多孔阳极氧化铝AAO模板的制备与特性研究.
多孔阳极氧化铝膜的制备及其性能表征的开题报告
多孔阳极氧化铝膜的制备及其性能表征的开题报告一、研究背景和意义多孔阳极氧化铝膜是一种具有特殊功能的纳米材料，它具有微米到纳米级别的孔隙结构，并且这些孔隙具有高度有序排列的特点。
这种材料具有较高的比表面积、良好的热稳定性、化学稳定性和光学透明性等优良性能，具有广泛的应用前景。
多孔阳极氧化铝膜可以应用于制备纳米传感器、储能器件、微纳加工模板、塑性记忆合金和太阳能电池等领域。
对多孔阳极氧化铝膜的研究已经有了很长时间，其中有许多制备方法和表征方法已经被发展。
例如模板法、电极沉积法、紫外光制备法和自组装法等制备方法，以及低角度X射线散射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和原子力显微镜等表征方法。
但是，仍然需要进一步的研究，以提高多孔阳极氧化铝膜的制备效率和性能，以及开发更多应用。
二、研究目的和内容本课题旨在研究多孔阳极氧化铝膜的制备方法和性能表征方法，并探索其在储能和传感领域的应用。
本课题的具体内容包括以下几个方面：1.多孔阳极氧化铝膜的制备方法优化。
首先选择适当的电解液组成，控制电解液的温度、电压、电流密度和时间等参数，以获得高质量的多孔阳极氧化铝膜。
2.多孔阳极氧化铝膜的表征方法研究。
采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、低角度X射线散射和透射电子显微镜等表征方法，对多孔阳极氧化铝膜的结构、形貌、孔径分布和孔隙率等进行分析和表征。
3.多孔阳极氧化铝膜在储能和传感领域的应用研究。
探索多孔阳极氧化铝膜在储能器件和传感器件中的应用，如锂离子电池、超级电容器和热敏电阻等。
三、研究方法和技术路线本课题的研究方法主要包括以下几个方面：1.多孔阳极氧化铝膜的制备。
采用电化学腐蚀法制备多孔金属铝材料，然后通过阳极氧化处理制备多孔阳极氧化铝膜。
2.多孔阳极氧化铝膜的表征。
采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、低角度X射线散射和透射电子显微镜等表征方法，对多孔阳极氧化铝膜的结构、形貌、孔径分布和孔隙率等进行分析和表征。
3.储能和传感器件性能测试。
AAO模板制备条件的研究
价 值Ｉｏ 引
制备简单 ， 孔洞有序性好， 良好 的热稳定性 和化 有 学稳定性 ， 其优 良的结构形态在其功能性应用 中具 有独特的优越性【。 ¨ 利用 Ａ Ｏ模板的有序纳米孔道 Ａ
ＡＡ Ｏ模 板是 高纯 铝 片经 过 去油 污 、电抛 光 、 阳 极 氧化 、 次 阳极 氧化 、 阻挡 层 而 得 到 的具 有 高 二 去 度规则 结 构 的氧化 铝 薄膜 。其 孔径 大小 主要 与 电 解 液 的种类 和 浓度 有 关 ， 时也 受 电压 、 度 、 同 温 氧化 时 间的影 响 。此外 ， 化 时两 电极之 间 的距 离 、 氧 铝 片 的大 小 以及 铝 片 的前 处 理 等 也 对 氧 化 铝模 板 的 形成也 有 一定 的影 响 。铝片 的纯度 对膜 孔 的大小一
ｄ Ｓ ｍ－． Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｏ ｉａ ｉｎ； ｎ ｄ ｃ ａ ｕ ｎ ｍ ｘ ｄ ； ａ ｏ ｔｒａｓｏ ｔ ｃｕ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｎ ｄ ｚ ｔ ｏ ａ ｏ ｉ ｌ ｍｉ ｕ ｏ ｉ ｅ ｎ ｎ ｍａｅ ｉ ｌ ｆｓｒ ｔ ｒ ｕ
