多孔材料-阳极氧化铝
多孔阳极氧化铝
多孔阳极氧化铝 porous anodic alumina ,简称PAA, 是将高纯铝置于酸性电解液中在低温下经阳极氧化而制得的具有自组织的高度有序纳米孔阵列结构.它由阻挡层和多孔层构成， 紧靠金属铝表面是一层薄而致密的阻挡层， 多孔层的膜胞为六边紧密堆积排列 ，每个膜胞中心都有一个纳米级的微孔， 孔的大小比较均匀， 且与铝基体表面垂直 ，彼此平行排列 。
由于多孔阳极氧化铝膜制备工艺简单孔的形貌和大小还可以随电解条件不同在较大的范围内进行调控， 此外其独特的结构特性和较好的热稳定性， 使其成为一种理想的合成纳米线， 纳米管等多种纳米结构材料的模板。 如把间规苯乙烯利用毛细管作用直接注入不同孔径的多孔阳极氧化铝膜中制备了不同直径大小的间规苯乙烯纳米棒。
1． 阳极氧化铝的制备
目前多采用草酸， 硫酸， 磷酸为电解液， 用硫酸制得的多孔氧化铝膜孔洞之间的距离最小约60nm,用草酸制得的孔洞间距一般是 95nm 左右 ，而用磷酸制得的孔洞间距最大约为 420nm， 而且孔洞间距随电压升高会有所增大，传统方法中 ，阳极氧化均在零度以上进行 很多研究已表明在零度以上来改变温度对多孔氧化铝的形貌没有太大影响 。
1.1实验方法与步骤
（1） 试样预处理
将铝片在温度为 500 摄氏度氮气保护下退火 5h， 以消除冷轧时铝片中产生的应力和晶粒破损等缺陷。增大晶粒尺寸 ，把退火后的铝片依次用去离子水乙醇
丙酮超声清洗各 2min 以除掉铝片表面的有机污染物。 将经过上述处理的铝片在常温下用高氯酸乙醇混合溶液， 进行电化学抛光电压为 60V 时间为 10 min
（2） 两步阳极氧化
分别在 20。 和-10。下进行阳极氧化第一步阳极氧化是将预处理后的铝片于温度20。 0.3M 的草酸水溶液中进行阳极氧化， 铂电极作阴极， 电压为 40V， 氧化时间为 6~8h， 将第一步阳极氧化后的样品用去离子水冲洗干净 。置于 1.8%的铬酸 H2CrO4 和 6%的磷酸 H3PO4 混合溶液中在60摄氏度下浸泡 10h， 以除去第一步氧化所形成的氧化膜将经过上述处理后的样品用去离子水洗净， 进行第二次阳极氧化， 氧化时间为 8h 。其余条件与第一次氧化时间相同另取一经过预处理的铝片在-10摄氏度 下采用0.3mol/L草酸的乙二醇与水的混合溶液，
体积比 2︰3 ，作电解液进行两步阳极氧化。 其余条件与前面相同
（3） 剥离未氧化的铝基片
用两种方法剥离未氧化的铝基，第一种是在经过两步阳极氧化的样品上表面涂上一层指甲油， 再将其置入 CuCl2 与盐酸的混合溶 液 中。 100mLHCl(38%)
+100mLH2O +3.4gCuCl2+2H2O 在 15 下约 3h 后， 取出用去离子水冲洗。另一种是将经过两步阳极氧化的样品置于高压釜中，加入 10mL 乙醇在 180。 下反应约 20h 将所获得的多孔氧化铝膜取出用去离子水清洗多次。
2.阳极氧化铝的性质
(1)孔径均一 ,排列有序 ,孔密度高 ,可获得其他样模。法无法得到的高质量纳米线阵列;
(2)可采用不同的阳极氧化和电沉积工艺条件来改变纳米线的尺寸、 结构 , 调节方式灵活简便;
(3)电化学的常温制备方法简单易行 ,可大大减少环境污染和生产成本 。
将金属和半导体微粒电沉积到阳极氧化铝模板上 ,制备出高度有序的一维金属纳米线阵列 , 使之赋予光、 电、磁、 催化等特性 ,可用于制备垂直高密度介质、 光学器件、 功能电极、 太阳能选择吸收膜等。
3. 多孔阳极氧化铝模板的应用
多孔阳极氧化铝模板上制备出的不同直径和长度的纳米管或纳米线阵列;所制备的纳米线有着光、 电、 磁、 催化等特性 ,具有广泛的用途及发展前景。阳极氧化铝膜的功能化应用最初作。为涂装底膜 , 至上世纪 80年代 , 开始利用氧化膜制备一些具有特殊性能的氧化物薄膜 ,如磁性薄膜、 光学及光电子元件、
选择性吸收膜或作为某些反应的催化剂载体。上世纪 90年代开始采用以多孔阳极氧化铝为模板向其中电沉积金属或半导体材料 ,制备一维有序纳米线阵列。
3. 1 磁学方面
目前 ,已有不少科研工作者将钴、 铁、 镍等铁磁性物质电沉积到 AAO模板上柱状孔内 , 制备出高度有序的纳米线阵列。钴纳米线阵列具有较高的垂直磁各向异性 ,可作为高密度有序磁存储介质 ,制造超高密度磁存储器。铁磁性纳米线阵列的易磁化轴沿着纳米线方向 ,垂直于样品表面 ,纳米磁性微粒的单畴特
性表现为矫顽力较大。由于纳米线直径很小 ,接近于磁性微粒的单畴尺寸 ,所以在纳米线阵列中可获得较大的矫顽力。对于长径比超过一定范围的单根磁性金属纳米线 ,若只考虑形状的各向异性 ,在理想的单畴情况下 ,沿易磁化方向 ,磁滞回线应为完全矩形[ 3 ]。
3. 2 光学方面
