CN111041422B - 全面积均匀多孔氧化铝薄膜的制备方法、装置及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全面积均匀多孔氧化铝薄膜的制备方法，包括镀膜、安装、电解、清洗、扩孔五个步骤，所得到的全面积均匀多孔氧化铝薄膜最终孔直径为10～800nm，所制得的多孔氧化铝薄膜最大直径可达8英寸。本发明还提供了由本方法所制备的产品、应用及实施本发明制备方法的电解装置，本发明制备的全面积均匀多孔氧化铝薄膜孔径大小一致，排列规则，制备方法使基片表面利用率提高到超过99％，而且使基片安装和拆卸变得方便，有利于后续基片的有效利用，降低生产成本，提高生产效率，并且由于整个电解装置没有复杂的密封部件、没有使用昂贵材料，因此安装和拆卸非常方便，可制备不同大小的多孔氧化铝薄膜，有利于大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种全面积均匀多孔氧化铝薄膜的制备方法、装置及其产品和应用。
背景技术
图形化基片相对不平整表面的基片制造出的器件有更高的效率或更优秀的表面特性。最典型的例子就是图形化蓝宝石基片。目前商用的图形化蓝宝石基片有着周期约3微米的尖锥状周期性微结构，这种结构可以显著提高LED光提取效率，降低外延层位错密度，提高外延膜结晶质量。近年来，图形化基底微结构从微米级向纳米级发展，其中，表面具有纳米级孔阵列的基片是一个重要的发展方向。
一般情况下，要想在基片表面获得纳米级孔阵列，需要预先在基片表面制备纳米级多孔膜作为掩模板，然后采用干法刻蚀。干法刻蚀已有成熟的设备和工艺，关键在于纳米级多孔模板的制备。对于该模板，要求孔直径在1000nm以下，要求孔径、孔间距和孔深可控，可以实现大面积均匀制备，而且要成本低廉。传统的方法通过电子束曝光、聚焦离子束刻蚀、纳米压印等方法虽然可以获得孔径均匀可控的扩孔模板，但是制备效率极低，成本极高，不适合大规模生产和应用。相比之下，多孔氧化铝模板就没有这些缺点。多孔氧化铝模板的优势在于可以很轻易地获得1000nm以下的孔结构，而且孔径孔深容易调节，并且成本低廉。只要在基片表面制备出所需要孔径和孔深的多孔氧化铝模板，然后通过干法刻蚀即可获得表面具有纳米级孔阵列的基片。
虽然在金属铝片或铝零件表面制备多孔氧化铝的工艺早已成熟并产业化，但是，在绝缘基底上获得均匀可控的多孔氧化铝模板的技术发展缓慢，研究报道很少，尚未解决的问题包括大面积基底表面多孔氧化铝不均匀、基片利用率低(无法得到全面积的有效覆盖)、装卸复杂成本高。例如，目前报道的最大的基底Ching-Jung Yang等使用4英寸玻璃基底获得均匀的多孔氧化铝薄膜(Electrochemical and Solid-State Letters,2007,10(12),C69-C71)，但是由于整个装置设计不合理，比如采用复杂的铜环、聚四氟乙烯环、铜片等，导电装置与基片表面接触面积很大，从而导致多孔氧化铝的有效面积仅占基片面积的53％，其余47％的面积都浪费了，这是最大的缺点。另一个缺点是该方法所用装置含有密封部件，结构复杂，安装和拆卸费时费力，所用材料成本也高，因此并不适合大规模生产。专利申请CN103668381A介绍了一种扫描阳极氧化法，虽然可以大大增加有效面积，但是仍然需要保留部分在液面外，而且界面处很难形成均匀的氧化铝薄膜。
上述问题中，多孔氧化铝的均匀性问题是首要问题，由于基底是绝缘的，整个多孔氧化铝的生长过程电流的流动全靠基片表面附近的铝层，当基底面积较大时，整个基底表面氧化铝的生长速率就容易不同，生长速率较快的区域铝层优先耗尽从而使电路断掉，导致生长速率较慢的区域多孔氧化铝底部存在铝层残余，由于金属铝对紫外和可见光反射率极高，从基片透光性的均匀性就可以清楚地判断氧化铝层是否均匀，存在残余铝的基片表面氧化铝层厚度不均，这将导致后续基片表面纳米结构的不均匀。要想使整个基片上氧化铝生长速率均匀一致，必须控制好基片表面附近电解液流动的均匀性。
