纳米材料在力、热、声、光、电等方面的优异性能 ,成为当今科学研究的一个前沿热点。而多孔氧化铝膜的功能化特性 ,使其作为模板 ,在制备线状纳米材料、纳米管材料和纳米线阵列材料方面获得了广泛的关注<1- 3 > ,它具有投资少 ,成本低、易控制等特点 ,逐渐成为制备金属及其合金纳米线的重要手段。1 实验部分1 1 材料铝片 (纯度为 99 9% )1 2 实验方法将纯度为 99 9%高纯铝片裁剪成 30× 30× 0 .11的片状 ,首先经过高温退火处理 ,以消除铝片在轧制过程中形成的内应力 (内应力的存在对生成均匀规则的氧化铝孔膜是非常不利的 )。高温退火在马福炉中进行 ,温度加热到 5 0 0℃ ,并保温 10小时后缓慢降到室温 ,材质经退火处理后可明显感觉到变软。在高温退火后的各步骤中 ,也应避免材质折叠或划伤从而导致新的内应力。接着进行清洗铝片表面 ,先将其放到三氯乙烯的溶液中 ,去掉表面的油污 ,经蒸馏水冲洗后再放入10 %的ＮａＯＨ溶液中浸泡一分钟后用蒸馏水清洗 ,去掉因铝片暴露在空气中而自然形成的氧化膜。最后 ,将清洗后的铝片固定在自制的电解槽内 ,加入电解液 ,接上直流电源 ,通过阳极氧化过程在铝片上形成多孔的氧化铝膜。图 1 阳极氧化多孔氧化铝膜的结构示意图2 结果与讨论2 1 氧化铝孔膜的形成用硫酸、磷酸、草酸作为电解液 ,用纯铝片作对电极 ,选择不同浓度、氧化时间、氧化电压等条件 ,即可制得不同厚度不同孔径的氧化铝膜 ,其结构如图1所示。用铝片阳极氧化后生成的多孔氧化铝膜大致可分成三层 ,最上面是多孔氧化铝膜 ,最下层是剩余的未被氧化的纯铝 ,中间是阻挡层<4 - 5> 。阳极氧化时 ,接通氧化电源后 ,电压加在整个电解液和铝片上 ,铝片表面迅速被氧化并在氧化层与纯铝之间产生一阻挡层 ,随着阻挡层的加厚 ,其上的电阻增加 ,电压将大部分加在阻挡层上 ,导致阻挡层上某些位置由于局部的电流密度升高而溶解 ,形成孔洞 ,这些孔洞形成的同时 ,又产生出新的氧化层和阻挡层 ,并重复以上的过程。由于电流密度主要是纵向的 ,孔洞将向纵向发展 ,最终形成一定厚度和孔洞分布的氧化铝孔膜。2 2 电解液、电解液浓度、氧化电压与时间对氧化铝孔膜的影响不同的电解液产生的氧化铝膜孔的孔径是不一样的 ,以磷酸作为电解液产生的膜孔直径最大 ,草酸次之 ,硫酸产生的孔径最小。一般来说 ,阳极氧化的时间越长 ,氧化膜的厚度越厚 ,孔的形状就越规则 ,氧化时间从 1小时到十几小时 ,都能生成多孔氧化铝膜 ,但氧化时间的长短对孔洞的孔径没有影响。电解液浓度对生成多孔氧化铝膜有重要的影响 ,一般情况下 ,孔洞的直径随电解液浓度的升高而增加 ,变化不是很显著。但在浓度很低时 ,氧化不能形成 ,而在浓度很高时 ,酸液的腐蚀性也会将氧化层腐蚀掉 ,因此在制备过程中 ,电解液的浓度应控制在一定的范围内 ,硫酸取 2 %～ 2 0 % ,磷酸取 10 %～30 % ,草酸取 1%～ 5 %。氧化电压的大小对制备多孔氧化铝膜有很大的影响 ,氧化电压过低 ,氧化仅停留在表面 ,不向深度发展 ,形成钝化 ;氧化电压过高 ,则产生溶解 ,整个试样逐步被溶解到溶液中。所以要持续稳定地让氧化向纵深发展 ,氧化电压应保持在一定的区间内 ,对硫酸电解液 ,电压取 10～ 30Ｖ ,磷酸电解液 ,电压取 30～ 80Ｖ ,草酸电解液 ,电压取 2 0～ 10 0Ｖ。图 2 在硫酸溶液中阳极氧化的多孔氧化铝膜的ＳＴＭ照片ａ为 0 3ＭＨ2 ＳＯ4 15Ｖ氧化时间 10 0分钟ｂ为 0 6ＭＨ2 ＳＯ4 2 5Ｖ氧化时间 30 0分钟 图 2为在硫酸电解液中制得的多孔氧化铝膜的扫描电镜照片 ,该ＳＴＭ照片是在ＬＥＯ - 15 30扫描隧道显微镜上拍摄到的 ,ａ ,ｂ对应着不同的制备条件 ,可以看到 ,电解液浓度、氧化电压、氧化时间对氧化铝表面形貌的影响。另外值得注意的是 ,孔洞的分布不是理想的密排六角形结构<3 > ,而是有明显的取向 ,这个取向与生产加工该铝片时的轧制方向是相对应的。3 结论利用阳极氧化的方法 ,通过调节电解液的种类、浓度、氧化电压和氧化时间参数 ,可以在纯铝片上制备出各种厚度 ,各种孔洞分布和各种孔径大小的氧化铝孔膜。阳极氧化制备多孔氧化铝膜的研究@邓青莲$集美大学生物工程学院!厦门361021
