Model matematyczny do wyznaczania parametrów formowania nanorurek TiO2 podczas anodowania

• Autorzy: Krasicka-Cydzik E. , Arkusz K. , Kaczmarek A.

Warianty tytułu

EN

A mathematical model for selection of formation parameters of TiO2 nanotube by anodizing

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Celem badań było opracowanie modelu matematycznego opisującego formowanie nanorurek z tlenku tytanu (TNT) na folii tytanowej metodą anodowania. Równania uwzględniające wpływ parametrów anodowania na wybrane cechy morfologiczne TNT posłużą do wyznaczania i optymalizowania parametrów anodowania: potencjału, czasu i stężenia składnika organicznego elektrolitu, w celu uzyskania TNT o pożądanej średnicy i długości. W pracy stosowano dwa organiczne elektrolity - glikol etylenowy i glicerol, resztę stanowiła woda z dodatkiem 0,65% wag. NH4F. Wynikiem pracy są równania i wykresy opisujące zależności pomiędzy parametrami anodowania (dane wejściowe), a cechami morfologicznymi TNT (dane wyjściowe). Poprawność modelu została sprawdzona poprzez ocenę morfologii TNT wytworzonych zgodnie ze wskazaniami modelu. Wyniki potwierdzają możliwość przewidywania średnicy i długości TNT, tj. grubości ich warstwy na folii tytanowej na podstawie modelu. W celach aplikacyjnych konieczne jest udoskonalenie przedstawionego modelu poprzez redukcję błędów.

EN

A mathematical model to determine parameters of anodic formation of titania nanotubes (TNT) on titanium foil has been elaborated. Equations include the influence of voltage, time of anodization and concentration of organic component of electrolyte on the selected morphological features of TNT: diameter and length of nanotubes. The developed model can be used to predict and optimize the anodization parameters to obtain nanotubes of desired diameter and length. Two organic electrolytes, ethylene glycol and glycerol, have been used, the rest of electrolyte being water with addition of 0.65 wt% NH4F. The equations and graphs showing the correlations between the anodizing and morphological parameters are presented. The correctness of the model has been tested by comparing the parameters of produced nanotubes with parameters indicated by the model. Results confirm the possibility to predict the diameter and the length of TNT formed by anodizing of titanium in two organic solutions with small addition of fluorides and obtain TNT of desired morphology for biomedical applications.

Słowa kluczowe

PL

model matematyczny; nanorurki z tlenku tytanu; glikol etylenowy; glicerol

EN

titania nanotubes; ethylene glycol; glycerol; anodizing; mathematical model

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 15, no. 114
• Strony: 34--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krasicka-Cydzik E.

• Zakład Inżynierii Biomedycznej, Uniwersytet Zielonogórski, ul. Licealna 9, 65-417 Zielona Góra

autor

Arkusz K.

• Zakład Inżynierii Biomedycznej, Uniwersytet Zielonogórski, ul. Licealna 9, 65-417 Zielona Góra

autor

Kaczmarek A.

• Zakład Inżynierii Biomedycznej, Uniwersytet Zielonogórski, ul. Licealna 9, 65-417 Zielona Góra

Bibliografia

• [1] Zwilling V., Aucouturier M., Darque-Ceretti E.: Anodic oxidation of titanium and TA6V alloy in chromic media. An electrochemical approach. Electrochimica Acta 45 (1999) 21-929.
• [2] Gong D., Grimes C.A., Varghese O.K., Hu W., Singh R.S., Chen Z., Dickey E.C.: Titanium oxide nanotube arrays prepared by anodic oxidation. J. Mater. Res. 16 (12) (2001) 3331-3334.
• [3] Ghicov A., Tsuchiya H., Macak J.M., Schmuki P.: Titanium oxide nanotubes prepared in phosphate electrolytes. Electrochem. Commun. 7 (5) (2005) 505-509.
• [4] Bauer S., Kleber S., Schmuki P.: TiO2 nanotubes: tailoring the geometry in H3PO4/HF electrolytes. Electrochem. Commun. 8 (8) (2006) 1321-1325.
• [5] Hoyer P.: Formation of a titanium dioxide nanotube array, Langmuir 12 (6) (1996) 1411-1413.
• [6] Ou H.-H., Lo S.-L.: Review of titania nanotubes synthesized via the hydrothermal treatment: fabrication, modification, and application. Sep. Purif. Technol. 58 (1) (2007) 179-191.
• [7] Albu S.P., Roy P., Virtanen S., Schmuki P.: Self-organized TiO2 nanotube arrays: Critical effects on morphology and growth. Isr. J. Chem. 50 (2010) 453-467.
• [8] Roy P., Berger S., Schmuki P.: TiO2 Nanotubes: Synthesis and Applications. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 2904-2939.
• [9] Krasicka-Cydzik E., Glazowska I., Kaczmarek A., Białas-Heltowski K.: Influence of scan rate on anodic formation of TiO2 nanotubes. Inżynieria Biomateriałów / Engineering of Biomaterials 77-80 (2008) 48-51.
• [10] Krasicka-Cydzik E., Glazowska I., Kaczmarek A., Białas-Heltowski K.: Influence of fluorides concentration on growth of self-aligned layer of TiO2 nanotubes. Inżynieria Biomateriałów / Engineering of Biomaterials 77-80 (2008) 46-48.
• [11] Kaczmarek A., Klekiel T., Krasicka- Cydzik E.: Fluoride concentration effect on the anodic growth of self-aligned oxide nanotube array on Ti6AL7Nb alloy. Surface and Interface Analysis 42 (2010) 510-514.
• [12] Krasicka-Cydzik E., Kowalski K., Kaczmarek A., Glazowska I., Białas-Heltowski K.: Competition between phosphates and fluorides at anodic formation of titania nanotubes on titanium. Surface and Interface Analysis 42(6-7) (2010) 471-474.
• [13] Grimes C. A., Mor G. K.: TiO2 Nanotube Arrays, Springer, 2009.
• [14] H Yin H., H Liu H., Shen W. Z.: The large diameter and fast growth of self-organized TiO2 nanotube arrays achieved via electrochemical anodization, Nanotechnology 21 (2010) 035601.
• [15] Brammer K.S., Oh S., Cobb C.J., Bjursten L.M., H. van der Heyde, Jin S.: Improved bone-forming functionality on diameter-controlled TiO2 nanotube surface. Acta Biomater. 5 (8) (2009) 3215-3223.

Uwagi

PL

Badania zostały sfinansowane z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR) w ramach projektu MNT-ERA. NET/01-2011 „Sensory na bazie Ti/nanostrukturalny TiO2 do zastosowań medycznych".