上述问题中第二个问题基片利用率的问题，最理想的情况是整个基片表面的铝层全部都被氧化成多孔氧化铝，然而由于铝的电解氧化必须有外电路与基片表面的铝接触，因此外电路接触位置的铝不与电解液接触，因此该位置将没有多孔氧化铝，由于目前所知所报道的装置设计仅仅为实验室原理性研究，一般选用铜或铁作为与铝层接触的外电路材料，而这两种金属虽然常用，但是它们极易被电解液腐蚀，因此所设计的装置必须有密封功能，将它们与电解液隔离，但是要达到密封功能必须设计密封圈及其附属结构，密封位置处铝层的面积就会比较大，所以未氧化铝面积都很大，这会导致基片利用率较低，在后续产业化过程中势必增加成本，甚至直接对产品质量产生不利影响。要想提高基片的利用率，必须使外电路与基片表面铝层的接触面积尽可能的缩小。
上述问题中，最后是装置的简便性问题，安装和拆卸基底必须非常简单和方便，以利于大批量生产，而前述所报道的铜环、特氟龙环、铜片密封装置过于复杂，不利于大规模生产。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于：提出了一种全面积均匀多孔氧化铝薄膜的制备方法，方法可以适用于各种形状的大面积基底，使基片上多孔氧化铝的生长均匀一致，最后无铝层残留，而且大幅提高基片利用率，并提供相应的产品及其应用和实施该制备方法所用的电解装置，并且简化电解装置结构和操作方法，使其能够适合大规模生产。
为达到上述目的，本发明采用的如下的技术方案：
一种在各种基底上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法，包括以下步骤：
S1.镀膜：将绝缘基片一面抛光后在该面蒸镀一层金属铝薄膜；
S2.安装：将蒸镀了铝的基片安装在基片安装支架上，基片表面的铝与外部电路之间采用丝状导线相连，所述丝状导线与基片表面的铝之间为点接触；
S3.电解：将基片安装支架放入电解池的电解液中电解，与基片表面铝层相连的丝状导线接外部电路的正极，以石墨板为负极，电解过程中需不断搅拌电解液；
S4.清洗：待电解结束时，电流值为变为零，此时基片表面的金属铝薄膜全部变成多孔氧化铝薄膜，取出基片，清洗并烘干；
S5.扩孔：将步骤S4获得的表面有多孔氧化铝层薄膜的基片放置在磷酸溶液中浸泡，使多孔氧化铝薄膜的孔进一步扩大至所需孔径，即得全面积均匀多孔氧化铝层薄膜。
优选的，前述的在各种基底上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法中，步骤S1中所述金属铝的纯度不低于99.99％，所述金属铝薄膜的厚度为0.1～20μm，所述绝缘基片为高阻硅、蓝宝石、钢化玻璃、石英玻璃、碳化硅中的一种。
优选的，前述的在各种基底上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法中，步骤S2中所述丝状导线与基片表面相连时有2个以上沿基片边缘分布的接触点，每个接触点的面积不大于3mm2；所述丝状导线材料为铂或工业纯钛，所述基片安装支架材料为耐酸性腐蚀的塑料。优选的导线材料为工业纯钛，选用钛丝的目的是因为金属钛在多孔氧化铝电解体系中可以与电解液直接接触而不会像金属铜和铁那样被电解液严重腐蚀，也不会像铂丝那样昂贵，选用丝状金属钛的目的是减小钛与基片表面铝层的接触面积。实际使用时，丝状导线端部与金属铝层表面直接接触，接触点的数量和位置应根据基片的形状和大小进行设置，并由夹持装置压紧，可以保证电解过程良好的导电接触，由于接触点面积仅为丝状导线的截面积大小，因此基片利用率极高，并且可根据制备的基片的面积大小来调整接触点的面积，对于4英寸基片，整个基片表面未被氧化的铝的面积占整个基片面积的不到0.2％，这将有利于后续基片的有效利用，降低生产成本，提高生产效率。
