多孔阳极氧化铝薄膜 低维氧化铝纳米结构 微纳复合结构 纳米PMMA薄膜 微纳沟道论文
纳米多孔阳极氧化铝模板的制备方法及应用的研究进展
纳米多孔阳极氧化铝模板的制备方法及应用的研究进展赵婷婷;刘皓;李津;康卫民;韦尚志【摘要】The preparation methods of porous anodic alumina (PAA) templates are introduced fully,which contain mild anodization,hard anodization,two-step anodic oxidation and imprinting oxidation,followed by the preparation methods of special shaped PAA templates are reviewed.Finally,the application prospects of the PAA template in electromagnetism,sensors,barrier separation,biomedicine,and bionic nano-materials are also introduced.%对制备规整多孔阳极氧化铝模板的温和氧化法、强烈氧化法、二次阳极氧化法、模压氧化法等制备方法进行了系统介绍,并对一些特殊孔径的阳极氧化铝模板的制备方法进行了综述,介绍了PAA模板应用于电磁、传感器、催化剂载体、膜分离、生物医学、仿生纳米材料等领域的研究进展.【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2013(032)004【总页数】7页(P19-25)【关键词】多孔阳极氧化铝;纳米模板;制备方法;特殊形状;应用【作者】赵婷婷;刘皓;李津;康卫民;韦尚志【作者单位】天津工业大学纺织学部,天津300387;天津工业大学纺织学部,天津300387;天津工业大学纺织学部,天津300387;天津工业大学纺织学部,天津300387;天津工业大学纺织学部,天津300387【正文语种】中文【中图分类】TQ153.6多孔阳极氧化铝（PAA）模板由多孔层和阻挡层组成，其中多孔层由均匀排列的纳米孔洞组成，孔密度较高，孔与孔之间相互平行，并与基体表面垂直.阻挡层是一层致密绝缘的氧化层，位于孔基底将多孔层和铝基体分开.由于PAA膜具有这种独特的结构，是非常理想的制备纳米材料的模板.1953年美国铝业公司Keller等[1]首先报道了用电化学方法制备氧化铝孔洞模板.20世纪80年代后期以来，多孔氧化铝膜在纳米材料上的应用引起了新一轮的研究热潮.1993年，美国约翰霍普金斯大学Whitney等[2]利用PAA模板制备了磁性金属纳米线，开拓了纳米材料制备的新方法；1995年日本首都大学Masuda等[3]首次利用二次氧化的方法，成功制备了孔洞排列高度有序的PAA膜和金属纳米阵列，开创了PAA膜在纳米结构材料方面新的应用.研究人员利用PAA模板成功制备了碳纳米管[4-5]、金属和金属复合物纳米线[2-5]、基因传输、生物医学、微燃料电池材料[6]、仿壁虎脚粘附材料[7-8]等各种纳米材料，极大促进了纳米材料的研究和发展.1 PAA模板的一般制备方法多孔阳极氧化铝（PAA）模板是采用电化学技术在铝表面进行原位生长制备得到的，这种方法称之为阳极氧化法.阳极氧化法按照氧化生长速率的不同可以分为温和氧化法和强烈氧化法.多孔阳极氧化铝模板的制备按照制备工序的不同又可以分为二次阳极氧化法和模压阳极氧化法.1.1 温和阳极氧化法温和氧化法即将预处理后的铝基底在适当的阳极氧化条件下进行一次氧化.其特点是阳极氧化反应缓慢，电流密度一般在10 mA/cm2数量级，氧化膜的生长速率较慢，约为2 μm/h.研究表明，温和法制备的PAA孔径和孔间距均随阳极氧化电压的增加而增大，一般孔间距与电压的比例系数为2.5 nm/V[9].温和氧化过程中，自排序氧化铝纳米阵列一般在3种体系中获得:①25 V硫酸中得到的孔直径为63 nm；②40 V草酸中得到的孔直径为100 nm；③195 V磷酸中得到的孔直径为500 nm.1.2 强烈阳极氧化法2006年德国马克斯·普朗克微结构物理研究所Lee等[10]提出了一种以草酸为电解液，通过提高阳极氧化电压（100～160 V），制备AAO模板的强烈阳极氧化法.其薄膜生长速率为50～70 μm/h，较以草酸为电解液的温和阳极氧化速率提高了25～35倍.生成的PAA 膜孔间距为 200～300 nm，膜非常厚（＞100 μm），孔隙度低且高度有序的氧化铝膜具有高纵横比（＞1000），纳米孔排列均匀，可调节直径大小.该方法通过对电解液的老化和温度的控制来提高阳极氧化电压，从而提高PAA的有序度.但此工艺必须将电解槽放入液氮中来降低氧化铝表面温度，成本较高.为解决此问题，2009年太原理工大学孙晓霞等[11]通过在草酸溶液中加入不同有机醇的方法来有效减少在氧化过程中产生的大量热量，采用强烈氧化法快速制备了高度有序的PAA模板.