利用阳极氧化膜的透光性、 光吸收性、 光各向异性 ,向其中电沉积 Cu和 Au等金属微粒制备了纳米粒子与 Al 2O3的组装体系 ,对其光吸收测量表明 ,组装体系光吸收带边随金属沉积量和尺寸而变化 ,从而实现了光吸收带边的调制 ,可应用于不同波段的光滤器。此外 ,不同种类的金属复合介质膜层具有不同的介
电性质 ,对光的吸收具有不同的选择性 ,使膜层具有一定的色调和对一定光波段的选择吸收特性。这可用于制备不同色调的装饰性薄膜和用作可见光区对某一波段电磁波吸收的材料。当光线斜射至沉积金属微粒的多孔氧化铝膜时 ,在近红外区域能获得偏光性能 ,可用于制备高质量的偏光镜。在阳极氧化铝的多孔膜中电沉积金属 Au,可得到 Au - Al 2O3复合材料。随着 Au微粒大小的变化 ,这种材料可以是红色、 紫色 ,或深蓝色。
3. 3 束状微电极方面
以 AAO为模板制备的金属纳米线束状微电极 ,具有信噪比低、 电催化活性高等特点 ,不仅可用作性能要求优良的二次电极的正极 ,还对一些有机小分子电催化氧化有着较高的活性。以AAO为模板 ,向其纳米微孔中电沉积 Ni,Au等金属微粒 ,可制备出高性能的金属纳米线电极。孙景临等[ 5 ]制备出了镍纳米线电极 ,并测定其对乙醇电催化氧化的动力学参数。循环伏安法试验结果显示 ,镍纳米电极对乙醇的氧化峰电流密度较镍块体高出一个数量级 ,对乙醇的电化学催化氧化具有很高的催化活性。这进一步证实了镍纳米电极是一种具有应用价值的电催化剂。
3. 4 太阳能选择吸收膜方面
太阳能选择吸收膜材料要求在太阳能放射光谱域有较高的吸收率 ,在热放射谱域的放射率尽可能小。在磷酸中阳极氧化形成的多孔氧化铝膜内电沉积镍 ,获得对太阳能选择性的吸收膜。由反射光谱检测及太阳能和热反射结果表明 ,这种膜对太阳能具有较为理想的选择吸收性。朱祖芳采用交流电沉积的方法 ,在磷酸电解液中溶入了铁粉制备氧化铝膜。这种改良的电解液在不改变膜直径大小的基础上 ,不仅使得膜层变厚 ,而且使镍更易于电沉积 ,提高了镍的沉积率。此外 ,交流电沉积要比传统的直流电沉积投资少 ,费用低。
3. 5 其他方面
AAO法在光电元件、 储电池、 气体和湿度传感器等方面都有应用[ 7 ]。李发伸等在具有纳米孔洞的 AAO膜板上以热解乙烯为催化剂制备出高度有序的碳纳米管 ,在不同的电解质溶液和氧化电压下制备不同孔径和尺寸的 AAO模板 ,在模板孔中电沉积出不同直径 (与模板孔径相一致 )和形状 (垂直 , Y形或树状 )的碳纳米管 ,它可广泛应用于电子、 机械和能源储备等领域。
4. 结语和展望
AA0模板虽然已经投入生产 ,但是还停留在基础研究阶段 ,限于现阶段 AAO模板缺乏韧性、 制备周期长、 未能精确调控长径比的缺陷 ,使 AAO模板组装纳米材料的研究受到制约。但其特殊的光学、 磁学、 电学和催化性能还存在着广阔的发展和应用前景 ,所以如何优化 AAO模板 ,使其具备一定的韧性、 缩短制备周期是 AAO模板走向应用的关键。为此必须考虑以下两个问题:
(1)考虑到 AA0膜质脆 ,易碎裂 ,所以通过掺杂或其他方法改进模板的本身的力学性能和弹性 ,可以促进 AAO模板在更广阔领域内的研究和使用;
(2)由于制备 AAO模板的周期较长 ,所以在短时、 高效的条件下制备 AAO模板是亟待解决的问题。
因此 ,如何制作大面积高度有序的阵列膜 ,如何精确控制AAO模板的孔洞生长 ,注重 AA0模板在交叉学科中的应用 ,如生物、 医学等 ,是未来的拓展方向 ,研究和开发真正具有一定功能的纳米器件是将来的发展趋势。相信通过科研人员的不断努力 ,改善 AA0模板的韧性 ,缩短其成品周期 ,很快就可以使 AA0模板在生产和科研领域得到更加实际和广泛的应用。
无阻挡层多孔阳极氧化铝膜板的制备
徐国荣等：无阻挡层多孔阳极氧化铝膜板的制备
无阻挡层多孑Ｌ阳极氧化铝膜板的制备
徐国荣 ，任凤莲。，司士辉。
（１．湖南科技大学化学化工学院，湖南湘潭４１１２０１；２．中南大学化学化工学院，湖南长沙４１００８３）
摘 要： 提出一种在中性的ＫＣ１溶液中用多孔阳极
氧化铝作阴极，通过电解在阴极产生ＯＨ一腐蚀阻挡
层，制备无阻挡层氧化铝模板的新方法。用扫描电镜
对模板进行了表征。结果表明，在草酸溶液中，制得的
氧化铝模板孔径为７０～８０ｎｍ，孔间距为ｌ３０ｎｍ，孔密
度约８×１０ ／ｃｍ。，这种方法去阻挡层不扩大模板孔
径，不影响纳米孔的纵横比。无阻挡层的氧化铝模板
适合于直流电沉积和无电沉积金属纳米材料。
关键词： 多孔阳极氧化铝；电解；纳米材料
中图分类号：ＴＱ１５３．６ 文献标识码：Ａ
文章编号：ｌ００１－９７３１（２００６）０４－０６２７－０３
１ 引 言
利用模板组装有序体系是２０世纪９０年代发展起
来的前沿技术。它的优点是可以根据需要设计、组装
各种材料的纳米有序结构。多孑Ｌ阳极氧化铝ＰＡＡ