优选的，前述的在各种基底上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法中，步骤S3中所述电解液为硫酸、草酸、磷酸中的一种或几种，电解液的温度为5～20℃，电解时所加电压为10～400V。
优选的，前述的在各种基底上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法中，步骤S3中所述电解液的搅拌采用空气搅拌和/或搅拌桨机械搅拌；其中：空气搅拌是将多孔管、气泡条或气泡石固定在基片安装支架的正下方，将压缩空气通入多孔管、气泡条或气泡石产生气泡；机械搅拌采用聚四氟搅拌桨，搅拌桨位于基片安装支架的正下方；或者当两种方式一起采用时，搅拌桨的位置位于多孔管、气泡条或气泡石的正上方、基片的正下方。优选为两种方式一起采用，搅拌时，气泡被搅拌桨打散，均匀地流过基片表面，从而形成均匀的电解液流场，而基片表面均匀的电解液流场是保证整个基片表面多孔氧化铝生长速率均匀性的关键。
优选的，前述的在各种基底上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法中，步骤S5中所述的磷酸的质量浓度为1％～10％，磷酸溶液的温度为25～70℃。
优选的，前述的在各种基底上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法中，所制得的多孔氧化铝薄膜孔径为10～800nm。
前述任一方法所制得的全面积均匀多孔氧化铝薄膜及附有全面积均匀多孔氧化铝薄膜的基片。本发明方法制备的全面积均匀多孔氧化铝薄膜面积可达8英寸直径，并且孔径大小一致，排列规则。
前述全面积均匀多孔氧化铝薄膜或附有全面积均匀多孔氧化铝薄膜的基片的应用，包括但不限于如下的方式：1、均匀分布的纳米孔可以作为模板，用于在不同基底上沉积可以大小、分布和厚度的纳米颗粒；
2、上述纳米颗粒可以作为种子，生长为纳米柱阵列；
3、在基底上形成的纳米孔可以作为纳米容器，大规模生产纳米颗粒材料；
4、在导电基底上制备氧化铝薄膜作为模板，可通过电化学沉积制备纳米线；
5、尤其适用于作为掩模版用于刻蚀不同基底，比如硅片，蓝宝石等等，刻蚀的方法可以是干法或者湿法刻蚀，可获得大面积的纳米孔阵列，并且整个面积均匀，材料无浪费。
一种实施前述的制备方法的电解装置，包括电解支架，基片安装支架，2条以上的丝状导线，2个以上的夹持装置，搅拌装置，石墨负极，容器和外部电路，其中电解支架固定于电解池顶部，石墨负极位于容器的侧壁上并与外部电路的负极相连，基片安装支架顶部与电解支架相连，基片安装支架悬于容器内部且其基片安装面与石墨负极相对，丝状导线一端与外部电路正极相连，丝状导线的另一端位于夹持装置夹持部位中间，夹持装置位于基片安装支架基片安装面的边缘，丝状导线的数量与夹持装置的数量相同，搅拌装置位于基片安装支架的正下方。
进一步的，前述的电解装置中，所述的基片安装支架上包含径向的固定槽，并且夹持装置连接在固定槽上并可沿固定槽移动，并且基片安装支架为塑料，所述夹持装置为塑料螺丝。
进一步的，前述的电解装置中，所述的丝状导线为铂丝或工业纯钛丝。
进一步的，前述的电解装置中，所述搅拌装置为空气搅拌装置和/或搅拌桨机械搅拌装置；其中：所述的空气搅拌装置包括相连的进气管和气泡发生装置；所述的搅拌桨搅拌装置包括搅拌桨、连接轴和电机，电机安装于电解支架的顶部并与连接轴相连，连接轴竖直向下伸入电解池内部并且末端与搅拌桨相连，搅拌桨位于基片安装支架的正下方；或者当两种搅拌装置一起采用时，搅拌桨位于气泡发生装置的正上方、基片安装支架的正下方。