多孔 氧化 铝 （ｎｄｃａ ｍｉｕ ｘ ｅＡＡ ） 板 ａｏｉ ｌ ｎｍｏｉ ， Ｏ 模 ｕ ｄ
（ 深圳大学 化 学与化 工学院 深期 市功能高分子重点实验室 ， ｌ 广州 深圳 摘
要 ： 了得到高 度有 序的多孔 阳极 氧化铝 （ｎｄｃａ ｍｉｕ ｘ ｅＡ Ｏ） 板 ， 为 ａ ｏｉ ｌ ｎ ｍ ｏｉ ， Ａ 模 ｕ ｄ 本文分 别研究氧化 电
压、 氧化温 度 、 电解液种类 、 电解液浓度等影 响因素对 阳极 氧化铝模板形成 的影响 ， 利用扫描电镜 （Ｅ 观 察 ｓ Ｍ） 不同条件下氧化铝膜 的微 观结构 ， 从而得 出了阳极 氧化铝模板 的最佳制备工艺范 围： 温度 ０ ２ ％， 化电压 ￣０ 氧 ３～ｏ （ ５ ５ Ｖ 依所需孔径而言 ）电解液种类草酸 ， ， 电解液浓度 ：． ｏ・ｍ 。 ０３ ｌｄ ～ ｏ ｔ 关键词 ： 阳极氧化 ； 多孔氧化铝 ； 纳米结构材料
AAO模板的制备及其应用
纳米材料研究领域 的一个热 点… 。 由于模 板分布 的有序化 程度 膜顶 部的有序性较差 ，所 以将 一次 氧化后 的铝 片置 于 ８０￣Ｃ的磷
决 定了在孔洞 中生长 的纳 米线 的性能 ，所 以制 备高质 量 的模 板 酸 （６ｗｔ％ ）和铬 酸（１．８ｗｔ％ ）混合溶液 中将 一次膜腐 蚀掉 。二 次
就具有特别的重要性 。
阳极 氧化 是 在 六 角 形 凹坑 阵 列 结 构 的 表 面 上 进 行 的 ，条 件 和 一
本 文 首 先 介 绍 了 在 草 酸 溶 液 中 制 备 的 ＡＡＯ 模 板 的 工 艺 过 次 氧 化 一 样 ，时 间为 ｌＯｈ。
程 ，并用 ＳＥＭ 对其进行 了形 貌 表征 ，最后 简 单介 绍在 有序 纳米
本实验采用二次 阳极 氧化 法来制 备 阳极 氧化 铝模板 。图 １ 是 二 次 阳 极 氧 化 装 置 及 工 艺 流 程 图 。用 直 径 ３５ｍｍ 的 铝 圆 片 做
图 １ 阳极 氧 化 铝 模 板 制 备 装 置 示 意 图
Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ａｎｏｄｉｃ ＂ａｌｕｍｉｎａ ｔｅｍｐｌａｔｅ
用 。
关键 词 ：二次阳极氧化；氧化铝模板；纳米材料
Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＡＡＯ Ｔｅｍ ｐｌａｔｅ
Ｍ Ｏ Ｒｕｎ —ｗｅｉ ． Ｕ
（１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００３； ２ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００３，Ｃｈｉｎａ）
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]。
阳极氧化铝模板(aao)的制备与应用研究
标题：深度探究阳极氧化铝模板（AAO）的制备与应用研究一、概述阳极氧化铝模板（AAO）是一种具有微孔结构的材料，由于其独特的性质在众多领域展现出了巨大的应用潜力。
本文将深入探讨AAO的制备方法和其在各个领域的应用研究。
二、AAO的制备方法1. 模板法制备模板法是制备AAO的常见方法，通过模板的作用，在铝基底上形成一定孔径和密度的孔洞结构。
该方法可以利用硬模板或软模板，如聚苯乙烯球和聚苯乙烯磺酸钠等，通过控制模板的大小和形状来调控AAO 的孔洞结构。