（ｐｏｒｏｕｓ ａｎｏｄｉｃ ａｌｕｍｉｎａ）具有垂直于膜面且呈有序平
行排列的六角柱型纳米孑Ｌ洞，孑Ｌ道大小均匀，孑Ｌ径、孑Ｌ
深可调，已成为制备一维纳米材料常采用的模板［１］。
多孔阳极氧化铝的结构由３部分组成，外层是多孑Ｌ氧
化铝层，厚度为几个微米至几个毫米，与氧化时间有
关；里层是没有氧化的铝基体；在多孔层与铝基体之间
是氧化铝阻挡层，厚度在ｌ０～１００ｎｍ之间，与氧化电
压有关。用电化学方法在ＰＡＡ模板中组装纳米材料
可分为交流法和直流法。交流法不需要将模板从铝基
体上剥离，方法简单、快速，缺点是孑Ｌ道中不能填满金
属纳米粒子，且沉积电压较高［２ ］。直流法一般是将
ＰＡＡ模板从铝基体上剥离、通孔（去阻挡层），然后在
模板的一面通过离子喷射或热蒸镀一层金属薄膜作导
电层Ｌ５ ］。用该方法纳米粒子可以填满孔道，沉积电
纳米级多孔氧化铝膜的制备
第７卷第４期 ２００８年１２月 材料与 冶金学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｖｏ１．７ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２００８ 纳米级多孔氧化铝膜的制备 张瑜，薛向欣，刘 欣，赵林 （东北大学硼资源生态化综合利用技术与硼材料辽宁省重点实验室，沈阳１１０００４） 摘要：首先选用磷酸和丙三醇对铝基片进行电化学抛光，之后以草酸为电解液，利用电化学阳极氧化法制 备多孔有序阳极氧化铝阵列模板，用高倍扫描电镜对其形貌进行表征．研究了电解电流、电解液浓度、温度 等条件对氧化铝膜结构的影响．结果表明：用丙三醇与磷酸（体积比为９：１）作为电化学抛光液对铝基片 进行抛光，抛光效果明显，铝基片的表面洁净；说明了电流、浓度、温度等对氧化铝膜的影响． 关键词：纳米结构；多孔氧化铝；阳极氧化 中图分类号：ＴＱ １５３．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—６６２０（２００８）０４－０２８０－０３ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｎｏ－—ｐｏｒｏｕｓ ａｌｕｍｉｎａ ｍｅｍｂｒａｎｅ ＺＨＡＮＧ Ｙｕ，ＸＵＥ Ｘｉａｎｇ－ｘｉｎ，ＬＩＵ Ｘｉｎ，ＺＨＡＯ Ｌｉｎ ｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ ｋｅｙ Ｌａｂ ｆｏｒ Ｅｃｏｌ ｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｏｒｏｎ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ＆Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｎｏｒｔｈｅｓｔｅｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０００４．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｎａｎｏ—ｐｏｒｏｕｓ ａｌｕｍｉｎａ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｏｘａｌｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｌａｔｅ ｗａｓ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ１ｙ ｐｏｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｇｌｙｃｅｒｏ１．Ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｗａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｌａｔｅ ｃａｎ ｂｅ ｃｌｅａｎｅｄ ｏｕｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈｏｆｅ ａｃｉｄ ｔｏ ｔｈｅ ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｉｓ ９／１ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｂａｔｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｏｄｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ ａｓ ｗｅｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏ—ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｏｒｏｕｓ ａｌｕｍｉｎａ ｍｅｍｂｒａｎｅ；ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ 近些年来，由于多孔阳极氧化铝膜的自组织 性，高有序性，纳米孔径可调节等特点，越来越多地 被应用于研究开发多种新型功能材料¨ Ｊ．