本发明的有益效果是：第一，选用了丝状导线作为基片表面的铝层与外电路相连，并由夹持装置压紧，可以保证电解过程良好的导电接触，保证导电性的同时，极大地简化了基片安装支架，使整个支架无需密封结构，丝状导线端部与金属铝层表面直接接触，由于接触点面积仅为丝状导线截面积大小，这不仅使基片表面利用率提高到超过99％，并且可以大大减少接触点的热量集中，同时使基片安装和拆卸变得方便，例如对于4英寸基片，整个基片表面未被氧化的铝的面积占整个基片面积的不到0.2％，这将有利于后续基片的有效利用，降低生产成本，提高生产效率；第二，采用空气搅拌和机械搅拌相结合的方式，在接触点位置的热量能够有效扩散，而且由于安装支架简化，电解液的流动没有被支架结构遮挡，从而使流过基片表面的电解液均匀一致，保证了整个基片表面的多孔氧化铝薄膜生长速率一致，从而保证了多孔氧化铝膜的均匀性，采用这种搅拌方法在透明的绝缘基片上制备的多孔氧化铝薄膜非常均匀，整个表面无残余铝现象，如附图2所示；第三，基片安装支架采用塑料材质制作目的是让支架耐腐蚀、电绝缘、低成本，基片与丝状导线端部被采用塑料夹具压紧在支架上，由于整个装置没有复杂的密封部件、没有使用昂贵材料，因此安装和拆卸非常方便，有利于大批量生产；第四，通过电解装置上的固定槽可调整夹持装置的位置，从而制备不同大小的多孔氧化铝薄膜。本发明的制备方法可用于在各种大小和形状的基片上制备多孔氧化铝薄膜，所制得的多孔氧化铝薄膜最大直径可达8英寸。
附图说明
图1为本发明一种电解装置的示意图。
图2为表面已制备了多孔氧化铝薄膜的4英寸蓝宝石基片照片。
图3为在蓝宝石基片上制备的多孔氧化铝薄膜扫描电镜照片。
附图标记：1-电解支架；2-基片安装支架；3-丝状导线；4-夹持装置；5-搅拌装置；6-石墨负极；7-电解池；8-外部电路；9-固定槽；10-进气管；11-气泡发生装置；12-搅拌桨；13-连接轴；14-电机。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明实施方案。
实施例1
一种全面积均匀多孔氧化铝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.镀膜：将高阻硅基片一面抛光后在该面蒸镀一层的金属铝薄膜；
S2.安装：将蒸镀了铝的基片安装在基片安装支架上，基片表面的铝与外部电路之间采用铂丝导线相连，所述丝状导线与基片表面的铝之间为点接触；
S3.电解：将基片安装支架放入电解池的硫酸中电解，与基片表面铝层相连的铂丝导线连接外部电路的正极，以石墨板为负极，电解过程中需不断搅拌电解液；
S4.清洗：待电解结束时，电流值为变为零，此时高阻硅基片表面的金属铝薄膜全部变成多孔氧化铝薄膜，取出基片，清洗并烘干；
S5.扩孔：将步骤S4获得的表面有多孔氧化铝层薄膜的基片放置在磷酸溶液中浸泡，使多孔氧化铝薄膜的孔进一步扩大至所需孔径，即得全面积均匀多孔氧化铝层薄膜。
实施例2
一种全面积均匀多孔氧化铝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.镀膜：将直径为8英寸圆形蓝宝石基片一面抛光后采用纯度99.99％的铝在该面蒸镀一层20μm厚的金属铝薄膜；
S2.安装：将蒸镀了铝的基片安装在塑料基片安装支架上，基片表面的铝与外部电路之间采用工业纯钛丝导线在5个接触点上相连，所述丝状导线与基片表面的铝之间为点接触，5个接触点均匀分布于圆形基片的边缘，接触点的面积为1mm2；