在以乙二醇水溶液（V醇∶V 水=1∶1）为溶剂的 0.5mol/L 草酸电解液中，于160 V电压下制备出的PAA模板孔分布均匀，孔径约为80 nm，孔间距约为120 nm，并呈六角形规则排列，膜生长速率为51.9 μm/h. 2009年南京科技大学Song等[12]提出，在强烈阳极氧化过程中，避免铝基底击穿现象的关键是要降低阻挡层的厚度；增加电解液的浓度和温度，可以降低阻挡层的厚度.所以，在高浓度的草酸溶液（＞0.3 mol/L）中，在较高温度（16～40℃）下进行强烈阳极氧化，不会发生击穿现象.0.6 mol/L草酸溶液制备的PAA膜如图1所示.图1 草酸电解液制备的PAA膜SEM图像Fig.1 SEM images of PAA sample fabricated in oxalic acid solution2008年华南理工大学Li等[13]在硫酸－硫酸铝－水溶液中，分别在40和50 V的氧化电压下，通过两步强烈阳极氧化法制备了孔直径为77和96 nm的PAA膜，在恒定的40 V电压下通过改变电流密度得到PAA膜.实验表明，孔间距不仅依赖于阳极氧化电压，而且也受到电流密度的影响.这意味着强烈阳极氧化法能够通过同时调整阳极氧化电压和电流密度对PAA膜的孔结构进行设计和控制.1.3 两步阳极氧化法两步阳极氧化法是目前制备高度有序的PAA模板最常用的方法.1995年Masuda等[3]首次利用二次氧化的方法制备了孔洞排列高度有序的PAA 膜.将预处理后的铝基底在0.3 mol/L草酸中长时间恒压（40 V）氧化；一次氧化后，将铝基底放入饱和HgCl2溶液中去除氧化层；然后在相同条件下进行二次氧化，得到高度有序的PAA模板.2007年哈尔滨工业大学杨培霞等[14]在不进行高温退火处理的情况下，利用二次氧化法在草酸中得到纳米孔排列高度有序的PAA模板.1.4 模压阳极氧化法Masuda等[15－17]提出一种预先压印技术用来控制PAA模板的孔结构，即模压法.模压法是将排列有序的碳化硅模具放到铝的表面，在室温下使用油印机压印，然后对铝片进行阳极氧化.图2展示了压印前后PAA模板的对照图.图2 采用预先压印技术的PAA膜SEM图像Fig.2 SEM micrographs of surface of anodic porous alumina using pretexturing process2012年吉林大学Wang等[18]使用聚苯乙烯纳米球对铝基底进行预先压印，然后放入0.3 mol/L磷酸溶液中进行阳极氧化，制备出层级结构的纳米孔阵列，如图3所示.本课题组采用二次阳极氧化法制备了规整的多孔阳极氧化铝模板（如图4），该模板能够用于仿壁虎脚生物材料、面阵柔性传感器、柔性染料敏化太阳能电池的染料吸附、多孔半导体材料的制备.图3 PAA层级结构的SEM横截面图Fig.3 SEM image of cross-sectional of PAA with hierarchical structure图4 本课题组制备的PAA膜Fig.4 SEM images of PAA template fabricated in our group2 特殊形状PAA模板的制备方法2.1 孔道呈Y型或树杈形分布的模板2001年，韩国首尔大学Jin[19]等制备了Y型PAA模板，将预处理后的铝基底在0.3 mol/L草酸中恒压（40 V）氧化24 h；去除氧化层后在相同条件下二次氧化，二次氧化时间为20 min，在二次氧化的最后时间，以5 V/步将电压从40 V降到20 V.将模板在磷酸中扩孔，随后进行第三步氧化，得到Y型PAA模板，如图5所示.图5 Y型PAA的横截面SEM图像Fig.5 SEM image of cross-section of PAA template with Y-shape holes2005年纽约州特洛伊伦斯勒理工大学Meng等[5]利用降电压法，通过改变阶跃电压的幅值制备出可控数目分枝的PAA模板，即先用二步阳极氧化法制备出PAA 的主管，然后把氧化电压降低到原来的1，就能得到数目可控的n条枝管PAA模板.图6所示为树杈型PAA制备的碳纳米管截面图.图6 树杈型PAA制备的碳纳米管截面图Fig.6 SEM image of cross-section of CNTs by using PAA template with tree-shape holes2.2 复合孔径结构的PAA模板Lee等[10]使用温和阳极氧化法（MA）和强烈阳极氧化法（HA）相结合，制备出复合孔径阵列结构的PAA.与温和阳极氧化产生的PAA孔相比，强烈阳极氧化所产生的PAA孔直径较小.通过反复进行这两个过程的阳极氧化反应，可以得到一个高度有序的、管径可调节的复合孔径阵列结构PAA，如图7所示.每个阶段的孔洞长度可以通过调节相应步骤的反应时间来控制.但这种阳极氧化方式需要更换电解液，实验操作上比较繁琐，并且只有两种突变的管径.图7 MA/HA交替的PAA截面图Fig.7 SEM image of cross-section of PAA by using MA and HA method alternatelyHo等[20]通过两次更换电解液得到具有复合孔径阵列的3层PAA模板，但孔洞的大小和数目不容易控制，其SEM图如图8所示.