanotrubek tvoří nejméně 2 a nejvýše 12 vrstev planámí krystalické modifikace oxidu titaniěitého, která se liší od krystalické modifikace, výchozího TiO2 a je charakterizována cha25 rakteristickými píky na elektronovém difrakčním záznamu při určitých hodnotách difřakčního vektoru q. Difrakční vektor q je definován rovnicí q = 4n.sin(0)/X, kde 0 je difrakční úhel a λ je vlnová délka urychlených elektronů. Tři nejintenzivnější charakteristické píky na difrakčním záznamu se objevují při hodnotách q = 1,75 A1, 2,05 Á'1 a 3,35 A'1 a dva další Široké píky se objevují v okolí q = 4,20 A'1 a 5,25 A'1. V závislosti na podmínkách přípravy TiNT a na podmín30 kách měření elektronové difrakce se dva nejbližší píky, q = 1,75 A'1 a 2,05 A'1, mohou částečně překrývat.Nanotubes have a diameter (D) of between 8 and 40 nm with a length (L) of at least 1 to 20 µm, their average aspect ratio (L / D) always being more than 50 and reaching a value of at least 100 to 500. The nanotube walls are at least 2 and at most 12 layers of crystalline titanium dioxide crystalline modification that differs from the crystalline modification, the starting TiO 2, and is characterized by cha25 characteristic peaks on the electron diffraction pattern at certain values of the diffraction vector q. The diffraction vector q is defined by the equation q = 4n.sin (0) / X, where 0 is the diffraction angle and λ is the wavelength of the accelerated electrons. The three most intense characteristic peaks on the diffraction pattern appear at q = 1.75 A 1 , 2.05 A ' 1 and 3.35 A' 1 and two other Wide peaks appear around q = 4.20 A ' 1 and 5.25 A ' 1 . Depending on the conditions for the preparation of TiNT and on the conditions of the electron diffraction measurement, the two closest peaks, q = 1.75 A ' 1 and 2.05 A' 1 , may partially overlap.
Postup přípravy nanotrubek sestává ze tří na sebe navazujících kroků:The process of preparing nanotubes consists of three consecutive steps:
V 1. kroku je připravena suspenze TiO2 v roztoku NaOH, přičemž koncentrace TiO2 v suspenzi je nejméně 0,01 g/100 ml a nejvýše 6 g/100 ml a koncentrace NaOH je nejméně 2 M a nejvýšeIn step 1, a suspension of TiO 2 in NaOH solution is prepared, whereby the concentration of TiO 2 in the suspension is at least 0.01 g / 100 ml and at most 6 g / 100 ml and the concentration of NaOH is at least 2 M and at most
16 M.16 M.
Ve 2. kroku je suspenze TiO2 temperována při stálém míchání na nejméně 60 °C a nejvýše 160 °C po dobu nejméně 12 hodin.In step 2, the TiO 2 suspension is tempered with stirring to at least 60 ° C and at most 160 ° C for at least 12 hours.
Ve 3. kroku jsou izolovány nanotrubky z reakční směsi a vysušeny s výhodou lyofilizací. Roztok NaOH po izolaci nanotrubek je možné opět použit pro přípravu suspenze TiO2 v 1. kroku opako40 váného postupu. V průběhu izolace je možné TiNT neutralizovat pomocí HC1, aniž by to ovlivnilo kvalitu výsledného produktu.In step 3, nanotubes are isolated from the reaction mixture and dried preferably by lyophilization. The NaOH solution after isolation of the nanotubes can be used again to prepare the TiO 2 suspension in Step 1 of the repeated procedure. During isolation, TiNT can be neutralized with HCl without affecting the quality of the final product.