S3.电解：将基片安装支架放入电解池的5℃浓度为0.4M的草酸中电解，与基片表面铝层相连的工业纯钛丝导线连接外部电路的正极，以石墨板为负极，电压为400V，电解过程中采用空气搅拌不断搅拌电解液，其中空气搅拌是将多孔管固定在基片安装支架的正下方，将压缩空气通入多孔管产生气泡；
S4.清洗：待电解结束时，电流值为变为零，此时蓝宝石基片表面的金属铝薄膜全部变成多孔氧化铝薄膜，取出基片，清洗并烘干；
S5.扩孔：将步骤S4获得的表面有多孔氧化铝层薄膜的基片放置在10％、70℃磷酸溶液中浸泡，使多孔氧化铝薄膜的孔进一步扩大至孔径为800nm，即得全面积均匀多孔氧化铝层薄膜。
实施例3
一种全面积均匀多孔氧化铝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.镀膜：将边长为5英寸方形钢化玻璃基片一面抛光后采用纯度99.999％的铝在该面蒸镀一层10μm厚的金属铝薄膜；
S2.安装：将蒸镀了铝的基片安装在塑料基片安装支架上，基片表面的铝与外部电路之间采用铂丝导线在2个接触点上相连，所述丝状导线与基片表面的铝之间为点接触，2个接触点分别位于方形基片的相对的两个角上，并用夹持装置固定，接触点的面积为3mm2；
S3.电解：将基片安装支架放入电解池的20℃浓度为0.3M磷酸中电解，与基片表面铝层相连的铂丝导线连接外部电路的正极，以石墨板为负极，电压为100V，电解过程中采用搅拌桨搅拌不断搅拌电解液，其中搅拌桨为聚四氟搅拌桨，位于基片安装支架的正下方；
S4.清洗：待电解结束时，电流值为变为零，此时钢化玻璃基片表面的金属铝薄膜全部变成多孔氧化铝薄膜，取出基片，清洗并烘干；
S5.扩孔：将步骤S4获得的表面有多孔氧化铝层薄膜的基片放置在1％、25℃磷酸溶液中浸泡，使多孔氧化铝薄膜的孔进一步扩大至孔径为300nm，即得全面积均匀多孔氧化铝层薄膜。
实施例4
一种全面积均匀多孔氧化铝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.镀膜：将边长为7英寸三角形石英玻璃基片一面抛光后采用纯度99.999％的铝在该面蒸镀一层0.1μm厚的金属铝薄膜；
S2.安装：将蒸镀了铝的基片安装在塑料基片安装支架上，基片表面的铝与外部电路之间采用工业纯钛丝导线在3个接触点上相连，3个接触点分别位于三角形基片的三个角上，并用夹持装置固定，所述丝状导线与基片表面的铝之间为点接触，接触点的面积为2mm2；
S3.电解：将基片安装支架放入电解池的10℃浓度为0.1M硫酸和浓度为0.1M磷酸(1：1)混合液中电解，与基片表面铝层相连的工业纯钛丝导线连接外部电路的正极，以石墨板为负极，电压为10V，电解过程中采用空气搅拌和搅拌桨机械搅拌不断搅拌电解液，其中空气搅拌是将气泡条固定在基片安装支架的正下方，将压缩空气通入气泡条产生气泡；机械搅拌采用聚四氟搅拌桨，搅拌桨的位置位于气泡条的正上方、基片的正下方；
S4.清洗：待电解结束时，电流值为变为零，此时石英玻璃基片表面的金属铝薄膜全部变成多孔氧化铝薄膜，取出基片，清洗并烘干；
S5.扩孔：将步骤S4获得的表面有多孔氧化铝层薄膜的基片放置在8％、48℃磷酸溶液中浸泡，使多孔氧化铝薄膜的孔进一步扩大至孔径为10nm，即得全面积均匀多孔氧化铝层薄膜。
实施例5
一种全面积均匀多孔氧化铝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.镀膜：将边长4英寸六边形碳化硅基片一面抛光后采用纯度99.99％的铝在该面蒸镀一层15μm厚的金属铝薄膜；
S2.安装：将蒸镀了铝的基片安装在塑料基片安装支架上，基片表面的铝与外部电路之间采用工业纯钛丝导线在6个接触点上相连，6个接触点分别位于六边形基片的6个角上，并用夹持装置固定，所述丝状导线与基片表面的铝之间为点接触，接触点的面积为2mm2；