图8 三层PAA模板的SEM图像Fig.8 SEM images of PAA with three-tiered 2009年澳大利亚伊恩·华克研究所Losic等[21－22]使用周期性阳极氧化法制备出具有互通式纳米管道的复合纳米结构.即在阳极氧化过程中利用周期性恒压电源控制或恒流电源控制法，不仅可以控制管道的直径，同时可以控制其形貌.这种方法使用缓慢变化的阳极氧化电压或电流，使反应过程在软阳极氧化和硬阳极氧化之间不断变化，最终得到孔道呈周期性分布的PAA模板，如图9所示.图9 孔道周期性分布PAA的SEM图像Fig.9 SEM image of PAA with cyclic pores2.3 孔道方向与铝基底平行的PAA模板常规纳米PAA模板的孔道方向均垂直于铝基体表面，2005年法国巴黎理工大学Cojocaru等[23]通过恒压阳极氧化法，将一层薄铝箔夹在两层绝缘层（SiO2）之间，铝箔被SiO2包覆，只在侧面处与硫酸电解液接触，阳极氧化电场只能沿与铝箔表面平行的方向，最终在低电压（3～5 V）下得到了孔径在3～4 nm、孔道平行于铝箔表面的PAA模板.制备过程如图10所示.图10 孔道平行于铝表面的PAA示意图Fig.10 Schematic diagram of PAA withholes parallel to surface of aluminum2.4 孔道开口呈正方形或三角形的PAA模板众所周知，常规PAA模板纳米孔道的开口呈规则的六边形结构.Masuda等[24－25]提出，纳米孔道的开口形状由压痕点（孔道中心点）即由铝表面的排列图案决定，而压痕点的形状由“Voronoi划分”确定.Masuda等根据“Voronoi划分”改变SiC模具形状，将压痕点排列成正方形和石墨结构图案，制备出孔洞开口呈规则正方形或三角形等特殊形状的PAA膜，如图11所示.图11 孔洞开口呈特殊形状的PAAFig.11 SEM images of PAA with special holes2.5 孔道呈倒圆锥形的PAA模板2007年Masuda研究组[26]先在草酸溶液中阳极氧化，然后在磷酸中扩孔，这两个过程重复交替进行，制备出了高度有序的倒圆锥形孔道PAA模板.2012年中国科学院Li等[27]发现，倒圆锥形孔洞的开口尺寸随总扩孔时间改变，孔洞深度随总阳极氧化时间改变.于是，通过控制扩孔和氧化时间，本文得到了各种形状的倒圆锥形孔洞，如图12所示.图12 各种倒圆锥形孔洞Fig.12 Diverse profiles of taper-nanopores3 PAA的应用PAA膜具有很多优越的性能，如孔结构高度有序、孔径均匀、孔洞形貌可控、比表面积高等.此外，与光刻技术相比，多孔阳极氧化铝模板成本更低、制备工序更加简单，已被广泛地用于制造各种纳米结构材料.3.1 电磁方面Whitney等[2]采用以PAA作为模板的复型技术已经制备出了各种各样的纳米线和纳米管材料，例如Ag、Pt、Sn、C、TiO2、CuS、AgI等 [28－33].使用 PAA 模板制备的有序金属纳米线，可应用于微燃料电池[6]、磁记录介质[2]、电阻器、晶体管和纳米反应器等的制造，制备的导电聚合物纳米结构和碳纳米管[4－5]可用于电学、光学和光电性能.3.2 传感器使用PAA已开发出各种光学生物传感器 [34－35]和电化学生物传感器[36－37]. 光致发光（PL）生物传感器也已应用到氧化铝衬底上.2004年兰州大学Jia等[34]证明了通过引入蛋白质(如胰岛素或人血清白蛋白)，嵌入PAA膜纳米孔内染料（桑色素）的光致发光强度可以大大增强.为了提高葡萄糖生物传感器的分析性能，2003年华东师范大学Xian等[36]将普鲁士蓝（PB）电化学沉积到PAA模板孔内制成纳米电极阵列.PB沉积之前，通过真空蒸镀将一层薄金沉积到PAA膜的另一面.然后使葡萄糖氧化酶成功交联上PB 阵列.得到的PB纳米电极阵列呈现出一个较宽的线性标定范围（5.0 × 10－6～8.0 × 10－3M）和较低的检测范围（1 μM）.3.3 催化剂载体多孔氧化铝另一个重要的应用是作为催化膜[38]使用.由于材料的高比表面积，大量的酶或合成催化剂在高反应速率下可以在阳极氧化铝膜内固化.2006年美国密歇根州立大学的Dotzauer等[38]通过聚电解质层和PAA膜载体内金纳米粒子之间的吸附作用形成催化膜.该膜将4－硝基苯酚（4－NP）催化还原成4－氨基苯酚（4－AP）；在其它可还原的化合物（如氰基、苯乙烯基）存在下，该组制备的催化膜可选择性地催化还原硝基.3.4 分离工作此外，改变PAA的表面化学性质和孔径可以进行一系列精细的分离工作，包括对多价离子[39]、氨基酸[40]、蛋白质[41]和核酸[42]的分离.2006年美国阿拉莫斯国家科学实验室的McCleskey等[39]在纳米氧化铝表面沉积Au层，使得选择性分离膜的孔开口减小为7 nm.使用烷基硫醇对金涂层进一步官能化，三烷基膦氧化物的金属离子载体使得表面疏水.当采用硝酸铀酰和硝酸锂作为进料溶液、醋酸钠作为接收液时，通过磷酸盐或膦氧化物载体的促进输送，100%的金属离子都能够穿过膜.当铀离子和铕离子都存在于进料溶液时，铀离子的选择性高于铕离子，因为前者的离子选择性地绑定到了膦氧化物载体上.