Influence of Water Content on the Growth of Anodic TiO[sub 2] Nanotubes in Fluoride-Containing Ethylene Glycol Electrolytes

Abstract

The effect of water additions, from 0to50vol% , to an ammonium fluoride/ethylene glycol electrolyte on the composition and morphology of titania-based nanotubes was investigated by scanning and transmission electron microscopy, Rutherford backscattering spectroscopy, and nuclear reaction analysis. Further to the presence of units of TinormalO2 , the films contained fluorine, carbon, nitrogen, and probably hydrogen species derived from the electrolyte. The compositions of the films appeared to be relatively independent of the water content of the electrolyte. Following a small increase in efficiency of film growth for additions between 0 and 1vol% water, the efficiency decreased from about 25 to about 10% between water contents of 1 and 25vol% , respectively, possibly due to a combination of loss of titanium species to the electrolyte and evolution of oxygen. The densities of the nanotube layers were estimated to be in the range of 1.25–1.75gcm−3 , with an average value of 1.47gcm−3 .

Non-chapped, vertically well aligned titanium dioxide nanotubes fabricated by electrochemical etching

“…The presence of fluorides in the electrolyte causes the chemical dissolution of the titanium oxide to form the water-soluble [TiF 6 ] −2 complex. On the other hand, the complex also occurs with the Ti 4+ ions that are ejected at the interface of oxide-electrolyte by the following overall reactions [20][21][22][23][24][25][26].…”

One-Dimensional Titanium Dioxide Nanomaterials: Nanotubes

“…Whether or not sidewall corrugation (ripples as in Figure 8.b) occur, has been ascribed to a competition between tube growth rate and tube splitting speed. 225 That is, the rate of oxide tube bottoms eating into the metal substrate vs. the progress of the electrolyte between the nanotubes (chemical dissolution of the cell boundaries). Thus only for cases, where the water content is limited, i.e.…”

TiO2‐Nanoröhren: Synthese und Anwendungen

“…Die Alterung des Elektrolyten beinhaltet eine wiederholte Anodisierung von Ti-Blechen ("DummyProben"), bevor die Zielprobe hergestellt wird. Lee [106,129,144,145] Der Grund dafür ist, dass die ¾tzgeschwin-digkeit der fluoridreichen Schicht zwischen den Röhren bei höheren Wassergehalten höher ist als die Wachstumsgeschwindigkeit der Röhren in das darunterliegende Substrat. Damit können die Rippen an den Röhrenwänden dem kontinuierlichen ¾tzen und Passivieren der Röhrenzwischen-räume (Zellzwischenräume) zugeschrieben werden (vgl.…”

“…auch Abbildung 9 b). [145] Grundsätzlich können Röhren auch unter galvanostatischen Bedingungen (d. h. unter Konstanthalten des Anodisierungsstroms) hergestellt werden. [146] Dies hat jedoch den Nachteil, dass sich die Spannung mit der Zeit ändern kann und so die Kontrolle über den Röhrendurchmesser verloren geht.…”

“…Abgesehen von der Längenausdehnung ist eine weitere wesentliche Implikation, dass die einwärts wandernden F À -Spezies durch den Fluss in Richtung der Zellgrenzen (Röhrenwände) gedrängt werden und dort kontinuierlich akkumulieren (Abbildung 7 c). [118,145,157] Diese Akkumulation von F À an den Zellgrenzen und noch mehr an den Zelltripelpunkten (Röhrenzwischenräumen) führt zu einer chemischen Sensibilisierung dieser Bereiche. Diese Bereiche sind also, aufgrund der Löslichkeit von Titanfluoriden in Wasser, ganz entscheidend dafür verantwortlich, dass Nanoröhren anstelle von porösen Strukturen gebildet werden.…”