S3.电解：将基片安装支架放入电解池的20℃浓度为0.2M硫酸、浓度为0.2M草酸和浓度为0.2M磷酸混合液(1：1：1)中电解，与基片表面铝层相连的工业纯钛丝导线连接外部电路的正极，以石墨板为负极，电压为300V，电解过程中采用空气搅拌和搅拌桨机械搅拌不断搅拌电解液，其中空气搅拌是将气泡石固定在基片安装支架的正下方，将压缩空气通入气泡石产生气泡；机械搅拌采用聚四氟搅拌桨，搅拌桨的位置位于气泡石的正上方、基片的正下方；
S4.清洗：待电解结束时，电流值为变为零，此时碳化硅基片表面的金属铝薄膜全部变成多孔氧化铝薄膜，取出基片，清洗并烘干；
S5.扩孔：将步骤S4获得的表面有多孔氧化铝层薄膜的基片放置在5％、60℃磷酸溶液中浸泡，使多孔氧化铝薄膜的孔进一步扩大至孔径为500nm，即得全面积均匀多孔氧化铝层薄膜。
实施例6
一种全面积均匀多孔氧化铝薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.镀膜：将直径4英寸圆形高阻硅基片一面抛光后采用纯度99.99％的铝在该面蒸镀一层5μm厚的金属铝薄膜；
S2.安装：将蒸镀了铝的基片安装在塑料基片安装支架上，基片表面的铝与外部电路之间采用工业纯钛丝导线在3个接触点上相连，3个接触点分别位于圆形基片的顶部和两侧，并用夹持装置固定，所述丝状导线与基片表面的铝之间为点接触，接触点的面积为2mm2；
S3.电解：将基片安装支架放入电解池的15℃浓度为0.2M草酸和浓度为0.1M磷酸混合液(1：1)中电解，与基片表面铝层相连的工业纯钛丝导线连接外部电路的正极，以石墨板为负极，电压为200V，电解过程中采用空气搅拌和搅拌桨机械搅拌不断搅拌电解液，其中空气搅拌是将气泡石固定在基片安装支架的正下方，将压缩空气通入气泡石产生气泡；机械搅拌采用聚四氟搅拌桨，搅拌桨的位置位于气泡石的正上方、基片的正下方；
S4.清洗：待电解结束时，电流值为变为零，此时高阻硅基片表面的金属铝薄膜全部变成多孔氧化铝薄膜，取出基片，清洗并烘干；
S5.扩孔：将步骤S4获得的表面有多孔氧化铝层薄膜的基片放置在3％、35℃磷酸溶液中浸泡，使多孔氧化铝薄膜的孔进一步扩大至孔径为200nm，即得全面积均匀多孔氧化铝层薄膜。
实施例7
一种实施本发明的制备方法的电解装置，包括电解支架1，基片安装支架2，2条丝状导线3，2个夹持装置4，搅拌装置5，石墨负极6，电解池7和外部电路8，其中电解支架1固定于电解池7顶部，石墨负极6位于电解池7的侧壁上并与外部电路8的负极相连，基片安装支架2顶部与电解支架1相连，基片安装支架2悬于电解池7内部且其基片安装面与石墨负极6相对，丝状导线3一端与外部电路8正极相连，丝状导线3的另一端位于夹持装置4夹持部位中间，夹持装置4位于基片安装支架2基片安装面的边缘，搅拌装置5位于基片安装支架2的正下方。
实施例8
一种实施本发明的制备方法的电解装置，包括电解支架1，基片安装支架2，3条丝状导线3，3个夹持装置4，搅拌装置5，石墨负极6，电解池7和外部电路8，其中电解支架1固定于电解池7顶部，石墨负极6位于电解池7的侧壁上并与外部电路8的负极相连，基片安装支架2顶部与电解支架1相连，基片安装支架2悬于电解池7内部且其基片安装面与石墨负极6相对，丝状导线3一端与外部电路8正极相连，丝状导线3的另一端位于夹持装置4夹持部位中间，夹持装置4位于基片安装支架2基片安装面的边缘，搅拌装置5位于基片安装支架2的正下方。
所述的基片安装支架2上包含径向的固定槽9，并且夹持装置4连接在固定槽9上并可沿固定槽9移动，并且基片安装支架2为塑料，所述夹持装置4为塑料螺丝。
实施例9