同时，膜上其他离子（如 H+、Ca2+、CH3COO－）运输受阻.2003 年日本NEC公司的Sano等[42]采用颗粒排除分离的方法，使用PAA膜作为DNA颗粒离析平台.在这种方法中，具有较小尺寸的DNA生物分子经常被困在孔隙中，因此通过通道时，洗脱速度比大的生物分子慢得多.3.5 生物医学多孔氧化铝基材料已被作为支架用于组织工程[43]，控制细胞进行表面交互作用.最近研究表明，该材料具有相当大的潜力作为药物或基因的转运载体，可控制治疗性分子的释放.2010年澳大利亚伊恩·华克研究所的Kant等[43]以SK－N－SH细胞作为神经元细胞模型，研究了各种PAA膜的孔结构对人神经母细胞瘤生长的影响.这项研究表明，孔结构对神经元细胞的取向和表型有直接影响，开拓了生物工程的可能性.该组在复合孔径和分叉结构表面上发现了最广泛的细胞反应.这种表面提供了最多的细胞附着、频繁的神经元状表型和大量的细胞间交互作用.2011年Aw等[44]探讨了药物纳米载体的洗脱性能，其中PAA作为治疗植入物，聚合物胶束作为模型纳米载体.等离子聚合物层在PAA膜内沉积的厚度不同，孔的直径可控，因此药物释放的速率可控.通过控制等离子体聚合物层沉积，PAA植入物达到良好的零级释放动力学是可能的.3.6 仿生学领域近年来，PAA模板在仿生学纳米材料领域也有着广泛的用途.自从2000年美国斯担福大学Autumn[45]证实壁虎自由行走在光滑表面是借助于范德华力后，许多研究人员尝试用PAA模板制作仿壁虎脚胶带，2003年，Campolo等[46]在孔径为200 nm、高60 μm的PAA模板涂覆聚氨酯溶液，得到了聚氨酯纳米阵列，但未对其粘附性能进行测试.2007年，新加坡南阳理工大学Kustandi等[47]在草酸电解液中使用不同温度得到两种PAA模板，并采用光刻工艺和紫外光压印技术制得层级结构.然后将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶液沉积到层次结构的PAA模板中，得到仿壁虎脚粘附阵列.但是，由于所制备膜上的支柱过于密集造成凝结，最终这些结构的粘附力没有精确地表现出来.2011年，新加坡南阳理工大学Ho等[8]将磷酸和草酸溶液中制备出的双层PAA模板放在一个250 μm厚的聚碳酸酯膜上进行热压纳米压印.得到粘附阵列的宏观粘附力为6.5 N/cm2，与壁虎脚毛的10 N/cm2在一个数量级.2012年，北京航空航天大学Liu等[48]将聚酰亚胺的预聚物旋涂到制备好的PAA 模板上，在平板玻璃基底上得到的聚酰亚胺薄膜对水具有很好的粘附性.本课题组正尝试用PAA模板制备仿壁虎脚粘附材料，并在该材料表面镀上金属镀层，实现自粘附表面生物电干电极，该电极能够应用于健康可穿监控系统当中[49-50].4 结束语从各种PAA模板的制备方法可以看出，无论是一般PAA模板制备，还是特殊形状PAA模板制备，影响PAA孔洞形貌尺寸的最主要因素仍然是阳极氧化的电场强度、氧化温度、电解液种类及浓度等.目前，世人仍未能洞悉PAA纳米孔洞的生长机理，没有一种理论能解释所有实验现象.随着研究的深入，PAA模板的调控和制备技术必然会有更新的突破.新型PAA模板的制备在光学、电学、磁学、仿生学、生物医学等纳米材料科学领域具有广阔的应用前景，对各种功能性纳米材料的开发具有巨大的促进作用.参考文献:【相关文献】[1]KELLER F，HUNTER M S，ROBINSON D L.Structural features of oxide coatings on aluminum[J].Journal of the Electrochemical Society，1953，100（9）:411-419.[2]WHITNEY T M，SEARSON P C，JIANG J S，et al.Fabrication and magnetic properties of arrays of metallic nanowires[J].Science（New 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利用阳极氧化法制备多孔氧化铝与表征特性分析
利用阳极氧化法制备多孔氧化铝与表征特性分析黑龙江大学 150080【摘要】随着纳米级多孔氧化铝膜的特殊性能在越来越多的领域，如微电子及电容器件和纳米材料的制备等方面，展现了更多的价值，人们也越来越关注纳米多孔氧化铝膜的工艺制备及应用。
本论文采用二次阳极氧化法制备纳米多孔氧化铝薄膜(Anodized Aluminum Oxide)，并研究实验条件对氧化铝膜形貌的影响，同时对多孔阳极氧化铝膜的性能及应用进行了论述。
通过实验条件的改进优化，以获得尽可能大面积的、孔洞呈理想规则排布的纳米多孔氧化铝薄膜。
在氧化装置中，以草酸溶液作为电解液，将高纯铝片进行二次阳极氧化，在其表面制备出30-40纳米孔径的、规则排布的纳米孔阵列薄膜。
采用扫描电子显微镜（SEM），观测薄膜微观形貌及表面特征，并进行分析。
设置三组不同的工艺参数（电解电压、电解质溶液浓度、氧化时间等），以考察更改这些工艺参数对薄膜微观形貌是否有影响以及产生什么样的影响。