2. 自组装制备自组装是一种简单高效的AAO制备方法，通过表面张力和化学吸附等现象，使得前驱体在铝表面形成规整的排列。
随后进行阳极氧化处理，即可得到具有有序孔洞结构的AAO材料。
3. 氧化还原制备氧化还原法是将铝箔经过预处理后，在氧化液中进行氧化还原反应，从而形成具有孔洞结构的AAO材料。
这种方法制备的AAO具有高度可控性和规整性，能够满足一些特殊应用的需求。
三、AAO在材料科学中的应用研究1. 纳米材料制备AAO模板具有均匀、有序的孔洞结构，可以用作纳米材料的制备模板。
通过在孔洞中填充各类材料并去除模板，可以制备出具有规整结构和特殊性能的纳米材料，如纳米线、纳米颗粒等。
2. 光伏领域应用AAO的孔洞结构对光子在介质中的传播和反射具有一定影响，因此在太阳能电池、光子晶体和光子晶格方面具有重要应用潜力。
通过调控AAO的孔洞结构和尺寸，可以提高光电转换效率和光学性能。
3. 储能材料研究AAO的孔洞结构可以用于储存和传输离子或分子，因此在储能材料领域有着广泛的应用。
通过在孔洞中填充导电材料或特定离子，可以制备出具有高效储能性能的新型材料。
四、结语通过对AAO的制备方法和应用研究的探讨，我们可以看到AAO具有广阔的应用前景和重要的研究价值。
在未来的科研工作中，我们需要深入研究AAO在材料科学、光伏领域和储能材料等方面的应用，同时不断改进制备方法，以推动其在实际应用中发挥更大的作用。
多孔阳极氧化铝模板的制备研究
首都师范大学学报（自然科学版） Journal of Capital Normal University
（ Natural Science Edition）
No. 5 Oct. ，2010
多孔阳极氧化铝模板的制备研究
王书霞 甄 营 王 海
（ 首都师范大学物理系，北京 100048 ）
8
序反应逐渐向有序反应过渡. 阳极氧化电流存在一 定 的 波 动 ，但 由 于 孔 的 加 深 增 加 了 电 阻 ，故 此 阶 段 的 电流比上一阶段的最高电流要略低；第四阶段（ 曲 线 D-E） ，电流稳定阶段，即稳态孔结构的形成阶段.
图 2 不同氧化电压下的电流 － 时间曲线
由图 2 还可看出，稳态电流随着氧化电压增大 而增大. 阳极氧化发生的主 要 化学 反应 由 下 式表 达 ： ［11，12］
30 V 时，氧化 铝 模 板 孔 阵 列 的 有 序 性 较 差，孔 径 尺
寸分布范围较宽：从 25 nm 到 57 nm 均有分布，峰值
出现在 43 nm . 根据多孔氧化铝模板形成的自组装
机制，低电 压 时 氧 化 比 较 缓 慢，由 于 体 膨 胀 应 力 较
小，不足以使纳米孔有序分布. 由图 4（ b） 可看出：氧
关 键 词 ：多 孔 阳 极 氧 化 铝 ，二 次 阳 极 氧 化 法 ，草 酸 ，纳 米 孔 阵 列 . 中图分类号：TB 383
0引言
阳极氧化铝模板是一种自组装的六边形密排纳 米孔阵列结构［1 ～ 3］，具 有 制 备 简 单、成 本 低 廉、孔 径 和孔深可调、热化学 性 能 稳 定 等 优 点 而 被 广 泛 用 于 合成一维纳米 材 料，如 碳 纳 米 管［4］、纳 米 点［5］、纳 米 线［6］等，并 成 为 当 今 纳 米 材 料 研 究 领 域 的 一 个 热 点. 此外，阳极氧化 铝 模 板 具 有 很 高 的 孔 密 度，一 般 达 109 ～ 1012 个 / cm2 ，在 磁 记 录、太 阳 能 电 池、催 化 剂 、光 电 转 换 器 等 方 面 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 .