阳极氧 化制备多孑Ｌ阳极氧化铝膜的方法最为常见，在制备 过程中，现有的报道集中于恒定电压，并且二次阳 极氧化时间较长；本文以草酸电解液，采用电化学 阳极氧化法，恒定电流，二次阳极氧化的时间均为 １ ｈ，成功制成了多孑Ｌ阳极氧化铝膜，具体分析了阳 极氧化铝的多孑Ｌ结构与阳极氧化电流、温度、电解 液浓度等存在着一定相关性，并用高倍扫描进行形 貌分析，为进一步改进和完善ＡＡＯ（ａｎｏｄｉｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ）膜的制备提供一些有意的参考． １ 实验 １．１实验仪器及材料 实验所用仪器包括型号为ＢＬ一２２０Ｈ的精密 电子天平，型号为ＳＬ７９—１６４的真空电阻炉，上海 博讯事业有限公司ＬＴ一１００５低温恒温槽，昆山 市超声仪器有限公司ＫＱ—ＩＯＯＫＤＥ型高功率数 控超波清洗器，易事特电力系统技术有限公司 ＷＹＫ一１５０２０一Ｈ直流稳压电源．并利用日本岛 津公司ＳＳＸ一５５０高倍扫描电子显微电镜（ＳＥＭ） 对ＡＡＯ膜进行分析，北京时代之峰科技有限公司 ＴＴ２６０覆层测厚仪测量ＡＡＯ膜厚度．用纯度为 ９９．７％的铝片做阳极，阴极极板为铅板，以０．３ ｍｏｌ／Ｌ草酸为电解液． １．２试样前处理 １．２．１退火处理 将厚度为０．５ ｍｍ、纯度为９９．７％的铝裁成 规格为２０ Ｘ ３０的基片，放人真空电阻炉中，退火 处理在５００ ｏＣ下保温３ ｈ，以消除内部应力及其他 缺陷，防止氧对铝内部的进一步氧化． 收稿日期：２００７－０９－２０． 作者简介：张瑜（１９８１一），女，辽宁沈阳人，东北大学博士生，Ｅ—ｍａｉｌ：ｎｉｈａｏ９９８５＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ；薛向欣（１９５４一），男，辽宁沈
纳米多孔阳极氧化铝模板的制备方法及应用的研究进展
第３２卷第４期 ２０１３年８月 天 津 工 业 大 学 学 报
ＪｏＵＲＮＡＬ ｏＦ ＴＩＡＮＪＩＮ ＰｏＬＹＴＥＣＨＮＩＣ ＵＮⅣＥＲＳＩＴＹ Ｖｏ】．３２ Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ ２０１３
纳米多：ＦＬＩ３Ｂ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
（天津工业大学纺织学部，天津３００３８７）
摘要：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．
关键词：多孔阳极氧化铝；纳米模板；制备方法；特殊形状；应用
中图分类号：ＴＱ１５３．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＰＡＡ ｔｅｍｐｌａｔｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＺＨＡＯ Ｔｉｎｇ－ｔｉｎｇ，ＬＩＵ Ｈａｏ，ＬＩ Ｊｉｎ，ＫＡＮＧ Ｗｅｉ－ｍｉｎ，ＷＥＩ Ｓｈａｎｇ－ｚｈｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ａｎｏｄｉｅ ａｌｕｍｉｎａ（ＰＡＡ）ｔｅｍｐｌａｔｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｕｌｌｙ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｔａｉｎ ｍｉｌｄ
ａｎｏｄｉｚａｔｉｏｎ，ｈａｒｄ ａｎｏｄｉｚａｔｉｏｎ，ｔｗｏ—ｓｔｅｐ ａｎｏｄｉｅ 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
铝阳极氧化工艺基本原理
铝阳极氧化工艺基本原理
概述
铝阳极氧化是一种将金属铝表面产生一层氧化膜的工艺，以提高铝的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性和增加装饰效果的方法。本文将介绍铝阳极氧化的基本原理及其工艺流程。
基本原理