【关键词】多孔氧化铝；阳极氧化法；SEM表征一多孔阳极氧化铝的研究背景及意义自20世纪20年代开始，多孔氧化铝的制备迅速发展。
伴随着人们逐渐深入了解铝的阳极氧化机理，人们越发认识到多孔阳极氧化铝的重要及其广泛的应用前景，进而越发开始进行研究。
伴随20世纪50年代开始各种优秀技术的发展，技术水平、探测科技越发进步，也为多孔氧化铝的研究提供了更多的观测方式。
依靠更先进的科技，人们对多孔氧化铝膜的形成机理、结构模型、制备工艺及实际应用等很多方面都做出了大量研究[1]。
Al2O3是一种有诸多适宜生产生活中应用的无机氧化物，不仅仅耐高温、抗腐蚀、绝缘性能好而且没有毒性比较清洁，在铝表面上氧化形成的Al2O3膜可以用在分离膜结构、电发光器件、传感器、催化剂及热交换器等多个领域[2]，除此之外也是性能极佳的防护装饰性膜层，因而其在实际生活中的应用已经遍及生物科学、环境保护、冶金化工、能源等各个方面[3]，尤其是胶囊形状的氧化铝薄膜在生物医用材料领域更是有着广泛的需求，吸引了材料学界人士的极大重视[4]。
多孔阳极氧化铝(PAA)模板制备方法的改进
多孔阳极氧化铝(PAA)模板制备方法的改进高明【摘要】通过改进制备方法成功制备出高度有序的多孔阳极氧化铝(porous anodic alumina,P从)模板.对称结构的电解池两侧容室使用等量的、相同浓度的稀硫酸电解液,能够同时对两片铝片接触电解液的面进行阳极氧化,更好的平衡了铝片两侧的压力,有利于提高所制备模板的有序度,同时提高了制备效率.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2016(029)001【总页数】3页(P17-18,39)【关键词】多孔阳极氧化铝;阳极氧化;制备方法改进【作者】高明【作者单位】北京科技大学物理系,北京100083【正文语种】中文【中图分类】O646多孔阳极氧化铝（porous anodic alumina，PAA）模板因其规则有序的多孔结构以及良好的物理、化学稳定性［1］而在纳米线材料制备方面有广泛的应用［2～6］和重要的地位。
近年来针对PAA模板制备工艺的研究不断取得进步和突破，二次阳极氧化法［7，8］和压印法［9］在提高PAA模板的有序度方面做出了重要贡献，硬质氧化［10］有效提高了PAA模板的制备速率。
H型电解池因其对称结构而在制备有序PAA模板方面具有一定的优势，本文使用H型电解池作为反应装置并对以往的制备方法和过程加以改进，使制备工艺得到进一步优化。
本文采用二次阳极氧化法来制备PAA模板。
铝片进行阳极氧化反应时会在氧化面形成带有垂直于表面的孔洞的氧化铝膜，如图1所示，第一次阳极氧化初期形成的孔洞有序度较低，随着氧化时间的增加孔洞逐渐加深，孔洞最深处的有序度会逐渐提高，此时除去已经形成的氧化铝层，铝片表面会得到规则度较高的凹坑阵列，接着进行第二次阳极氧化，新的孔洞会在凹坑的基础上继续生成并加深，从而得到孔洞有序度较高的PAA模板。
1.1 铝片的预处理铝片的预处理对PAA模板的有序度有很大的影响。
首先将高纯铝片（99.99%）加工成边长3cm的正方形，大小可以覆盖电解池中间连接处洞孔，并且与对接截面有适合的接触面积以保证铝片固定在电解池后能够密封不渗漏液体。
(修改稿)氧化铝纳米薄膜上荧光分子发光特性的研究
多孔纳米氧化铝薄膜上荧光分子的发光特性研究程玉乔a, b,杨耀忠*, b,牛春荣b,陈兴国a,胡之德aa兰州大学化学化工学院，兰州，730000，甘肃，中国b胜利油田地质科学研究中心，东营市，257015，山东，中国摘要：通过两步电化学阳极氧化技术制备了孔径为40nm的多孔纳米阳极氧化铝材料(AAO)，在AAO薄膜上分别填充了几种有机荧光分子使其形成高度有序的有机－无机复合体发光阵列，测定了此复合体的发射光谱。
结果表明，AAO薄膜对有机分子具有较强的结合能力，其结合能力来源于物理和化学的协同作用。
在AAO纳米薄膜上的有机荧光分子的最大发射波长均产生了明显的蓝移现象，初步探讨了此现象的机理。
有机分子填充进入高度有序的AAO纳米孔阵列之中时，有机分子的聚集形式会发生改变并且也是高度有序的，同时由于极化作用使有机分子沿着纳米孔的轴向具有相对优势的分子取向，这就使得有机分子在AAO纳米薄膜上形成了接近单分子层的高度有序的排列方式，增强了发光效率。
关键词：多孔纳米阳极氧化铝；荧光分子；光谱特性Photoluminescence Characteristics of Several Fluorescence Molecules on Nanometer Porous Alumina FilmCHEN Yu-Qiao a, b, Y ANG Yao-Zhong*, b, NIU Chun-Rong b, CHEN Xing-GUO a, HU Zhi-De a (a College of Chemistry and Chemical Engineering, Lanzhou University, Lanzhou,730000,Gansu Province, P.R.C.)