一种实施本发明的制备方法的电解装置，包括电解支架1，基片安装支架2，4条丝状导线3，4个夹持装置4，搅拌装置5，石墨负极6，电解池7和外部电路8，其中电解支架1固定于电解池7顶部，石墨负极6位于电解池7的侧壁上并与外部电路8的负极相连，基片安装支架2顶部与电解支架1相连，基片安装支架2悬于电解池7内部且其基片安装面与石墨负极6相对，丝状导线3一端与外部电路8正极相连，丝状导线3的另一端位于夹持装置4夹持部位中间，夹持装置4位于基片安装支架2基片安装面的边缘，搅拌装置5位于基片安装支架2的正下方。
所述的基片安装支架2上包含径向的固定槽9，并且夹持装置4连接在固定槽9上并可沿固定槽9移动，并且基片安装支架2为塑料，所述夹持装置4为塑料螺丝。
所述的丝状导线3为铂丝。
实施例10
一种实施本发明的制备方法的电解装置，包括电解支架1，基片安装支架2，6条丝状导线3，6个夹持装置4，搅拌装置5，石墨负极6，电解池7和外部电路8，其中电解支架1固定于电解池7顶部，石墨负极6位于电解池7的侧壁上并与外部电路8的负极相连，基片安装支架2顶部与电解支架1相连，基片安装支架2悬于电解池7内部且其基片安装面与石墨负极6相对，丝状导线3一端与外部电路8正极相连，丝状导线3的另一端位于夹持装置4夹持部位中间，夹持装置4位于基片安装支架2基片安装面的边缘，搅拌装置5位于基片安装支架2的正下方。
所述的基片安装支架2上包含径向的固定槽9，并且夹持装置4连接在固定槽9上并可沿固定槽9移动，并且基片安装支架2为塑料，所述夹持装置4为塑料螺丝。
所述的丝状导线3为工业纯钛丝。
所述搅拌装置5为空气搅拌装置和/或搅拌桨机械搅拌装置；其中：所述的空气搅拌装置包括相连的进气管10和气泡发生装置11；所述的搅拌桨搅拌装置包括搅拌桨12、连接轴13和电机14，电机14安装于电解支架1的顶部并与连接轴13相连，连接轴13竖直向下伸入电解池7内部并且末端与搅拌桨12相连，搅拌桨12位于基片安装支架2的正下方；或者当两种搅拌装置一起采用时，搅拌桨12位于气泡发生装置11的正上方、基片安装支架2的正下方。
本发明中电解装置的工作时，可根据不同的基片形状和大小制作不同形状和大小的多个基片支架，并在基片支架上根据基片形状和大小布置相应的夹持装置和固定槽，使用时先根据基片形状和大小选择相应的基片支架，然后根据基片形状和大小调整夹持装置4的位置，然后将基片铝薄膜向外安装在基片安装支架2上，调整夹持装置4并将丝状导线3末端夹在铝薄膜和夹持装置中间，然后将基片安装支架2与电解支架1相连后安装在电解池7上，加入电解液，液面需没过基片，开启搅拌装置5，然后开启外部电路8电源，开始电解，至电解完毕关闭外部电路8电源和搅拌装置5即可。
Claims (9)
1.一种在绝缘基片上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1 .镀膜：将绝缘基片一面抛光后在该面蒸镀一层金属铝薄膜；所述金属铝的纯度不低于99.99％，所述金属铝薄膜的厚度为0.1～20μm， 所述绝缘基片为高阻硅、蓝宝石、钢化玻璃、石英玻璃、碳化硅中的一种；
S2 .安装：将蒸镀了铝的基片安装在基片安装支架上，基片表面的铝与外部电路之间采用丝状导线相连，所述丝状导线与基片表面的铝之间为点接触；所述丝状导线与基片表面相连时有2个以上沿基片边缘分布的接触点，每个接触点的面积不大于3mm2；所述丝状导线一端与外部电路正极相连，丝状导线的另一端位于夹持装置夹持部位中间，夹持装置位于基片安装支架基片安装面的边缘，丝状导线的数量与夹持装置的数量相同；所述丝状导线材料为铂或工业纯钛，所述基片安装支架材料为耐酸性腐蚀的塑料；