铝阳极氧化的基本原理是通过控制电流和电压，将铝制品作为阳极，在电解液中进行电解，形成一层氧化膜。牺牲阳极的过程中，阳极氧化的速度与阳极表面的阳极氧化电流密度成正比。在电极表面生成的氧化膜往往是多孔的，并具有较高的硬度和耐腐蚀性。 工艺流程
铝阳极氧化的工艺流程一般包括预处理、阳极氧化、封孔和染色四个步骤。
1. 预处理
预处理步骤主要包括清洗和脱脂。清洗的目的是去除表面的灰尘、油脂和其它杂质，以保证铝制品表面干净。脱脂则是为了去除表面的油脂和有机物，以提高阳极氧化的效果。
2. 阳极氧化
阳极氧化是铝制品在电解液中进行的过程。通常选用硫酸、硫酸铬或硫酸加氧化剂等成分的电解液。在电解液中，铝制品作为阳极，电流通过时，在阳极表面形成一层氧化膜。氧化膜的厚度可以通过调节电压和电流密度来控制。 3. 封孔
氧化膜形成后，需要进行封孔处理。封孔是为了填充氧化膜中的孔隙，提高氧化膜的密度和耐蚀性能。常用的封孔方法有热水封孔、镉封孔和镍封孔等。
4. 染色
染色是为了提高铝制品的装饰效果。染色的目的是通过染料渗入氧化膜中，使其具有不同的颜色。常用的染料有有机染料和无机染料。染色后还需要进行密封处理，以保持染色层的稳定性。
应用领域
铝阳极氧化工艺广泛应用于航空航天、电子、化工、建筑等行业。其具有增强铝制品表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性的特点，因此可以应用在飞机零部件、电子设备外壳、建筑装饰材料等领域。 结论
铝阳极氧化是一种通过电解液中进行电解反应，在铝制品表面形成一层氧化膜来提升铝制品性能的工艺。工艺流程包括预处理、阳极氧化、封孔和染色等步骤。铝阳极氧化在航空航天、电子、化工、建筑等行业中有着广泛的应用。通过铝阳极氧化，可以提高铝制品的耐磨性、耐腐蚀性和装饰效果，满足不同领域中的需求。
铝合金阳极氧化及着色
1 前言
铝及其合金材料由于其高的强度/重量比，易成型加工以及优异的物理、化学性能，成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。然而，铝合金材料硬度低、耐磨性差，常发生磨蚀破损，因此，铝合金在使用前往往需经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性，减少磨蚀，延长其使用寿命。在工业上越来越广泛地采用阳极氧化的方法在铝表面形成厚而致密的氧化膜层，以显著改变铝合金的耐蚀性，提高硬度、耐磨性和装饰性能。
阳极氧化是国现代最基本和最通用的铝合金表面处理的方法。阳极氧化可分为普通阳极氧化和硬质阳极氧化。铝及铝合金电解着色所获得的色膜具有良好的耐磨、耐晒、耐热和耐蚀性，广泛应用于现代建筑铝型材的装饰防蚀。然而，铝阳极氧化膜具有很高孔隙率和吸附能力，容易受污染和腐蚀介质侵蚀，心须进行封孔处理，以提高耐蚀性、抗污染能力和固定色素体。
2 铝及铝合金的阳极氧化
2.1 普通阳极氧化
铝及其合金经普通阳极氧化可在其表面形成一层Al2O3膜，使用不同的阳极氧化液，得到的Al2O3膜结构不同。阳极氧化时，铝表面的氧化膜的成长包含两个过程：膜的电化学生成和化学溶解过程。只有膜的成长速度大于溶解速度时，氧化膜才能成长、加厚。普通阳极氧化主要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化和磷酸阳极氧化等，以下介绍一些普通阳极氧化新工艺[骐骥导航：机械网址导航]。
2.1.1 宽温快速阳极氧化[1]
硫酸阳极氧化电解液的温度要求在23℃以下，当溶液的温度高于25℃时，氧化膜变得疏松、厚度薄、硬度低、耐磨性差，因此在原硫酸溶液中加入氧化添加剂对原工艺进行改进，改进后的溶液配方为：
硫酸（ρ＝1.84g／cm3）150－200g／L（最佳值160g／L）
CK－LY添加剂 20－35g／L （最佳值30g／L）
铝离子 0.5－20g／L （最佳值5g／L）
CK－LY氧化添加剂包括特定的有机酸和导电盐，前者能提高电解液的工作温度，抑制阳极氧化膜的化学溶解，在较高的温度下对抑制氧化膜疏松有良好的作用；后者能增强电解液的导电性，提高电流密度，加快成膜速度。该添加剂溶于硫酸电解液，对电解液中的金属离子有络合作用，使溶液中铝离子的容忍量提高，氧化液的寿命延长，操作温度可达30℃以上，而普通硫酸氧化工艺21℃以上就必须开冷水机；同时减少了氧化时间，并可获得高质量的氧化膜。
纳米多孔阳极氧化铝膜形貌的控制研究
２００８年・第４期 技术与研究 中国材料科技与设备（双月刊）
纳米多孑Ｌ阳极氧化铝膜形貌的控制研究
周兴海 ，涂益友，陈先艳
（东南大学 江苏省先进金属材料高技术研究重点实验室，江苏 南京 ２１１１８９）
摘要：采用３８ｇ／Ｉ 的草酸溶液为电解液，制备了孔洞规则有序，孔径和厚度均一可控的氧化铝模板，并研究了阳极氧化工