(b Geological Scientific Research Institute, Shengli Oilfield, Dongying City,257015,Shandong Province, P.R.C)Abstract：Nanoporous anodic aluminum oxide (AAO), which average size of nanoporous is 40nm, was obtained by two-step electrochemical anodization aluminum process. Highly ordered nanometer porous organic- inorganic composite was fabricated by filling in AAO film with fluorescence molecules. The results show that AAO membrane has strong combination ability with organic molecule. The combination ability comes from the cooperation of physical and* Corresponding author, E-mail address: jgzzkcyq@, Fax: +86-931-8912582chemical actions. The maximum peak positions of emission spectra of fluorescence molecules on AAO film have blue shift. Highly ordered nanometer porous array changed the formation of molecule aggregating and stacking, and polarization leaded to a preferred molecular orientation along the pore axis. It could explain the mechanism of blue shift of molecular luminescence depending on its environment.Keywords：nanoporous anodic aluminum oxide; fluorescence molecules; photoluminescence characteristics纳米材料常常表现出一些新奇的特性，各国科技工作者开发了大量的新材料，并详细研究了这些纳米材料的力学、电磁学、光学、催化等物理化学性质，高度有序的多孔纳米阳极氧化铝(AAO)可以非常容易的通过阳极氧化技术从铝箔制备，被广泛的用作制造其他纳米材料的模板[1-4]。
阳极氧化 微结构
阳极氧化微结构
阳极氧化膜的微结构主要包括多孔型阳极氧化膜的微孔和阳极氧化膜的氧化物结构单元胞。
1. 微孔：多孔型阳极氧化膜的微孔是有规律地垂直于金属表面的孔形结构，直径一般小于20nm。
微孔的长度是直径的大约500倍以上，因此这个孔实际上应该说是一根细长的直管。
微孔的密度更是大得惊人，达到760亿个孔/cm²，形象地说一个大拇指盖上的微孔数是地球人口的10倍。
2. 氧化物结构单元胞：由于阳极氧化膜是非晶态的氧化物，因此不能称之为氧化物晶胞，而按国家标准语称之为结构单元。
纳米氧化铝薄膜
纳米氧化铝薄膜简介纳米氧化铝薄膜是一种由纳米级氧化铝材料制成的薄膜。
纳米氧化铝的粒径通常在1到100纳米之间，具有良好的热稳定性、机械强度和光学性能。
纳米氧化铝薄膜在聚合物复合材料、光电子器件和涂层技术等领域有着广泛的应用。
制备方法纳米氧化铝薄膜的制备方法多种多样，常见的方法包括溶胶-凝胶法、磁控溅射法、电化学沉积法等。
下面将详细介绍其中的几种方法：溶胶-凝胶法1.准备溶胶和凝胶：将铝盐与合适的溶剂混合，搅拌得到均匀的溶胶；加入适量的催化剂，使得溶胶能够迅速凝胶化。
2.涂覆基底：将准备好的溶胶涂覆在基底上，通过旋涂、刷涂等方法使溶胶均匀附着于基底表面。
3.热处理：将涂覆好的基底放入烘箱中，在适当的温度下进行热处理，使溶胶中的铝盐氧化生成氧化铝凝胶。
4.煅烧：将热处理后的基底放入高温炉中，进行煅烧，使氧化铝凝胶转变为稳定的纳米氧化铝薄膜。
磁控溅射法1.准备目标材料：将氧化铝粉末制备成块状的氧化铝靶材。
2.真空腔体：将含有氧化铝靶材的靶枪放入真空腔体中，确保内部形成高真空环境。
3.溅射：加入适量的气体（通常是氩气）并施加高频电场，使得氧化铝靶材表面的原子被电离和加速，撞击到基底上形成氧化铝薄膜。
4.磁控：在溅射的过程中，通过磁场的控制，可以调节溅射速率、改变薄膜结构和性能。
电化学沉积法1.准备电解液：将含有氧化铝前体的适当溶液制备成电解液。
2.设计电解槽：将基底和计数电极放入电解槽中，使其能够与电解液进行接触。
3.电沉积：通过外加电压，控制电解液中的阴、阳极反应，使氧化铝前体在基底上沉积形成薄膜。
4.后处理：对沉积好的薄膜进行退火或其他处理，以提高薄膜的结晶度和致密度。
