CN104593848A - 一种提高腐蚀铝箔比容的表面改性方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高腐蚀铝箔比容的表面改性方法，将腐蚀铝箔浸入到浓度为0.001～0.1mol/L，pH值为3～7的表面活性剂溶液；浸泡完毕后烘干，得到改性的腐蚀铝箔；将改性的腐蚀铝箔浸入到含Ti、Zr、Nb或Ta的前躯体溶液中，通过物理吸附或化学吸附在铝箔表面沉积一层含Ti、Zr、Nb或Ta的前躯体，接着依次热处理、阳极氧化，在改性的腐蚀铝箔上形成具有高介电常数的氧化铝/氧化物复合介质膜，完成腐蚀铝箔的表面改性。本发明实施设备简单，所用表面活性剂成本低廉，易于大规模工业化，表面处理后能显著改善高介电氧化物在腐蚀铝箔表面的成膜性，大幅提高铝箔阳极氧化后的比容。
Description
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种提高腐蚀铝箔比容的表面改性方法。
背景技术
铝电解电容器是由经过腐蚀和阳极氧化形成氧化铝介质膜的阳极铝箔、电解质、以及经过腐蚀的阴极铝箔组成。由于阴极铝箔电容量远高于阳极铝箔，因此，铝电解电容器的电容量主要由阳极铝箔决定。由比容公式C＝εS·d-1可知，将介电常数比氧化铝高的材料复合到氧化铝介质中，可增加介质层的介电常数ε，提高阳极铝箔比容，从而减少阳极铝箔用量，实现铝电解电容器的小型化和轻量化。
目前，研究人员对腐蚀铝箔表面引入高介电常数氧化物展开了大量研究，采用的方法主要是湿化学法，即：将腐蚀铝箔浸入到含Ti、Zr、Nb、Ta等的前躯体中，通过物理吸附或化学吸附在铝箔表面沉积一层前躯体，热处理后阳极氧化，形成具有高介电常数的氧化铝/氧化物复合介质膜。通常，为了维持前躯体的稳定性，其pH值一般保持较低，此时前躯体中的胶粒易于吸附质子而带正电，而铝箔在此酸性溶液中也带正电，从而产生静电斥力，阻碍前躯体在铝箔表面的均匀附着，导致铝箔比容提升受限。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高腐蚀铝箔比容的表面改性方法，该方法能够改变其表面自由能和荷电性，改善高介电常数氧化物在其表面的均匀附着，从而提高其比容。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：
1)将腐蚀铝箔浸入到浓度为0.001～0.1mol/L，pH值为3～7的表面活性剂溶液；浸泡完毕后烘干，得到改性的腐蚀铝箔；其中，浸泡温度为0～80℃，浸泡时间为1～60min；
2)将改性的腐蚀铝箔浸入到含Ti前驱体溶液、含Zr的前驱体溶液、含Ta的前驱体溶液、含Nb的前驱体溶液或含Hf的前驱体溶液中，通过物理吸附或化学吸附在铝箔表面沉积一层含Ti、Zr、Nb或Ta的前躯体，接着在300-600℃热处理1～60min，随后在电压为10-600V，电流密度为10-100mA/cm2的条件下阳极氧化，以在改性的腐蚀铝箔上形成具有高介电常数的氧化铝/氧化物复合介质膜，完成腐蚀铝箔的表面改性。
所述的步骤1)中表面活性剂溶液包括甲基纤维素水溶液、丙基纤维素水溶液、三乙胺羟基丙烯酸纤维素水溶液、三醇硅烷水溶液、聚乙二醇水溶液、聚乙烯醇水溶液、聚丙烯酸水溶液、环糊精水溶液、葡萄糖水溶液、Triton X-100水溶液、对甲基苯磺酸水溶液、十二烷基苯磺酸水溶液或琥珀酸二异辛酯磺酸水溶液。
所述的步骤1)中烘干温度为30～200℃。