AAO模板的制备与应用
第二阶段：生成的致 密氧化铝膜会和电解 液发生反应，被酸部 分溶解。
第三阶段：当溶解到一定程度时，铝表面会生成规则排列的空点， 称为孔核，这是孔道生长的基础。因为在孔核里，原来均匀分布的 电场将会集中，从而使孔核底部的溶解速率增加，同时由于在孔核 内电场较其它地方更强，电流更大，所以局部温度升高，加快了底 部的反应过程。于是由于孔核底部溶解速度较之侧壁更快，孔核便 会不断生长，成为孔道。在阻挡层的生成速度和溶解速度持平时， 孔道进入稳定生长阶段。
临界电流密度模型 临界电流密度模型：这种模型认为， 对于阳极氧化来说，总存在一个临 界电流密度，在电流大于临界电流 时，氧化过程为致密氧化铝的生长 过程，此过程的电流效率为100%； 在电流小于临界电流时，为多孔氧 化铝的生长过程，此过程的电流效 率小于60%。
应力模型 应力模型：这种模型认为，在铝与电 解液发生反应生成氧化铝的过程中， 由于生成氧化铝的体积比原来铝的体 积大，所以在小孔周围会有膨胀应力， 应力作用使小孔按照能量最低的原则 排列为六角形状。
铝箔的X射线衍射图谱。(a)退火前，(b)退火后
退火后铝箔的表面形貌图
超声清洗
超声清洗主要是为了除去表面可能存在的油脂和尘 埃，为获得光滑平整的表面做准备。在没有除脂的情况 下，可以预期，铝表面会有吸附的灰尘以及一些有机物。 并且难以判断它们的体积大小，最有可能的情况是各种 杂质对于体积大小有一个分布，在纳米量级以上各个阶 段都存在，而影响最大的应该是有机物。无机物在抛光 过程中很可能被除去，而有机物由于附着力大以及不参 与阳极反应的缘故，在阳极氧化的过程中也会存在。由 于难以完全确定有机物的种类，故它们对成核和孔道生 长的影响难以判断。不过可以相信，有机物的存在，会 在一定程度上影响有序孔道的生长。
氧化铝模板的制备及其应用
AAO 模板的制备及其应用李晓洁 张海明 胡国峰 李育洁 （天津工业大学 理学院 天津 300160）摘要：AAO 模板由于其价廉，制备工艺简单，以及特殊的结构和多样的组装方法得到了广泛的研究和应用。
本文主要介绍了AAO 模板的制备方法、影响因素，和其在纳米组装体系中的应用，包括纳米线，纳米管，量子点和“电缆式”层状纳米材料等。
关键词：二次阳极氧化 氧化铝模板（AAO ） 纳米材料Fabrication and application of AAO templateLi Xiaojie Zhang Haiming Hu Guofeng Li Yujie(TianJin Polytechnic University College of Science 300160)Abstract: Key words:自1953年Keller 等[1]首先报道了用电化学的方法制备了多孔氧化铝膜以来，这种具有独特结构的被广泛用于各种纳米结构材料的制备。
多孔氧化铝模板（AAO ）具有独特的结构，紧靠铝基体表面是一层薄而致密的氧化铝阻挡层，上面则是较厚且疏松的多孔层，多孔层的膜胞是六角密堆排列，每个膜胞中心有一个纳米级的孔道，孔径一般为5-200nm ，多孔层的厚度一般为1-50μm ，且孔基本与表面垂直。
这种特异的结构使得这种多孔膜在纳米结构有序阵列的制备中发挥着独特的优势，因而也成为当前纳米材料与技术研究的热点之一。
它的优点是：(1)制备工艺简单、孔径大小均匀可调、价廉；(2)AAO 模板本身耐高温、绝缘、在可见和大部分红外光区透明；(3)适用于金属、合金、非金属、半导体氧化物和硫化物、导电高分子、高分子聚合物等多种材料的组装；(4)适合制备纳米粒子直径大小一致的单分散阵列体系，去除AAO 模板得到纳米粒子、线、棒和管纳米结构单元，复制金属和高分子聚合物等模板；(5)采用层层组装，可制备同轴纳米套管(或电缆)等纳米结构材料；(6)可通过改变模板内被组装物质的成分和纳米颗粒的形状比来调节纳米结构材料的性能。