应用领域纳米氧化铝薄膜在各个领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：聚合物复合材料纳米氧化铝薄膜可以用作聚合物复合材料的增强剂。
将纳米氧化铝薄膜添加到聚合物基体中，可以显著提高复合材料的力学性能、热稳定性和耐磨性。
光电子器件纳米氧化铝薄膜在光电子器件中有着重要的应用。
多孔阳极氧化铝(AAO模板)的应用
上海上木科技有限公司 多孔阳极氧化铝应用
简介
多孔阳极氧化铝（Porous anodic alumina, PAA,
或称为Anodic Aluminum oxide, AAO ）具有精
确的，不变形的蜂窝状孔结构，孔与孔之间
在侧面没有交叉和连接。
同时孔径分布均匀，
孔的高度可调，如示意图所示，这些特点使
其在多个方面有着广泛的应用。
根据工艺条
件不同，孔径可以调控在20-300nm 、孔间距
在50-600nm 、孔深在100nm-100μm 范围。
应用领域
∙ 纳米压印用模板，可以实现几个纳米到几百纳米孔径的阵列，主要用于高分
子材料表面压印
∙ 电沉积制备纳米线 / 溅射制备纳米点阵 / MBE 制备纳米点阵 / 溶胶凝胶法
制备纳米结构等，可以实现几个纳米到几百纳米孔径的纳米阵列 ∙ 纳米滤膜，可以实现几个纳米到几百纳米孔径的过滤 ∙ HPLC 流动过滤和排气
∙ 溶剂超净化
∙ 重量分析
∙ 脂质体分离
∙ 扫描电镜研究
∙ 细菌培养及分析
∙ 湿度传感器
∙
电镜样品支撑膜 ∙
隔热层 ∙
光子晶体 ∙
纳米反应器。
微米级多孔氧化铝
微米级多孔氧化铝1. 引言微米级多孔氧化铝是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其独特的物理和化学性质使其在许多领域中具有重要的应用潜力。
本文将对微米级多孔氧化铝的制备方法、性质及其应用进行全面详细、完整且深入的介绍。
2. 制备方法微米级多孔氧化铝的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、模板法和阳极氧化法等。
2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备微米级多孔氧化铝的方法。
该方法通过将金属盐或金属有机络合物与溶剂混合，形成稳定的溶胶，然后通过加热或蒸发使其凝胶化。
最后，通过煅烧去除有机物质，形成多孔氧化铝。
2.2 模板法模板法是一种利用模板来制备微米级多孔氧化铝的方法。
首先，选择一个具有稳定结构的模板材料，例如聚苯乙烯微球。
然后，将模板浸渍在金属盐或金属有机络合物的溶液中，使其吸附金属物质。
最后，通过煅烧去除模板材料，形成多孔氧化铝。
2.3 阳极氧化法阳极氧化法是一种利用电解沉积来制备微米级多孔氧化铝的方法。
该方法通常使用铝箔作为阳极，在电解液中进行电解沉积。
通过调节电解液的成分和工艺参数，可以控制多孔氧化铝的孔径和孔隙度。
3. 性质微米级多孔氧化铝具有许多优异的性质，使其在各种领域中得到广泛应用。
3.1 多孔结构微米级多孔氧化铝具有高度有序的多孔结构，具有大量的纳米尺寸孔道。
这种多孔结构使其具有较大的比表面积和丰富的表面活性位点，提供了良好的吸附和催化性能。
3.2 耐热性微米级多孔氧化铝具有良好的耐热性，可以在高温环境下稳定运行。
这使其在催化剂、传感器和高温材料等领域中得到广泛应用。
3.3 生物相容性微米级多孔氧化铝具有良好的生物相容性，可以用于生物医学领域中的药物传递、组织工程和生物传感器等应用。
4. 应用微米级多孔氧化铝在许多领域中都有重要的应用潜力。
4.1 催化剂由于其高度有序的多孔结构和丰富的表面活性位点，微米级多孔氧化铝被广泛应用于催化剂领域。
它可以作为载体或催化剂本身，用于催化反应、环境净化和能源转换等方面。
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多孔阳极氧化铝薄膜论文：微纳复合材料的制备与研究
【中文摘要】随着微米技术和纳米技术的成熟化、多样化和工业化,微纳复合技术和微纳复合材料应运而生。
微纳复合材料不仅具有特殊的结构,还包含了微米材料的特点和纳米材料的许多特殊性能,
使其在生物、药物检测等方面显示出了特殊的应用价值。
所以,在材料研究领域中微纳复合材料与技术已经成为了一个新的热点和方向。
本文基于多孔阳极氧化铝薄膜(Porous anodic alumina membrane, PAAM)的制备,对PAAM的制备工艺进行了论述,采用场发射扫描电镜(FE-SEM)对其形貌结构进行了表征,对其形成机理进行了详细的解释。
其次,采用化学刻蚀PAAM的工艺制备了多种低维氧化铝纳米材料,SEM表征形貌后分析了化学刻蚀PAAM形成低维氧化铝纳米结构的原因,并对阳极氧化铝进行不同温度的退火处理,得到了不同晶型的
纳米氧化铝。
第三,结合阳极氧化法和聚焦离子束(FIB)等微纳加工技术,在铝片表面制备了具有微米图形的多孔氧化铝薄膜,微米图形包
含线型和孔阵列型等。
第四,采用模板法,以有机聚合物PMMA复制多孔氧化铝薄膜,得到了具有纳米结构的PMMA薄膜；再采用具有微纳复合结构的氧化铝薄膜为模板,以PMMA复制其形貌后制备了具有微纳复...