所述的步骤2)中含Ti前驱体溶液采用硫酸钛水溶液、四氯化钛水溶液或三氯化钛水溶液；含Zr的前驱体溶液采用硫酸锆水溶液、硝酸氧锆的水溶液、碳酸锆铵水溶液或碳酸锆水溶液；含Ta的前驱体溶液采用五氯化钽的正丁醇溶液、溴化钽水溶液或氟化钽的硝酸溶液；含Nb的前驱体溶液采用五氯化铌水溶液或铌酸钠水溶液；含Hf的前驱体溶液采用四氯化铪水溶液或碱式硝酸铪的盐酸溶液。
所述的步骤2)中含Ti前驱体溶液的浓度为1mmol/L-100mmol/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用湿化学法，将腐蚀铝箔浸入到表面活性剂溶液中，表面活性剂通过化学成键、氢键或范德华力吸附在铝箔表面，利用表面活性剂上的官能团取代铝箔表面的官能团，改变了铝箔表面自由能和荷电性；与未表面处理的铝箔相比，本发明能进一步提高铝箔比容10～30％。另外，本发明实施设备简单，所用表面活性剂成本低廉，易于大规模工业化，表面处理后能显著提高高介电氧化物在铝箔表面的均匀附着性能。
具体实施方式
实施例1：
1)将腐蚀铝箔浸入到浓度为0.008mol/L、pH值为7的甲基纤维素水溶液中，浸泡温度为60℃，浸泡时间为20min；浸泡完毕后在130℃温度下烘干，得到改性的腐蚀铝箔；
2)将改性的腐蚀铝箔浸入到浓度为1mmol/L的五氯化铌水溶液中，通过物理吸附在铝箔表面沉积一层五氯化铌前躯体，接着依次热处理、阳极氧化，以在改性的腐蚀铝箔上形成五氧化二铌的氧化铝复合介质膜，完成腐蚀铝箔的表面改性，其比容比普通氧化铝介质膜高17％；其中，热处理温度为300℃，热处理时间为60min，阳极极化时所采用的电压为10V，电流密度为100mA/cm2。
本实施例中的甲基纤维素水溶液还可以替换为环糊精水溶液、葡萄糖水溶液、Triton X-100水溶液或对甲基苯磺酸水溶液，同时将五氯化铌水溶液替换为铌酸钠水溶液。
实施例2：
1)将腐蚀铝箔浸入到浓度为0.05mol/L、pH值为4的丙基纤维素水溶液中，浸泡温度为0℃，浸泡时间为60min；浸泡完毕后在200℃温度下烘干，得到改性的腐蚀铝箔；
2)将改性的腐蚀铝箔浸入到浓度为6mmol/L的硫酸钛水溶液中，通过物理吸附在铝箔表面沉积一层硫酸钛前躯体，接着依次热处理、阳极氧化，以在改性的腐蚀铝箔上形成二氧化钛的氧化铝复合介质膜，完成腐蚀铝箔的表面改性；其中，热处理温度为500℃，热处理时间为15min，阳极极化时所采用的电压为200V，电流密度为65mA/cm2。
本实施例中的丙基纤维素水溶液还可以替换为聚乙二醇水溶液，同时将硫酸钛水溶液替换为四氯化钛水溶液或三氯化钛水溶液。
实施例3：
1)将腐蚀铝箔浸入到浓度为0.1mol/L、pH值为3的三乙胺羟基丙烯酸纤维素水溶液中，浸泡温度为80℃，浸泡时间为1min；浸泡完毕后在30℃温度下烘干，得到改性的腐蚀铝箔；
2)将改性的腐蚀铝箔浸入到浓度为50mmol/L的硫酸锆水溶液中，通过化学吸附在铝箔表面沉积一层硫酸锆前躯体，接着依次热处理、阳极氧化，以在改性的腐蚀铝箔上形成氧化锆的氧化铝复合介质膜，完成腐蚀铝箔的表面改性；其中，热处理温度为400℃，热处理时间为30min，阳极极化时所采用的电压为500V，电流密度为20mA/cm2。
本实施例中的三乙胺羟基丙烯酸纤维素水溶液还可以替换为十二烷基苯磺酸水溶液，同时将硫酸锆水溶液替换为硝酸氧锆的水溶液、碳酸锆铵水溶液或碳酸锆水溶液。
实施例4：
1)将腐蚀铝箔浸入到浓度为0.001mol/L、pH值为5的聚丙烯酸水溶液中，浸泡温度为50℃，浸泡时间为35min；浸泡完毕后在100℃温度下烘干，得到改性的腐蚀铝箔；