Průměrný aspektní poměr výsledných nanotrubek je možné při jejich přípravě postupem podle shora popsaného řešení řídit střední velikostí částic výchozího TiO2, modifikací výchozího TiO2 a poměrem koncentrací výchozího TiO2 a NaOH v suspenzi v kombinaci s reakční teplotou a dobou a rovněž způsobem sušení konečného produktu. Specifický postup přípravy tkví především v kombinaci koncentrací reaktantů, průměrné velikosti Částic vstupního TiO2, krystalické modifikaci vstupního TiO2, teploty reakce, doby reakce a způsobu sušení produktu. Aplikací vhodných reakčních podmínek pak vznikne výsledný produkt TiNT s výše popsanými charakte-2CZ 20995 Ul ristickými vlastnostmi. Vzájemnou vazbu koncentrace reaktantů, krystalické modifikace vstupního TiO2, průměrné velikosti částic vstupního prášku TiO2, teploty a doby reakce je možné v zásadě popsat následovně:The average aspect ratio of the resulting nanotubes can be controlled by the process described above to control the mean particle size of the starting TiO 2 , the modification of the starting TiO 2 and the ratio of the starting TiO 2 and NaOH concentrations in the slurry in combination with the reaction temperature and time as well as the final product drying method. . The specific process of preparation consists mainly in the combination of reactant concentrations, average TiO 2 particle size, crystalline TiO 2 modification, reaction temperature, reaction time and product drying method. Application of the appropriate reaction conditions results in the resulting TiNT product having the above-described characteristics of the properties described above. Mutual coupling reactant concentration of crystal modification input TiO 2, average particle size of the powder inlet TiO 2, temperature and reaction time can basically be described as follows:
1) s klesající koncentrací TiO2 roste průměrný aspektní poměr TiNT,1) with the decreasing TiO 2 concentration, the average aspect ratio of TiNT increases,
2) velikost Částic a krystalická modifikace vstupního TiO2 společně ovlivňují délku a průměr2) Particle size and crystalline modification of TiO 2 input together affect length and diameter
TiNT, ale vysoký aspektní poměr zůstává zachován,TiNT, but the high aspect ratio remains,
3) s rostoucí reakční dobou, teplotou a koncentrací NaOH až do určité hodnoty roste průměrný aspektní poměr TiNT.3) with increasing reaction time, temperature and NaOH concentration up to a certain value, the average aspect ratio of TiNT increases.
Nanotrubky jsou na rozdíl od jiných velmi dobře tolerovány živými tkáněmi. Z této skutečnosti pak v kombinaci s jejich unikátní morfologií vyplývá, že TiNT dle popsaného technického řešení jsou ideální ztužující komponentou jak živých tkání, především kostní tkáně a chrupavky, tak i jejich syntetických náhrad na bázi kompozitů ztužených TiNT. Výhodou TiNT je, že jejich vysoký aspektní poměr a mimořádně malé zastoupení aglomerátů umožňuje nastavení mechanických vlastností kompozitního materiálu implantátu v dostatečně Širokém rozsahu tak, aby im15 plantáty vykazovaly stejné deformační chování, jako části kostí nebo i chrupavek, které v konkrétních aplikacích mají nahradit.Nanotubes, unlike others, are very well tolerated by living tissues. From this fact, in combination with their unique morphology, it follows that TiNT according to the described technical solution is an ideal hardening component of both living tissues, especially bone tissue and cartilage, as well as their synthetic replacements based on TiNT hardened composites. The advantage of TiNT is that their high aspect ratio and extremely low agglomerate content allow the mechanical properties of the implant composite material to be adjusted to a sufficiently wide range so that im15 plantations exhibit the same deformation behavior as bone parts or cartilage to replace in specific applications.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Obr. 1: Tabulka vlivu krystalické modifikace a střední velikosti částic vstupního TiO2 na morfologii a aspektní poměr výsledných TiNT; TiNT byly připraveny při koncentraci TiO2 FIG. 1: Table of influence of crystalline modification and mean particle size of TiO 2 on morphology and aspect ratio of resulting TiNT; TiNT were prepared at TiO 2 concentration
0,1 g/100 ml, koncentraci NaOH 10 M, teplotě 120 °C po dobu 20 hodin.0.1 g / 100 ml, NaOH concentration 10 M, 120 ° C for 20 hours.
Obr. 2: Tabulka vlivu koncentrace vstupního TiO2 na aspektní poměr výsledných TiNT; TiNT byly připraveny při koncentraci NaOH 10 M, teplotě 120 °C po dobu 20 hodin.FIG. 2: Table of the influence of TiO 2 concentration on the aspect ratio of the resulting TiNT; TiNTs were prepared at a NaOH concentration of 10 M at 120 ° C for 20 hours.