【英文摘要】Micro-nano composite technology and micro-nano composite materials emerge inevitablely with the maturation, diversification and industrialization of the microtechnology
and nanotechnology. Micro-nano composite materials have specific applied worth in the field of biological and medical detection, because of it not only have the special structure but also combine many excellent features of micromaterials and nanomaterials. So micro-nano composite materials and technology have been a new hotspot and aspect in...
【关键词】多孔阳极氧化铝薄膜低维氧化铝纳米结构微纳复合结构纳米PMMA薄膜微纳沟道
【英文关键词】porous anodic alumina membrane (PAAM) low dimensional alumina nanostructure micro-nano composite structure nanoPMMA membrane micro-nano channel
【目录】微纳复合材料的制备与研究摘要
3-4ABSTRACT4第一章绪论8-14 1.1 微米材
料和纳米材料的定义及分类8 1.2 微米技术和纳米技术的特
点和应用8-9 1.3 微纳复合材料的特性和应用
9-10 1.4 本课题的研究内容和创新点10-12 1.4.1 本课题的研究内容10 1.4.2 本课题的创新点10-12参考文献12-14第二章多孔氧化铝薄膜的制备、表征与形成机理解释14-32 2.1 引言14-15 2.2 多孔氧化铝薄膜的制
备与表征15-23 2.2.1 制备多孔阳极氧化铝薄膜的实验条件15-16 2.2.2 多孔阳极氧化铝薄膜的制备工艺
16-18 2.2.3 多孔阳极氧化铝薄膜样品的表征
18-23 2.3 多孔阳极氧化铝薄膜的形成机理解释
23-28 2.3.1 氧化溶解理论24-25 2.3.2 自组织模型25-27 2.3.3 电流曲线研究27-28 2.4 本章小结
28-30参考文献30-32第三章低维氧化铝纳米材料的制备与研究32-46 3.1 引言32-33 3.2 低维氧化铝纳米材料的制备与表征33-36 3.2.1 低维氧化铝纳米材料的实验条件与制备工艺33 3.2.2 低维氧化铝纳米材料的表征
33-36 3.3 低维氧化铝纳米材料的形成机理解释
36-39 3.3.1 氧化铝纳米线的形成机理36-38 3.3.2 氧化铝纳米带和纳米颗粒的形成机理38-39 3.4 低维氧化铝纳米材料的结构及特性研究39-42 3.5 本章小结
42-43参考文献43-46第四章微纳复合氧化铝材料的制备与表征46-56 4.1 引言46 4.2 微纳复合氧化铝材料的制备工艺46-48 4.2.1 线型微纳复合氧化铝材料的制备工艺46-47 4.2.2 孔阵列型微纳复合氧化铝材料的制备工艺47-48 4.3 微纳复合氧化铝材料的表征48-53 4.3.1 线型微纳复合氧化铝材料的表征48-50 4.3.2 孔阵列型微纳复合氧化铝材料的表征50-53 4.4 本章小结53-54参考文献54-56第五章具有微纳复合结构的PMMA薄膜的制备与表征56-66 5.1 引言56-57 5.2 纳米PMMA薄膜的制备工艺与表征57-59 5.2.1 模板法制备纳米PMMA的工艺
57 5.2.2 纳米PMMA的SEM表征57-58 5.2.3 纳米PMMA
薄膜的其他表征58-59 5.3 具有微纳复合结构的PMMA薄膜的制备工艺与表征59-62 5.3.1 具有微纳复合结构的PMMA薄膜的制备工艺59-60 5.3.2 具有微纳复合结构的PMMA薄膜的表征60-62 5.4 本章小结62-63参考文献63-66
第六章总结与展望66-68 6.1 总结66-67 6.2 展望67-68攻读硕士学位期间取得的学术成果68-70致谢70。