S3 .电解：将基片安装支架放入电解池的电解液中电解，与基片表面铝层相连的丝状导线连接外部电路的正极，以石墨板为负极，电解过程中需不断搅拌电解液；所述电解液的搅拌采用空气搅拌、或者空气搅拌和搅拌桨机械搅拌结合方式；其中：空气搅拌是将多孔管、气泡条或气泡石固定在基片安装支架的正下方，将压缩空气通入多孔管、气泡条或气泡石产生气泡；机械搅拌采用聚四氟搅拌桨，搅拌桨位于基片安装支架的正下方；当两种方式一起采用时，搅拌桨的位置位于多孔管、气泡条或气泡石的正上方、基片的正下方；
S4 .清洗：待电解结束时，电流值为变为零，此时基片表面的金属铝薄膜全部变成多孔氧化铝薄膜，取出基片，清洗并烘干；
S5 .扩孔：将步骤S4获得的表面有多孔氧化铝层薄膜的基片放置在磷酸溶液中浸泡，使 多孔氧化铝薄膜的孔进一步扩大至所需孔径，即得全面积均匀多孔氧化铝层薄膜。
2.根据权利要求1所述的在绝缘基片上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法，其特征在于，步骤S3中所述电解液为硫酸、草酸、磷酸中的一种或几种，电解液的温度为5～20℃，电解时所加电压为10～400V。
3.根据权利要求1所述的在绝缘基片上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法，其特征在于，步骤S5中所述的磷酸的质量浓度为1％～10％，磷酸溶液的温度为25～70℃。
4.根据权利要求1～3任一所述的在绝缘基片上制备全面积均匀多孔氧化铝薄膜的方法，其特征在于，所制得的多孔氧化铝薄膜孔径为10～800nm。
5.权利要求1～4任一方法所制得的全面积均匀多孔氧化铝薄膜及附有全面积均匀多孔氧化铝薄膜的基片。
6.权利要求5的全面积均匀多孔氧化铝薄膜或附有全面积均匀多孔氧化铝薄膜的基片在模板、纳米容器、掩模板的应用。
7.一种实施权利要求1～4任一所述的制备方法的电解装置，其特征在于，包括电解支架(1)，基片安装支架(2)，2条以上的丝状导线(3)，2个以上的夹持装置(4)，搅拌装置(5)，石墨负极(6)，电解池(7)和外部电路(8)，其中电解支架(1)固定于电解池(7)顶部，石墨负极 (6)位于电解池(7)的侧壁上并与外部电路(8)的负极相连，基片安装支架(2)顶部与电解支架(1)相连，基片安装支架(2)悬于电解池(7)内部且其基片安装面与石墨负极(6)相对，丝状导线(3)一端与外部电路(8)正极相连，丝状导线(3)的另一端位于夹持装置(4)夹持部位中间，夹持装置(4)位于基片安装支架(2)基片安装面的边缘，丝状导线(3)的数量与夹持装置(4)的数量相同，搅拌装置(5)位于基片安装支架(2)的正下方；所述搅拌装置(5)为空气搅拌装置、或者空气搅拌装置和搅拌桨机械搅拌装置；其中：所述的空气搅拌装置包括相连的进气管(10)和气泡发生装置(11)；所述的搅拌桨搅拌装置包括搅拌桨(12)、连接轴(13)和电机(14)，电机(14)安装于电解支架(1)的顶部并与连接轴(13)相连，连接轴(13)竖直向下伸入电解池(7)内部并且末端与搅拌桨(12)相连，搅拌桨(12)位于基片安装支架(2)的正下方；或者当两种搅拌装置一起采用时，搅拌桨(12)位于气泡发生装置(11)的正上方、基片安装支架(2)的正下方。
8.根据权利要求7所述的电解装置，其特征在于，所述的基片安装支架(2)上包含径向的固定槽(9)，并且夹持装置(4)连接在固定槽(9)上并可沿固定槽(9)移动，并且基片安装支架(2)为塑料，所述夹持装置(4)为塑料螺丝。
9.根据权利要求7所述的电解装置，其特征在于，所述的丝状导线(3)为铂丝或工业纯钛丝。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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