Obr. 3: Tabulka vlivu reakčních podmínek na aspektní poměr výsledných TiNT; TiNT byly připraveny z anatasu o střední velikosti částic 1 pm a koncentraci TiO2 0,1 g/100 ml.FIG. 3: Table of the effect of reaction conditions on the aspect ratio of the resulting TiNT; TiNTs were prepared from anatase with a mean particle size of 1 µm and a TiO 2 concentration of 0.1 g / 100 ml.
Obr. 4: Změřené elektronové difraktogramy (přerušované čáry) a teoreticky vypočtené rentgenové difraktogramy (plné čáry) TiNT (a), anatasu (b) a rutilu (c), které dokazují, že se krystalová struktura TiNT zásadně odlišuje od běžných modifikací TiO2. Difraktogram TiNT odpovídá příkladu 1; u ostatních příkladů je difraktogram TiNT totožný.FIG. 4: Measured electron diffraction patterns (dashed lines) and theoretically calculated X-ray diffraction patterns (solid lines) of TiNT (a), anatase (b), and rutile (c), demonstrating that the TiNT crystal structure differs fundamentally from conventional TiO 2 modifications. The TiNT diffractogram corresponds to Example 1; in the other examples, the TiNT diffractogram is identical.
Obr. 5: FESEM mikrofotografie TiNT podle příkladu 3, ilustrující výjimečně vysoký aspektní poměr připravených nanotrubek (TiNT jsou ve FESEM zobrazena jako bílá vlákna na tmavé podložce). Z poměru změřené průměrné tloušťky nanotrubek (D) a délek nanotrubek (I) lze odhadnout, že aspektní poměr (D/L) je zde nejméně 500. Jedná se o spodní odhad, protože většina nanotrubek je tak dlouhá, že při daném zvětšení přesahuje reálnou šířku obrázku.FIG. 5: FESEM photomicrographs of TiNT according to Example 3 illustrating an exceptionally high aspect ratio of prepared nanotubes (TiNTs are shown in FESEM as white fibers on a dark support). From the ratio of the measured average nanotube thickness (D) to the lengths of the nanotubes (I), it can be estimated that the aspect ratio (D / L) is at least 500. This is the lower estimate since most nanotubes are so long that at a given magnification exceeds the real image width.
Obr. 6: HRTEM mikrofotografie TiNT získaných podle příkladu 1, která ilustruje, že stěny na35 notrubek jsou tvořeny zpravidla třemi vrstvami planárně uspořádaného TiO2 (TiNT jsou v HRTEM zobrazeny jako černé duté trubičky na světlejším pozadí; v pravém horním rohuje vložena Fourierova transformace, která ukazuje dva hlavní druhy periodicit v TiNT).FIG. Figure 6: HRTEM photomicrographs of TiNTs obtained according to Example 1, which illustrates that the walls of the 35 notch tubes are generally composed of three layers of planar TiO 2 (TiNTs are shown in the HRTEM as black hollow tubes on a lighter background; two main types of periodicity in TiNT).
Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solutions
PřikladlPřikladl
Výchozí TiO2 ve formě anatasu rozemletého na prášek o střední velikosti částic 1 pm byl suspendován v 10 M roztoku NaOH, přičemž koncentrace TiO2 v suspenzi činila 0,1 g/100 ml. Suspenze byla následně temperována v míchaném autoldávu při teplotě 120 °C po dobu 20 hodin. Poté byl pevný podíl z reakční směsi zfiitrován, promyt vodou a vysušen lyofilizací. U suchého produktu byl stanoven průměr a délka pomocí měření z FESEM (field emission gun scanning electron microscopy) a TEM (transmission electron microscopy) mikrofotografií, krystalickáThe starting TiO 2 , anatase powder ground to a particle size of 1 µm, was suspended in a 10 M NaOH solution with a TiO 2 concentration of 0.1 g / 100 ml. The suspension was subsequently tempered in a stirred autoldate at 120 ° C for 20 hours. The solid was then filtered, washed with water and freeze-dried. For the dry product, the diameter and length were determined using FESEM measurements (field emission gun scanning electron microscopy) and TEM (transmission electron microscopy) photomicrographs, crystalline
-3CZ 20995 Ul struktura TiNT byla určena pomocí difrakčních metod PXRD (powder X-ray diffraction) a SAED (selected area electron diffraction), chemická čistota byla ověřena pomocí mikroskopických a spektroskopických metod EDX (energy dispersive analysis of X-rays) a RS (Raman Spectroscopy), počet vrstev byl určen pomocí HRTEM (high resolution transmission electron microscopy). Bylo zjištěno, že průměr nanotrubek (D) činil 20 nm a jejich střední délka (L) byla nejméně 2 μιη, takže průměrný aspektní poměr připravených nanotrubek (D/L), odhadnutý z obrazové analýzy, vykazoval hodnotu vyšší než 100. Podle HRTEM byly stěny nanotrubek tvořeny nejčastěji 3 vrstvami planámě uspořádaného TiO2, přítomnost zbytkového anatasu nebyla pomocí SAED, PXRD, ani RS detekována. Na elektronovém difraktogramu výsledných nanotruio bek byly nalezeny tři nej intenzivnější, charakteristické píky při hodnotách difrakčního vektoru q = 1,75 A*1, 2,05 A'1 a 3,35 A*1 a dva další široké píky v okolí q = 4,20 A'1, 5,25 A1.-3CZ 20995 Ul structure of TiNT was determined by means of the PXRD (powder X-ray diffraction) and SAED (selected area electron diffraction) diffraction methods, the chemical purity was verified by means of microscopic and spectroscopic methods EDX (energy dispersive analysis of X-rays) and RS ( Raman Spectroscopy), the number of layers was determined by HRTEM (high resolution transmission electron microscopy). The diameter of the nanotubes (D) was found to be 20 nm and their mean length (L) was at least 2 μιη, so the average aspect ratio of the prepared nanotubes (D / L) estimated from the image analysis was above 100. The walls of nanotubes are most often composed of 3 layers of the TiO 2 -flyed planet, the presence of residual anatase was not detected by SAED, PXRD, or RS. Three most intense, characteristic peaks at diffraction vector values q = 1.75 A * 1 , 2.05 A ' 1 and 3.35 A * 1 and two other broad peaks around q = 4 were found on the electron diffractogram of the resulting nanotrucobes. , 20 A 1 , 5.25 A 1 .
Příklad 2Example 2
Výchozí TiO2 ve formě anatasu rozemletého na prášek o střední velikosti částic 200 nm byl suspendován v 10 M roztoku NaOH, přičemž koncentrace TiO2 v suspenzi činila 0,1 g/100 ml. Z této suspenze byly za reakčních podmínek popsaných v Příkladu 1 připraveny TiNT. Vlastnosti výsledných TiNT byly vyhodnoceny způsobem popsaným v Příkladu 1 a bylo zjištěno, že průměr nanotrubek činil 15 nm a jejich střední délka byla nejméně 2 μπι, takže průměrný aspektní poměr připravených nanotrubek byl nejméně 130, Průměrný počet vrstev planámě uspořádaného TiO2, pozorovaný na HRTEM mikrofotografiích, byl 3 stejně jako v příkladu 1. Na elektronovém difraktogramu výsledných nanotrubek byly opět nalezeny charakteristické píky: tři nejintenzivnější píky při hodnotách difrakčního vektoru q = 1,75 A1, 2,05 A1 a 3,35 A1 a dva další široké píky v okolí q = 4,20 A1, 5,25 A1.The starting TiO 2 as anatase ground to a powder having a mean particle size of 200 nm was suspended in a 10 M NaOH solution with a TiO 2 concentration of 0.1 g / 100 ml in the suspension. TiNT were prepared from this suspension under the reaction conditions described in Example 1. Properties of TiNT were evaluated as described in Example 1 and it was found that the diameter of the nanotubes was 15 nm and their mean length was less than 2 μπι, so that the average aspect ratio of the prepared nanotubes is at least 130, average number of layers planate arranged TiO 2, observed in HRTEM Microphotographs were 3 as in Example 1. Again, characteristic peaks were found on the electron diffraction pattern of the resulting nanotubes: the three most intense peaks at the diffraction vector values q = 1.75 A 1 , 2.05 A 1 and 3.35 A 1 and two others broad peaks around q = 4.20 A 1 , 5.25 A 1 .