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①文章编号:1009-0568(200403-0024-05多孔阳极氧化铝(AAO 模板的制备与特性研究张景川石鲁珍(塔里木农垦大学文理学院,新疆阿拉尔8433001引言阳极氧化通常指通过电化学氧化使作为阳极的金属表面生成氧化膜的工艺。
这一工艺已广泛应用于铝、铜、镁以及其他各种合金的表面精饰,在电解电容的制造、金属装饰材料的表面染色、提高零件的表面性能(抗蚀、耐磨、绝缘等以及制造光电介层等方面得到了大量的应用[1]。
阳极氧化铝(Anodizing Aluminum Oxide 简称AAO 模板,按照其结构特征可以分为致密无孔的“障壁型”膜和有均匀空洞的“多孔型”膜两种。
形成的阳极氧化层的类型依赖于氧化时的各种因素。
其中最重要的因素是电解质类型。
在对氧化层溶解能力差的电解溶液中,阳极氧化形成被称为“障壁型”的无孔膜。
而在对氧化层稍有溶解的溶液中,阳极氧化则形成“多孔型的氧化膜”。
这类电解质很多,工业常用的有硫酸、铬酸、草酸、磷酸等。
图1多孔阳极氧化铝结构示意图“多孔型”氧化膜在氧化形成过程中有相对稳定且高的电流通过,由此可得到连续膜层的生长。
其结构如图1所示:多孔阳极氧化铝具有较高的研究价值。
前人对阳极氧化多孔层的特征参数受各种条件的影响已有很多报道[2]。
阳极氧化铝模板的形成涉及到物理、化学方面诸多复杂的原理,对其形成机理的研究已有很多报道[3~4]。
多孔阳极氧化铝(AAO 成为一种广泛研究课题已具有40多年的历史。
1955年加拿大R oycspooner 以硫酸溶液作为电解液,深入讨论了影响阳极氧化铝模板生长的电解液浓度、温度、氧化时间、电流密度等因素,[6]1970年,O ’sullivan 和W ood [7]利用孔尖的电场分布模型理论解释了阳极氧化铝模板生长机理和阳极氧化铝模板具有较小孔径、较高孔隙率的成因,[8]1990年Digbyd.macdonald [9]就氧化层孔洞形成提出了如下机理:因为点阵排布高度混乱,金属空位缺陷成正离子在易于缺陷扩散的氧化层下凝聚,由此引起氧化层局部脱离金属基板,从而在锥形脊部位的金属层较其他周围金属极板难以氧化。
这一机理解释了在某些电解质中氧化层孔隙的存在和方棱柱形孔洞的形成过程。
近年来,随着对阳极氧化铝研究的深入,出现了许多报道有关模板成孔机理的文章,并且在此研究的基础上制备孔洞高度有序、孔径可调的阳极氧化铝模板。
1995年Masuda 和Fukuda K 等人[10]首次采用二次氧化法过程制备了孔道近乎六边形结构紧密排布的阳极氧化铝模板,他们将氧化时间延长到10个小时用化学方法除去氧化层,然后在相同的条件下再一次氧化几分钟,得到高度有序的多孔氧化铝模层。
后来很多文章重复报道了此方法,取得了很好的结果[8,11]。
1997年Masuda [12]等人在J.Electrochem.①收稿日期:2003-12-09作者简介:张景川(1977-,男,助教,主要从事大学物理的教学与研究工作。
第16卷第3期2004年9月塔里木农垦大学学报Journal of T arim University of Agricultural ReclamationV ol.16N o.3Sep.2004S oc 上发表了关于铝阳极氧化过程种孔道结构的“自取向”生长的详细过程时,他们在Appl .Phy.Letter [13]上发表了有关按膜法-阳极氧化法制备高度有序氧化铝模板。