艺对阳极氧化铝膜形貌的影响。实验结果表明，采用３８ｇ／Ｉ 的草酸溶液作为电解液，经两步法阳极氧化可制得孔径均一，排
列规则的多孔阳极氧化铝膜。随着氧化电流密度的升高，氧化膜孔径逐渐增大。电流密度过大，反应放热严重，氧化铝膜孔
径均匀性，孔洞形状规则性和有序性都下降。在恒电流密度条件下，氧化膜厚度随着氧化时问的延长呈线性增长，但对氧化
铝膜孔径影响较小。 关键词：阳极氧化；纳米多孔氧化铝膜；形貌控制
中图分类号：０６４６．５４ 文献标识码：Ａ
０ 引言
２Ｏ世纪末，随着纳米技术的发展，铝阳极氧化膜有序的 纳米多孔结构引起国内外研究者的广泛关注。利用多孔氧
化铝为模板制备低维的光学、电学、磁性纳米材料，已显示了 很好的技术和应用前景１］。］。１９９５年，Ｍａｓｕｄａ等人首次报
道了两步法合成多孔阳极氧化铝，他们合成的氧化铝膜由高
度有序的六角密排的孔道组成 ］。两步５Ｈ极氧化法的提出
极大地推动了多孔阳极氧化铝膜的制备及应用研究。美国
研究者Ｍａｒｔｉｎ创造性地将多孔型的阳极氧化铝膜作为模板 应用于纳米材料的合成中Ｅ ｓ］。白此，电化学腐蚀阳极氧化铝
膜引起了物理学家、化学家以及材料学家的广泛重视，并迅
速成为人们的研究热点。近年来，以多孔阳极氧化铝为模
板，已经成功制备出了一维金属或半导体纳米管／纳米线，一
维有机纳米管／纳米线，金属纳米点列阵等纳米材料 ］。
但是，日前制备孔洞规则有序，孔径和厚度均一可控的
氧化铝模板仍然存在较多问题＿１ ］。本文拟采用草酸为电
解液制备纳米阵列高度有序的多孔氧化铝模板，开展阳极氧
阳极多孔氧化铝的斜孔形成过程及机理
助 材 料 ２０１０年第８期（４１）卷
阳极多孔氧化铝的斜孑Ｌ形成过程及机理
于治国 ，刘荣海 ，周建军 ，赵 红 ，华雪梅 ，刘 斌 ，谢自力
修向前 ，宋雪云。，陈 鹏 。，韩 平 ，张 荣 ，郑有蚪
（１．南京大学物理系，江苏省光电功能材料重点实验室，江苏南京２１００９３； ２．南京电子器件研究所，江苏南京２１００１６；３．南京大学扬州光电研究院，江苏扬州２２５００９）
摘 要： 研究了在草酸、磷酸不同电压条件下，阳极
氧化铝（ＡＡＯ）的孔结构特点。在较高电压下（６０～
１２ＯＶ），孔发生倾斜，并随电压的增大而加剧。通过建 立与阻挡层／金属界面的应力有关的流模型对这一现
象进行解释，并发现孔倾斜是ＡＡＯ从无序到有序的
一个自组织的现象。 关键词： 阳极多孔氧化铝；斜孔；应力；流模型
中图分类号： Ｏ６４６ 文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—９７３１（２Ｏ１０）Ｏ８—１３０２—０４
１ 引 言
人们对不同条件下阳极多孔氧化铝（ＡＡＯ）的研 究已经超过了５Ｏ年 ］，由于相对规则的孔分布以及高
长径比等优点，已经作为模板在纳米材料的制备方面
得到越来越多的关注 。一 。１９７０年，Ｏ Ｓｕｌｌｉｖａｎ和 ＷｏｏｄＬ８ 提出一个模型来解释自组织孔阵列的形成。
这个模型以电场辅助溶解和电场辅助氧化为基础说明
孔的形成原理ｉ。 。１９９２年，Ｖ．Ｐ．Ｐａｒｋｈｕｔｉｋ和Ｖ．Ｉ．
Ｓｈｅｒｓｈｕｌｓｋｙ通过理论计算给出了孔曲率、阻挡层厚度
与电压、溶液的关系，理论值与实验值吻合得相当成 功ｌ１ ，但是，他们并没有解释为什么氧化铝的孔排列
可以高度有序。１９９８年，Ｏ．Ｊｅｓｓｅｎｓｋｙ等对ＡＡ（）的
形成机理进行了补充，他提到，孔之间的排斥力是由阻
挡层／金属界面的应力引起的，并把应力作为有序 ＡＡｏ形成的根源ｌ１ 。２００６年，Ｓ．Ｊ．Ｇａｒｃｉａ—Ｖｅｒｇａｒａ
等发现在阻挡层／金属界面存在氧化物流动的现象，流 动沿着界面向两侧的孔壁进行口 。尽管Ｏ．Ｊｅｓｓｅｎｓｋｙ
多通孔阳极氧化铝膜的制备
第２７卷第１期 四）１１理工学院学报（自然科学版） Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．１ 兰Ｑ 兰±三旦 ２ 竺型！ ！ 旦 ！竺 ！ １ １：垒垦 ！！ 墨ｌ ！ ：型 ！ ！ ！：兰 ！ ２ ２ ： ： ！ 文章编号：１６７３－１５４９（２０１４）０１－０００８－０４ ＤＯＩ：１０．１１８６３／ｊ．ｓｕｓｅ．２０１４．０１．０３
多通孔阳极氧化铝膜的制备
陈虹，张进喜，汤秀华
（四川理工学院材料与化学工程学院，四川自贡６４３０００）
摘要：通过两步阳极氧化法由铝片制得高度有序的多孔氧化铝膜（ＰＡＡ），采用高电压瞬时脉冲法 分离出完整而独立的多通孔氧化铝模板。用ＳＥＭ对其表面进行分析，结果表明用瞬时电压脉冲法可以 很好地分离出完整的通孔膜，且膜质量很高。孔直径为４０～５０ ｎｍ，孔间距为９０～１０５ ｎｍ，膜厚度为２５ ｌｘｍ左右，孔密度高达１．３４ Ｘ １０“’个／ｃｍ 。通过４次阳极氧化的时间电流密度曲线对比，表明两步阳极氧 化可以制得高度有序的ＰＡＡ膜。 关键词：氧化铝；两步阳极氧化；ＰＡＡ膜；瞬时电压脉冲 中图分类号：ＴＢ３８３ 文献标志码：Ａ
