CN102127788A - 一种超大晶胞多孔氧化铝膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米级物理材料制备技术领域，涉及一种超大晶胞多孔氧化铝膜的制备方法，先配制电解液为柠檬酸、乙二醇和去离子水的混合液，用柠檬酸和去离子水配制成重量百分比为1～2％的柠檬酸水溶液，再将水溶液与乙二醇配合成电解液；选用经退火和电化学抛光后的金属铝片为原料，控制电解液温度和阳极氧化电压进行第一次阳极氧化制得样品；将样品在铬酸和磷酸的混合酸溶液中控制温度浸泡，除去一次阳极氧化生成的氧化铝；然后在第一次阳极氧化参数的条件下进行第二次阳极氧化制成氧化铝膜，其晶胞达2.0μm，孔洞为800nm；其制备工艺简单，原理可靠，闪火电压高，产品晶胞尺径大，氧化条件宽松。

Description

一种超大晶胞多孔氧化铝膜的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米级物理材料制备技术领域，涉及一种超大晶胞多孔氧化铝膜的制备方法。
背景技术：
多孔氧化铝膜是一种在阳极氧化过程中自组织生长的具有有序孔洞的纳米结构的氧化铝材料，在硫酸溶液中通常采用15～27V的阳极氧化电压，草酸中通常为40V，磷酸中通常为60～150V，多孔氧化铝膜的孔径为5～220nm、晶胞为50～350nm。研究表明，晶胞大小与阳极氧化电压成正比。在现有技术中，为了获得更大晶胞的多孔膜，需要更高的阳极氧化电压。在磷酸溶液中195V的电解条件下制备多孔氧化铝膜的晶胞可达500nm，但实验条件要求非常苛刻，需要控制电解液温度为0℃[Jpn.J.Appl.Phys.1998，37：1340-L1342]；在草酸-乙醇-水溶液中180V可制备晶胞为445nm的多孔氧化铝膜，但实验要求有更低的温度为-10℃[Chin Sci.Bull.2008，53(10)：1608-1612]；由于强酸电离度大，其溶液的闪火电压较低，要提高阳极氧化电压，可使用电离度较小的有机弱酸溶液，使用苹果酸可提高阳极氧化电压到450V，晶胞可达900nm；目前报道的最大晶胞为1.3μm[专利申请号：200910113605]。总结起来，现有技术中普遍存在着制备工艺相对复杂，制备条件要求高，环境温度要求低，制备的氧化铝膜材料成本大，质量不易保证，应用范围小。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的阳极氧化电压较低、反应要求低温(-10～5℃)等缺点，设计提出一种在柠檬酸、乙二醇和去离子水混合液中，采用390～800V阳极氧化电压制备超大晶胞的多孔氧化铝膜的新工艺方法，其阳极氧化过程在8～20℃进行，制备的多孔氧化铝膜的晶胞最大可达2.0μm，孔洞为800nm，进一步化学扩孔可使孔径拓展到整个纳米尺度(从几个纳米到超过1μm)，利于其在纳米材料制备和纳米器件中的应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是先配制用于制备超大晶胞多孔氧化铝膜的电解液，其组成为柠檬酸、乙二醇和去离子水的混合液，先用柠檬酸和去离子水配制成重量百分比为1～2％的柠檬酸水溶液，再将柠檬酸水溶液与乙二醇按1～2∶2～1的体积比配合成电解液；选用经退火和电化学抛光后纯度为99.999％金属铝片为原料，控制电解液温度为8～20℃阳极氧化电压390～800V进行第一次阳极氧化时间1～25小时制得样品；将样品在铬酸和磷酸的混合酸溶液中控制温度为63℃浸泡1小时，除去一次阳极氧化生成的氧化铝；其混合酸溶液中的铬酸重量百分比浓度为1.6～2％，磷酸重量百分比浓度为5～7％；然后选取与第一次阳极氧化相同参数的条件进行第二次阳极氧化时间2小时制成超大晶胞多孔氧化铝膜材料，其晶胞达2.0μm，孔洞为800nm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：一是采用柠檬酸、乙二醇和去离子水混合液为电解液，闪火电压高，可在高电压800V下制备超大晶胞的多孔氧化铝膜，晶胞可达2.0μm；二是克服了传统制备超大晶胞的多孔氧化铝膜要求低温(-10～5℃)的缺点，可在8～20℃进行阳极氧化过程。
