選択溶解と陽極酸化による自己組織化チタニアナノチューブの形状制御

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昨年度実現できなかった試験表面の均一化を陽極酸化時のサンプルの配置を工夫することにより達成できた。チタン板を水(4〜22vol%)-プロパノール-フッ化アンモニウム溶液中で0Vから20Vまで走査した後、20Vで5時間定電位陽極酸化し、最も整然としたチタニアナノチューブを形成するのは水の濃度が16Vol%のときであることを見つけた。この濃度では反応で生じた水素イオンと電子の結合による水素ガス発生が他の濃度の場合よりも速すぎず、適切な速度で起こるためと考えられる。それよりも濃度が高い22%の場合には水素ガス発生反応が速すぎてナノチューブの壁を溶解してしまい、壊れたようなナノチューブの形成が確認された。逆に水の割合が少なすぎるとナノチューブを形成するのに必要なTiF6-イオンの生成が不十分となり、均一な表面にならないし、酸化された領域でも整然としたナノチューブが形成されないことが分かった。適切な水濃度の場合(16vol%)には内径90nmで長さ1800nmに達する長いナノチューブが形成できた。なおバリア層の厚さはナノチューブ層の厚さと正の相関があり、16%において最も厚く、55nmになることが分光エリプソメータの多層膜解析から求められた。上述の水溶液の場合、陽極酸化電圧を20Vから60Vまで上昇させると、溶解反応が速すぎるため、整然としたナノチューブが形成されず、チューブ壁がぼろぼろに壊れた。ナノチューブは非晶質であることが知られているが、550℃で熱処理すると、結晶化し、バリア層はルチル型のX線回折パターンの方がアナターゼ型よりも強く、逆にナノチューブ層ではアナターゼ型の方が優勢になることが分かった。