引言
多孔氧化铝膜（ＰＡＡ）包含一系列的圆柱六边形 孔洞，孔洞直径４０～２００ ｎｍ大小，孔密度达ｌ０ ～ １０“个／ｃｍ ，孔深达０．１～３００ ｕｍ １－３］。孔密度和大
小是由阳极氧化电压和电解液的种类所调控，而膜 的厚度则可以通过阳极氧化过程中调节电流控制。 正是由于这种材料的可控性和孔洞的有序性 Ｊ，特 别是它能够作为模板生产纳米点、纳米线、纳米棒， 其已经引起了人们越来越多的兴趣与关注 。在 过去的几十年里，为了生产或者改善多孔氧化铝膜， 人们提出了许多的方法：Ｔｈｏｍｐｓｏｎ最早在“Ｔｈｉｎ ｓｏｌｉｄ ｆｉｌｍ”上发表了一篇关于铝生成阳极氧化铝膜的文 章 。Ｍａｓｕｄａ提出了两步氧化成型生产阳极氧化铝 膜的方法 。 。最近，人们发现，改变传统的工艺条 件可以得到三角形和多边形的氧化铝孔洞 ］。制 备薄膜的工艺条件对最终阳极氧化薄膜的质量影响 很大。为制备高度有序的ＰＡＡ膜，系统地研究工艺 条件对膜质量的影响至关重要。目前，已经有了大 量有关氧化铝薄膜制备方面的报告，但它们大都集 中在讨论电压、电解液种类和氧化时间等工艺参数 对膜质量的影响¨ ” ，以及一些关于ＰＡＡ形成机理 的文献¨ ，而有关氧化次数对膜质量影响以及膜 分离技术方面的报告却很少。 本文利用阳极氧化的方法，制得了多孔阳极氧化铝 膜，并采用高电压瞬时脉冲法分离出了较完整的多通孔 膜，讨论了两步阳极氧化法对于生成高质量ＰＡＡ膜的合
多孔阳极氧化铝膜厚度影响因素
第６３卷第２期 ２ ０ ｌ １年５月 有 色 金 属 ＮｏｒｌｆｅＩＴＯＵＳ Ｍｃｔａｌｓ Ｖｏ１．６３，Ｎｏ．２ Ｍａｖ ２ Ｏ ｌ １ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—０２１１．２０１１．０２．０２１ 多孔阳极氧化铝膜厚度影响因素 王晓燕 ，翟秀静 ，张延安 ，符 岩 ，郑 双 （１．东北大学，沈阳１ １ ０００４； ２．沈阳航空工业学院，沈阳１ １ ００３２） 摘 要：以Ｈ，ＳＯ 为电解液对高纯铝箔进行阳极氧化，用涡流测厚仪分析制备工艺参数对多孔氧化铝膜厚度的影响。结果 表明，在一定电解液浓度及电解电压下，氧化铝膜厚度随电解液浓度及电解电压的增加而增大，但过高的电解液浓度及电解电压 均会造成氧化铝膜的快速击穿。氧化铝膜厚度随电解时间的增加而增大，但初期的增长速度较快，后期随电解时间的增加变化缓 慢。在一定温度范围内氧化铝膜的厚度随温度的升高而增加。 关键词：无机非金属材料；多孔氧化铝膜；电解液浓度；电解电压；电解时间；电解温度 中图分类号：ＴＧ１４６．２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—０２１１（２０１１）０２—００９０—０３ 拥有高度有序纳米级微孔的阳极氧化铝膜在纳 米功能材料研究领域得到了非常广泛的应用，包括 纳米光热转换材料、纳米磁性材料、纳米催化材料、 碳纳米管等，此外还可用于纳米分离膜、太阳能选择 性吸收膜及光子晶体制备等方面 。多孔阳极氧 化铝膜的微孔孔径一般在零点几纳米到几百纳米之 问，通过改变诸多制备工艺参数实现自由调控，膜厚 度一般介于十几微米到几十微米之间，通过制备工 艺参数的改变也可获得不同厚度的理想氧化铝膜。 在硫酸电解液中对高纯铝箔进行阳极氧化，考 察分析了硫酸浓度、电解电压、电解时间等工艺参数 对多孔氧化铝膜厚度的影响。 ｌ 实验方法 １．１试验材料及阳极氧化过程 以厚度０．５ｍｍ的高纯度（９９．９９％）铝箔为材 料，裁成５０ｍｍ×３０ｒａｍ的样品。先将铝箔包封好的 试样４５０℃退火处理４ｈ，然后在丙酮中超声除油 １０ｍｉｎ，蒸馏水清洗。再用１ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ溶液浸 泡１０ｍｉｎ，以去除铝表面的自然氧化层，蒸馏水清 洗。在温度８０℃下进行电化学抛光，抛光液由无水 碳酸钠（１５％）与磷酸钠（５％）配制，电磁搅拌，抛光 电压１３ｖ，时间５ｍｉｎ，蒸馏水清洗，电吹风吹于。 对预处理后的试样进行阳极氧化，以环氧树脂 胶包封保护不需氧化一侧（氧化后用环氧树脂胶特 收稿日期：２００９—０６—２１ 作者简介：王晓燕（１９７２一），女，辽宁黑山市人，讲师，博士，主要从 事空间材料及能源材料等方面的研究。 效溶解液溶解去除），电解液为０．８ｍｏｌ／Ｌ的硫酸溶 液，不锈钢做阴极材料，试样的氧化面积控制为 ３０ｍｍ×３０ｒａｍ，氧化时间４ｈ，蒸馏水清洗。饱和氯 化铜溶液中浸泡以去掉未氧化铝层，蒸馏水清洗。 ３０￣Ｃ下用Ｈ ＰＯ 与Ｃｒ ０，组成（质量分数分别为 ６％与１．