Příklad 3Example 3
Výchozí TiO2 ve formě rutilu rozemletého na prášek o střední velikosti částic 1 μπι byl suspen25 dován v 10 M roztoku NaOH, přičemž koncentrace TiO2 v suspenzi činila 0,1 g/100 ml. Z této suspenze byly za reakčních podmínek popsaných v Příkladu 1 připraveny TiNT. Vlastnosti výsledných TiNT byly vyhodnoceny způsobem popsaným v Příkladu 1 a bylo zjištěno, že průměr nanotrubek činil 40 nm a jejich střední délka byla minimálně 20 pm, takže průměrný aspektní poměr připravených nanotrubek byl vyšší než 500. Typický počet vrstev planámě uspořádanéhoThe starting TiO 2 in the form of rutile ground to a medium particle size of 1 μπι was suspended in a 10 M NaOH solution with a TiO 2 concentration of 0.1 g / 100 ml. TiNT were prepared from this suspension under the reaction conditions described in Example 1. The properties of the resulting TiNT were evaluated as described in Example 1 and the nanotube diameter was found to be 40 nm and their mean length was at least 20 µm, so the average aspect ratio of the prepared nanotubes was greater than 500.
TiO2, pozorovaných na HRTEM mikrofotografiích, vzrostl na 6, Na elektronovém difraktogramu výsledných nanotrubek byly opět nalezeny charakteristické píky: tři nej intenzivnější píky při hodnotách difrakčního vektoru q = 1,75 A'1, 2,05 A'1 a 3,35 A'1 a dva další široké píky v okolí ? = 4,20 A’1, 5,25 A’1.TiO 2 , observed on HRTEM microphotographs, increased to 6. Again, characteristic peaks were found on the electron diffractogram of the resulting nanotubes: the three most intense peaks at the diffraction vector values q = 1.75 A ' 1 , 2.05 A' 1 and 3.35 A ' 1 and two other broad peaks nearby? = 4.20 A-1, 5.25 A 'first
Příklad 4Example 4
Výchozí TiO2 ve formě rutilu rozemletého na prášek střední velikosti částic 50 nm byl suspendován v 10 M roztoku NaOH, přičemž koncentrace TiO2 v suspenzi činila 0,1 g/100 ml. Z této suspenze byly za reakčních podmínek popsaných v Příkladu 1 připraveny TiNT. Vlastnosti výsledných TiNT byly vyhodnoceny způsobem popsaným v Příkladu 1 a bylo zjištěno, že průměr nanotrubek činil 8 nm a jejich střední délka byla přibližně nejméně 1 μπι, takže průměrný aspektní poměr připravených nanotrubek byl nejméně 125. Na elektronovém difraktogramu výsledných nanotrubek byly opět nalezeny charakteristické píky: tri nejintenzivnější píky pri hodnotách difrakčního vektoru q = 1,75 A’1, 2,05 Á1 a 3,35 A’1 a dva další široké píky v okolí q = 4,20 A’', 5,25 A'1.The starting TiO 2 in the form of rutile ground to a medium particle size 50 nm powder was suspended in a 10 M NaOH solution with a TiO 2 concentration of 0.1 g / 100 ml in the suspension. TiNT were prepared from this suspension under the reaction conditions described in Example 1. The properties of the resulting TiNTs were evaluated as described in Example 1 and the nanotube diameter was found to be 8 nm and their mean length was approximately at least 1 μ, so the average aspect ratio of the prepared nanotubes was at least 125. Characteristic peaks were found again on the electron diffractogram of the resulting nanotubes : the three most intense peaks at the diffraction vector values q = 1.75 1 1 , 2.05 a 1 and 3.35 ' 1 and two other broad peaks in the neighborhood q = 4.20''', 5.25 Å ' 1 .