2)将改性的腐蚀铝箔浸入到浓度为100mmol/L的四氯化铪水溶液中，通过物理吸附在铝箔表面沉积一层四氯化铪前躯体，接着依次热处理、阳极氧化，以在改性的腐蚀铝箔上形成氧化铪的氧化铝复合介质膜，完成腐蚀铝箔的表面改性；其中，热处理温度为600℃，热处理时间为1min，阳极极化时所采用的电压为600V，电流密度为10mA/cm2。
本实施例中的聚丙烯酸水溶液还可以替换为三醇硅烷水溶液或聚乙烯醇水溶液，同时将四氯化铪水溶液替换为碱式硝酸铪的盐酸溶液。
实施例5：
1)将腐蚀铝箔浸入到浓度为0.03mol/L、pH值为7的五氯化钽的正丁醇溶液中，浸泡温度为50℃，浸泡时间为35min；浸泡完毕后在100℃温度下烘干，得到改性的腐蚀铝箔；
2)将改性的腐蚀铝箔浸入到浓度为100mmol/L的中，通过化学吸附在铝箔表面沉积一层四氯化铪前躯体，接着依次热处理、阳极氧化，以在改性的腐蚀铝箔上形成氧化铪的氧化铝复合介质膜，完成腐蚀铝箔的表面改性；其中，热处理温度为450℃，热处理时间为50min，阳极极化时所采用的电压为50V，电流密度为70mA/cm2。
本实施例中的五氯化钽的正丁醇溶液还可以替换为溴化钽水溶液或氟化钽的硝酸溶液。
上述实施例1-5中处理过的铝箔与未表面处理的铝箔相比，能进一步提高铝箔比容10～30％。
Claims (5)
1.一种提高腐蚀铝箔比容的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将腐蚀铝箔浸入到浓度为0.001～0.1mol/L，pH值为3～7的表面活性剂溶液；浸泡完毕后烘干，得到改性的腐蚀铝箔；其中，浸泡温度为0～80℃，浸泡时间为1～60min；
2)将改性的腐蚀铝箔浸入到含Ti前驱体溶液、含Zr的前驱体溶液、含Ta的前驱体溶液、含Nb的前驱体溶液或含Hf的前驱体溶液中，通过物理吸附或化学吸附在铝箔表面沉积一层含Ti、Zr、Nb或Ta的前躯体，接着在300-600℃热处理1～60min，随后在电压为10-600V，电流密度为10-100mA/cm2的条件下阳极氧化，以在改性的腐蚀铝箔上形成具有高介电常数的氧化铝/氧化物复合介质膜，完成腐蚀铝箔的表面改性。
2.根据权利要求1所述的提高腐蚀铝箔比容的表面改性方法，其特征在于：所述的步骤1)中表面活性剂溶液包括甲基纤维素水溶液、丙基纤维素水溶液、三乙胺羟基丙烯酸纤维素水溶液、三醇硅烷水溶液、聚乙二醇水溶液、聚乙烯醇水溶液、聚丙烯酸水溶液、环糊精水溶液、葡萄糖水溶液、Triton X-100水溶液、对甲基苯磺酸水溶液、十二烷基苯磺酸水溶液或琥珀酸二异辛酯磺酸水溶液。
3.根据权利要求1所述的提高腐蚀铝箔比容的表面改性方法，其特征在于：所述的步骤1)中烘干温度为30～200℃。
4.根据权利要求1所述的提高腐蚀铝箔比容的表面改性方法，其特征在于：所述的步骤2)中含Ti前驱体溶液采用硫酸钛水溶液、四氯化钛水溶液或三氯化钛水溶液；含Zr的前驱体溶液采用硫酸锆水溶液、硝酸氧锆的水溶液、碳酸锆铵水溶液或碳酸锆水溶液；含Ta的前驱体溶液采用五氯化钽的正丁醇溶液、溴化钽水溶液或氟化钽的硝酸溶液；含Nb的前驱体溶液采用五氯化铌水溶液或铌酸钠水溶液；含Hf的前驱体溶液采用四氯化铪水溶液或碱式硝酸铪的盐酸溶液。
5.根据权利要求1所述的提高腐蚀铝箔比容的表面改性方法，其特征在于：所述的步骤2)中含Ti前驱体溶液的浓度为1mmol/L-100mmol/L。
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