８％）的清洗液中浸泡通扩孔，时间３０ｒａｉｎ， 蒸馏水清洗。 １．２氧化铝膜厚度的测定方法 扫描电镜观察了多孔阳极氧化铝膜的微观形 貌，结果表明，在一定工艺参数范围内制备的多孔氧 化铝膜均具有较为规则ｆＪ Ｊ Ｊ 的纳米级微孔，在此基 础上研究工艺参数对氧化铝膜厚度的影响。采用 ＭｉＮｉｔｅｓｔ ２１００电涡流测厚仪测量多孔型阳极氧化铝 膜的厚度，在每个样品正面取５个点进行测量，取平 均值作为多孔阳极氧化铝膜的厚度。 ２试验结果与讨论 ２．１ 电解液浓度的影响 以硫酸为电解液，电解电压２０Ｖ、温度７℃、电 解时问３ｈ时，经一次阳极氧化，考察电解液浓度对 多孔氧化铝膜厚度的影响。多孔氧化铝膜厚度与电 解液浓度的关系曲线见图１，在所采用硫酸浓度范 围内，多孔阳极氧化铝膜厚度随电解液浓度增加而 增加。酸的浓度越大，膜的生长越快，阻挡层厚度变 薄，但膜的溶解速度也加快，故多孔膜的厚度随着电 解液浓度的增加先增大后减小，电解液浓度过高将 导致膜被击穿，不能形成完整的多孔膜，见表ｌ。
高度有序多孔阳极氧化铝模板的制备研究
科技・探索・争鸣 Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｉｓｉｏｎ 科技视界 项目棚
高度有序多孔阳极氧化铝模板的制备研究
杨洁程志远翟顺林雅婷
（南京理工大学化工学院，江苏南京２１００９４）
【摘要】多孔阳极氧化铝ＰＡＡ作为模板在纳米材料制备和研究中获得了广泛应用。通常在草酸溶液中得到是小孔径的高度有序的ＰＡＡ 模板．而在磷酸溶液中得到的大孔径的ＰＡＡ模板有序度较差。为了得到高度有序的大孔径模板，本文在磷酸溶液中研究了高度有序模板的制
备工艺 结果．通过压印技术和低浓度磷酸的混合溶剂电解液中的阳极氧化可以得到大孔径且高度有序的ＰＡＡ模板。
【关键词】纳米多孔材料；阳极氧化；电解液；纳米模板
Ｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｐｏｒｏｕｓ ａｎｏｄｉｅ ａｌｕｍｉｎａ（ＰＡＡ］ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ａｓ ｔｅｍｐｉａｔｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｎａｎｏｔｅｅｈｎｏｌｏｇｙ ｓｔｕｄｉｅｓ．Ｉｎ ｇｅｎｅｒａ１．ｓｍａｌｌ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｈｉｇｈｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ ＰＡＡ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｓａｉｌ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｏｘａｌｉｃ ａｃｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｗｈｅｒｅａｓ，ｌｏｗ ｏｒｄｅｒｅｄ ＰＡＡ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ
ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｃｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｂｉｇ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｈｉｇｈｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ ＰＡＡ ｔｅｍｐｌａｔｅ，ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｎａｎｏｔｅｅｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｃｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｂｉｇ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｈｉｇｈｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ ＰＡＡ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｎａｎｏ－ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