附图说明：
图1为本发明实施例1制备的多孔氧化铝膜的电镜照片。
图2为本发明实施例2制备的多孔氧化铝膜的电镜照片。
图3为本发明实施例3制备的多孔氧化铝膜的电镜照片。
图4为本发明实施例4制备的多孔氧化铝膜的电镜照片。
具体实施方式：
下面结合实施例和附图对本发明的作详细说明。
本实施例的技术方案是先配制用于制备超大晶胞多孔氧化铝膜的电解液，组成为柠檬酸、乙二醇和去离子水的混合液，先将柠檬酸和去离子水配制重量百分比为1～2％的水溶液，再将柠檬酸水溶液与乙二醇按1～2∶2～1的体积比配合成电解液；再选用经退火和电化学抛光后的纯度为99.999％金属铝片为原料，控制电解液温度为8～20℃中进行第一次阳极氧化，其第一次阳极氧化的阳极化电压390～800V，时间1～25小时，制得样品；将样品在铬酸和磷酸的混合酸溶液中控制温度在63℃下浸泡1小时，除去一次阳极化生成的氧化铝；其混合酸溶液中的铬酸重量百分比浓度为1.6～2％，磷酸重量百分比浓度为5～7％；选取与第一次阳极氧化条件相同参数进行第二次阳极氧化，时间2小时；其制备的超大晶胞多孔氧化铝膜的晶胞大小为2.0μm，孔洞为800nm，并经进一步扩孔可达到纳米级或超过1μm。
实施例1：
选取电解液组成为柠檬酸水溶液与乙二醇的体积比2∶1，其中柠檬酸水溶液重量百分比浓度为2％，温度为20℃，一次阳极氧化电压390V，时间20小时；图1为本实施例制备的多孔氧化铝膜的扫描电镜照片，其多孔氧化铝的晶胞孔洞约为900nm。
实施例2：
选取电解液组成为柠檬酸水溶液与乙二醇的体积比2∶1，其中柠檬酸水溶液的重量百分比浓度为2％，温度为10℃，一次阳极氧化电压600V，时间11.5小时；混合酸溶液中除去一次阳极化生成的氧化铝后，第二次阳极氧化条件与第一次相同，时间2小时；图2为本实施例制备的多孔氧化铝膜的扫描电镜照片，其多孔氧化铝的晶胞约为1.5μm。
实施例3：
选取电解液组成为柠檬酸水溶液与乙二醇的体积比1∶2，其中柠檬酸水溶液重量百分比浓度为1％，温度为13℃，一次阳极氧化电压700V，时间15.5小时；混合酸溶液中除去一次阳极化生成的氧化铝后，第二次阳极氧化条件与第一次相同，时间2小时；图3为本实施例制备的多孔氧化铝膜的扫描电镜照片，图3a多孔氧化铝的晶胞约为1.8μm，孔径约300nm；为了获得更大孔径的多孔膜，可在53℃的重量百分比浓度为5％的磷酸溶液中化学腐蚀20分钟，孔径扩大到约800nm，如图3a、b所示，延长化学腐蚀时间多孔膜的孔径将进一步扩大。
实施例4：
选取电解液组成为柠檬酸水溶液与乙二醇的体积比1∶2，其中柠檬酸水溶液重量百分比浓度为1％，温度为10℃，一次阳极氧化电压800V，时间18小时；混合酸溶液中除去一次阳极化生成的氧化铝后，第二次阳极氧化条件与第一次相同，时间2小时；图4为本实施例制备的多孔氧化铝膜的扫描电镜照片，其多孔氧化铝的晶胞约为2.0μm。

Claims (1)

1.一种超大晶胞多孔氧化铝膜的制备方法，其特征在于先配制用于制备超大晶胞多孔氧化铝膜的电解液，其组成为柠檬酸、乙二醇和去离子水的混合液，先用柠檬酸和去离子水配制成重量百分比为1～2％的柠檬酸水溶液，再将柠檬酸水溶液与乙二醇按1～2∶2～1的体积比配合成电解液；选用经退火和电化学抛光后纯度为99.999％金属铝片为原料，控制电解液温度为8～20℃，阳极氧化电压为390～800V进行第一次阳极氧化时间1～25小时制得样品；将样品在铬酸和磷酸的混合酸溶液中控制温度为63℃浸泡1小时，除去一次阳极氧化生成的氧化铝；其混合酸溶液中的铬酸重量百分比浓度为1.6～2％，磷酸重量百分比浓度为5～7％；然后选取与第一次阳极氧化相同参数的条件进行第二次阳极氧化时间2小时制成超大晶胞多孔氧化铝膜材料，其晶胞达2.0μm，孔洞为800nm。
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