这一研究在阳极氧化铝模板制备工艺中属于首创,为下一代微电子技术的发展提供了有利途径。
在以上的研究基础上,Alabama 大学的Feiyue Li [14]等人利用原子力显微镜等手段详细研究了阳极氧化过程中孔道的有序程度与阳极氧化时间、温度以及铝基在氧化前的预处理的关系。
在总结前人工作基础上提出了更好的机理来解释有序孔道的形成。
其研究结果表明:阳极氧化铝模孔道的有序度随着阳极氧化时间和温度的增加而趋于更加有序化;阳极氧化开始时孔洞密度大且极为无序,随着阳极氧化的进行,孔洞分布密度下降且有序度增加;电化学抛光处理铝基片后会在铝表面生成极小的氧化层和孔洞“成核点”是阳极氧化开始时孔洞形成的活性点;孔道底部电场强度增加以及酸性溶液对铝局部的溶解作用是孔道纵向生长的动力。
利用阳极氧化铝模板具有均匀而有序的多孔结构这一独特性质,近年来已在纳米有序阵列加工与纳米电子学、绝缘学、催化、染色等方面得以广泛利用[16~19]。
本文通过控制阳极工作电压,改变阳极氧化工艺条件,控制氧化时间,利用一次氧化和二次氧化过程成功制备了不同孔径、孔隙率的阳极氧化铝模板,即很好地验证了前人的工作,又有了新的收获。
进一步研究了氧化过程中电压、电解质溶液、温度、氧化时间及其基片预处理等因素对阳极氧化铝模板生长的影响。
经过一些阳极氧化铝电镜图片对其结构特性作了进一步的研究,得到较好的结果。
2实验过程2.1AAO 模板的制备2.1.1模板基片的制备将高纯(99.999%以上铝箔裁剪成尺寸为25mm ×10mm ×0.31mm 的基片,先用细绒布轻擦基片进行机械抛光,然后碾平。
制好的基片依次在三氯乙烯(或三氯甲烷或无水乙醇和氢氧化钠溶液中用超声脱脂清洗约10分钟,取出后用二次水淋洗干净,然后在15%氢氧化钠(NaOH 的溶液中静置约5分钟以除去表面的氧化物,最后用去离子水淋洗后在高氯酸与无水乙醇的混合溶液(体积比:1:4中进行电化学抛光(电压15伏,电流0.3-1A ,时间约1分钟,抛光后的样品可适当用0.1M 的氢氧化钠(NaOH 溶液处理,以除去抛光时表面生成的氧化物。
再用去离子水冲洗干净,氮气(电吹风吹干。
2.1.2AAO 基片进行一次氧化按照表1在两种酸性电解质溶液中分别对基片进行阳极氧化,目的是研究阳极氧化电压,电解质对模板参数的影响。
图2是在恒定电压下铝片在阳极氧化过程中氧化电流随时间变化曲线。
表1阳极氧化条件及有关模板叁数电解板电压(V 温度(℃时间(H 孔径(nm 0.3M Oxalic acid 40143400.3M Oxalic acid 60143601.2MSulfurie acid 1903150.3M Sulfurie acid 2603202.1.3AAO 模板基片进行二次氧化对进行电抛光后的基片先在0.3M草酸中一次氧化10h 以上,用去离子水淋洗后把基片放入1.5wt %的铬酸混合液同时加热到60℃,用化学溶解的方法除去一次阳极氧化多孔氧化铝层,并在裸露的铝基底上再进行第二次阳极氧化。
氧化时间为15分钟,且二次氧化时阳极氧化条件与第一次氧化条件完全相同。
2.2对二次氧化后的AAO 模板基片进行脱膜把二次氧化后的基片用去离子水冲洗后在基片表面贴上一层保护膜,然后放入饱和的HgC L 溶液中发生汞齐化反应,除去未氧化的铝基,可得到带有阻挡层的微米级厚度的多孔氧化铝薄膜(厚度与氧化时间、电压等因素有关。
再将得到的氧化铝膜层通过氩离子束减薄,可得到透射电子显微镜(TE M 下可观察的样品。
如果需要除去阻挡层,可将氧化铝薄膜放入5wt %磷酸中,在30℃浸泡5~10分钟,既可以除去阻挡层,又可以对微孔进行扩孔。