@毛兴宇$集美大学计算科学与应用物理系!厦门361021
@陈文坉$集美大学计算科学与应用物理系!厦门361021
@柯火仲$集美大学生物工程学院!厦门361021多孔氧化铝;;多孔膜;;模板;;阳极氧化在高纯度的铝片上 ,采用阳极氧化的方法制备多孔氧化铝膜 ,可以采用硫酸、草酸、磷酸作为电解液 ,电解液的种类将影响氧化铝膜上孔洞的孔径大小 ,同时电解液的浓度 (硫酸 2 % -2 0 %、草酸 1% -5 %、磷酸 10 % -30 % )、氧化电压 (硫酸电解液电压 10～ 30V ,磷酸电解液电压 30～ 80V ,草酸电解液电压 2 0～ 10 0V ,)、氧化时间等都会影响氧化铝孔膜的形态。1 王成伟,彭勇,潘善林等a-Fe纳米线阵列膜磁各向异性的穆斯堡尔谱研究
物理学报Vol.48No.11p2146
2 FurneauxRC .RigbyWR .DavidsonAP .Theformationofcon trolled-porousitymembranesfromanodicalloxidizedaluminum..Nature1989Vol.337p147
3 LiAP ,MullerF ,BimerA ,Hexagonalporearrayswitha50-420nminterporedistanceformedbyself-organizationinanodicalumina.J .ofAppl.phys.1998Vol.84p6023
4 HoarTP ,YahaloniJ .theinitiationofporesinanodicoxidefilmsformedonaluminuminacidsolutions.J .ElectrochemSoc,1963
5 LaetJDe,VanhellemontJ,TerrynH ,etal.characterizationofvari ousaluminiumoxidelayersbymeansofspectroscopi cellipsometry.Appl.Phys.1992,A(54)Pp72um..Nature1989Vol.337p147
3 LiAP ,MullerF ,BimerA ,Hexagonalporearrayswitha50-420nminterporedistanceformedbyself-organizationinanodicalumina.J .ofAppl.phys.1998Vol.84p6023
4 HoarTP ,YahaloniJ .theinitiationofporesinanodicoxidefilmsformedonaluminuminacidsolutions.J .ElectrochemSoc,1963
5 LaetJDe,VanhellemontJ,TerrynH ,etal.characterizationofvari ousaluminiumoxidelayersbymeansofspectroscopicellipsometry.Appl.Phys.1992,A(54)Pp72
More abstracts about the 阳极氧化制备多孔氧化铝膜的研究