Průmyslová využitelnostIndustrial usability
Nanotrubky na bázi oxidu titaničitého podle popsaného technického řešení jsou využitelné jako ztužující složka polymemích kompozitů, zvláště pak kompozitů určených pro výrobu skeletál-4CZ 20995 Ul nich náhrad a implantátů v medicíně, dále jako složka augmentačních materiálů pro aplikace v medicíně a jako materiál pro výrobu speciálních filtrů.Titanium dioxide nanotubes according to the described technical solution are useful as a reinforcing component of polymer composites, especially composites intended for the production of skeletal compositions-4CZ 20995 UL replacements and implants in medicine, as a component of augmentation materials for medical applications and as a material for the production of special filters.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201022658U CZ20995U1 (en) | 2010-05-04 | 2010-05-04 | Titanium dioxide based nanotubes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201022658U CZ20995U1 (en) | 2010-05-04 | 2010-05-04 | Titanium dioxide based nanotubes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20995U1 true CZ20995U1 (en) | 2010-06-14 |
Family
ID=42262467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ201022658U CZ20995U1 (en) | 2010-05-04 | 2010-05-04 | Titanium dioxide based nanotubes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ20995U1 (en) |
-
2010
- 2010-05-04 CZ CZ201022658U patent/CZ20995U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101890344B (en) | Preparation method of graphene/titanium dioxide composite photocatalyst | |
| Estrada-Flores et al. | Relationship between morphology, porosity, and the photocatalytic activity of TiO2 obtained by sol–gel method assisted with ionic and nonionic surfactants | |
| Yu et al. | Preparation and photocatalytic activity of mesoporous anatase TiO2 nanofibers by a hydrothermal method | |
| Naghibi et al. | Application of the statistical Taguchi method to optimize TiO2 nanoparticles synthesis by the hydrothermal assisted sol–gel technique | |
| US8460547B2 (en) | Hollow porous microspheres | |
| Sreekantan et al. | Study on the formation and photocatalytic activity of titanate nanotubes synthesized via hydrothermal method | |
| Abd Hamid et al. | Multiwalled carbon nanotube/TiO2 nanocomposite as a highly active photocatalyst for photodegradation of Reactive Black 5 dye | |
| Cetinkaya et al. | Synthesis of nanostructured TiO2/SiO2 as an effective photocatalyst for degradation of acid orange | |
| Araújo et al. | TiO2/ZnO hierarchical heteronanostructures: Synthesis, characterization and application as photocatalysts | |
| Moafi et al. | Photocatalytic self-cleaning properties of cellulosic fibers modified by nano-sized zinc oxide | |
| Zhao et al. | Phase transition and morphological evolution of titania/titanate nanomaterials under alkalescent hydrothermal treatment | |
| Murugan et al. | Synthesis and photocatalytic applications of flower shaped electrospun ZnO–TiO2 mesostructures | |
| Amano et al. | Nanowire-structured titanate with anatase titania: Characterization and photocatalytic activity | |
| US20120028791A1 (en) | Highly Reactive Photocatalytic Material and Manufacturing Thereof | |
| Ali et al. | Crystal structure and photocatalytic properties of titanate nanotubes prepared by chemical processing and subsequent annealing | |
| Nor et al. | Synthesis of TiO2 nanowires via hydrothermal method | |
| Chen et al. | Characterization, properties and catalytic application of TiO2 nanotubes prepared by ultrasonic-assisted sol-hydrothermal method | |
| Li et al. | Synthesis of anatase TiO2 nanowires by modifying TiO2 nanoparticles using the microwave heating method | |
| Asakura et al. | Multifunctionality in coating films including Nb-doped TiO2 and Cs x WO3: near infrared shielding and photocatalytic properties | |
| Kim et al. | Preparation of brookite phase TiO2 colloidal sol for thin film coating | |
| Klaysri et al. | Photocatalytic activity of Nitrogen and Silica doping on TiO2 nanocatalyst and grafted onto PMMA film | |
| JP5652849B2 (en) | Titanium oxide and method for producing the same | |
| Patrinoiu et al. | Carbonaceous spheres—an unusual template for solid metal oxide mesoscale spheres: Application to ZnO spheres | |
| CZ20995U1 (en) | Titanium dioxide based nanotubes | |
| CZ302299B6 (en) | Nanotubes based on titanium white and process for producing thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20100614 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20140504 |