从而可得到孔径高度有序排布的多孔氧化铝模板。
52第3期张景川等:多孔阳极氧化铝(AAO 模板的制备与特性研究2.3实验仪器、试剂及实验装置2.3.1仪器WY J -45型晶体管直流稳压电源(天津市无线电元件厂制造;日本电子公司(J E O L ;J E M -1200EX ΠS (9100E DAX 型分析透镜(SE M ΠTE M ΠAFM 。
2.3.2试剂铝片(纯度99.999%;三氯乙烯(纯度98.0%;HC LO 4(纯度98.0%;乙醇(纯度98.0%;氢氧化钠(分析纯;磷酸(纯度85.0%;硫酸(分析纯;草酸(分析纯;CrO 3(分析纯氯化汞(分析纯2.4AAO 模板的电镜表征对一次氧化后的基片通过大量的去离子水淋洗后用氮气吹干,对较大孔径的模板直接可通过扫描电子显微镜(SE M 观察型貌。
如图1为多孔阳极氧化铝上表面及底部的扫描电子显微镜(SE M 形貌图。
图4是二次氧化下得到的阳极氧化铝表面原子力显微镜(AFM 形貌图。
图2阳极氧化电流随时间变化曲线3实验结果与讨论3.1阳极氧化过程分为三个部分由图2表示的阳极氧化电流随时间变化曲线可知整个氧化过程可分为三个部分:氧化一开始,回路中有很大电流通过。
紧接着电流随时间降到最低点,并在阳极氧化铝表面形成一层氧化铝膜(如A -B过程;由于电解液作用使部分氧化铝膜溶解,电场底部均匀导致了氧化铝模局部形成孔隙(如B -C过程;当氧化层厚度达到某一临界值后电解液开始在阻挡层表面规则排列的点处溶解出最初的孔核,使得原来均匀的电场集中在孔底区域,从而使阻挡层溶解速率和铝基界面处氧化铝生长速率大大增强。
经一段时间后,溶解速率和生长速率达到动态平衡,电流趋于稳定(如C -D -E 过程。
因此多孔层底部铝基的氧化生长过程与孔道底部氧化铝溶解过程是一动态平衡过程,从而使阳极氧化过程中孔道纵向生长。
以上阳极氧化铝生长机制为电场支持下的溶解模型[20]。
3.2AAO 模板长时间自组织形程高度取向近乎精确六方形结构3.2.1一次氧化初期AAO 模板表面孔洞呈随机分布图3一次氧化的氧化铝模板表面形貌AAO 图像通过对图3中阳极氧化铝模板上表面形貌表征图孔洞的孔径及孔密度的统计表明:模板上表面微孔几乎呈随机分布,孔径大小不均匀。
说明在阳极氧化过程中,起初在铝基表面形成的孔核是随机分布的,孔核在自组生长或集结时导致孔洞也随机分布。
3.2.2阳极氧化过程中孔道的生长由无序到有序实验表明:阳极氧化时间越长,孔道生长和布局更有序。
图4是在不同氧化时间下得到的阳极氧化铝表面形貌[(A 3h ;(B 15h ],发现经过长时间阳极氧化后,氧化铝阻挡层的平整度,以及孔洞排布趋于高度有序化。
为了得到表面平整、孔道高度排布有序阳极氧化铝模板,在一次阳极氧化得到高度有序的孔道排布的基础上,用化学溶解法除去一次阳极氧化多孔氧化铝层,在裸露的铝基底上进行第二次阳极氧化。
图5是本实验中制备的高度有序多孔氧化铝模板的原子力显微镜(AFM 形貌图,该图都是一些高度有序的照片,从图中可看到,每个孔道周围都有相应的严格对称的孔道,直径基本相同。
所有孔洞在较大区域内严格呈六方形紧密结构分布。
62塔里木农垦大学报第16卷A B图4 A 、B 分别表示二次氧化3h 和15h 的氧化铝模板表面形貌的AF M图C D图5 C 、D 分别表示经长时间氧化后形成的高度有序的氧化铝模板表面形貌AF M 图3.3AAO 模板结构参数可控3.3.1电解液类型和阳极氧化电压是影响孔洞参数的主要因素从表1中0.3M 草酸与1.2M 硫酸中阳极氧化电压与多孔膜参数的关系表明:在特定的电解质中,多孔氧化铝膜层的孔洞大小、“晶泡”[16]大小、孔隙率随阳极氧化电压的升高而增加。