CN114990663A - 一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板、制备方法及应用 - Google Patents
一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板、制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114990663A CN114990663A CN202210534791.0A CN202210534791A CN114990663A CN 114990663 A CN114990663 A CN 114990663A CN 202210534791 A CN202210534791 A CN 202210534791A CN 114990663 A CN114990663 A CN 114990663A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parabolic
- aluminum oxide
- aluminum
- parabolic cylindrical
- template
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 84
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 88
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 88
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 70
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 70
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 94
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 54
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 25
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 23
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical group [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- KRVSOGSZCMJSLX-UHFFFAOYSA-L chromic acid Substances O[Cr](O)(=O)=O KRVSOGSZCMJSLX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 15
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 15
- AWJWCTOOIBYHON-UHFFFAOYSA-N furo[3,4-b]pyrazine-5,7-dione Chemical compound C1=CN=C2C(=O)OC(=O)C2=N1 AWJWCTOOIBYHON-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 14
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 14
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 14
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 11
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 9
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 9
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 9
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 9
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- LWJROJCJINYWOX-UHFFFAOYSA-L mercury dichloride Chemical class Cl[Hg]Cl LWJROJCJINYWOX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 claims description 5
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 5
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 2
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 17
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 16
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 11
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 210000001808 exosome Anatomy 0.000 description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 6
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- UKWHYYKOEPRTIC-UHFFFAOYSA-N mercury(ii) oxide Chemical class [Hg]=O UKWHYYKOEPRTIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003631 expected effect Effects 0.000 description 2
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910000474 mercury oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 210000002901 mesenchymal stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/045—Anodisation of aluminium or alloys based thereon for forming AAO templates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L29/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical; Compositions of hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L29/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
- C08L29/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L69/00—Compositions of polycarbonates; Compositions of derivatives of polycarbonates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/06—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used
- C25D11/10—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used containing organic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/12—Anodising more than once, e.g. in different baths
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/16—Pretreatment, e.g. desmutting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
- C25D11/24—Chemical after-treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
本申请提出一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板、制备方法及应用，涉及氧化铝模板技术领域。该抛物柱面形氧化铝模板与现有技术相比具有以下特点：一该氧化铝模板的制备方法以二次氧化的方式使得氧化铝模板形成有序的纳米空洞，且在抛物柱面形铝片上的孔洞直径大小及孔径变化率可以通过改变阳极氧化时间和抛物柱面准线、抛物线曲率大小调节；二、制备而得的抛物柱面形氧化铝模板不仅能够更好地实现器件化，而且具有圆锥形纳米孔洞，并且纳米孔洞以抛物柱面轴线为中心，沿垂直抛物柱面方向呈辐射状有序排列。同时，该抛物柱面形氧化铝模板上的纳米孔洞以抛物柱面轴线为中心，沿垂直抛物柱面方向呈辐射状有序排列。
Description
技术领域
本申请涉及氧化铝模板技术领域，具体而言，涉及一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板、制备方法及应用。
背景技术
随着科学技术的不断发展，许多新的学科不断兴起。纳米材料学便是其中一例。纳米材料的制备是纳米材料应用的基础。目前制备纳米材料多采用的方法有：模板法、气相沉积法、光刻法、液相法、离子束刻蚀法等等。而其中的模板法是一种最基本的方法。目前较成熟的模板大约有四种：碳纳米管、离子束刻蚀碳膜、生物微胶束和氧化铝模板。氧化铝模板由于具有孔密度大、纳米孔长径比(孔长度/孔直径)可调等特点，使其成为目前应用最为广泛的模板之一。它是将99.99％的纯铝片放在适当的酸性溶液 (如草酸、硫酸或磷酸等)中，通过阳极氧化得到的纳米孔洞阵列体系。上世纪90年代初以来，人们已经利用氧化铝模板成功合成了许多纳米结构材料，如：纳米纤维、纳米棒、纳米管和纳米线等。这些纳米材料展现出令人心仪的应用前景，有些甚至已经走出实验室阶段，如碳纳米管场发射器、半导体纳米线激光器等。
但是，平面形氧化铝模板的上下两个表面都是平面，不利于纳米材料实现器件化。不仅如此，平面形氧化铝模板中的纳米孔洞呈现圆锥形且平行排列，利用这种模板组装的纳米材料的功能单一。依照现有的方法，实现圆锥形纳米孔洞辐射状有序排列的氧化铝模板是不可能的。
因此，基于以上，提出一种氧化铝模板的制备方法，具有重要意义。
发明内容
本申请的目的在于提供一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，该方法能够在稳定地条件下制备出纳米空洞不弯曲、不分叉且有序的曲面氧化铝模板，同时制备方法难度较低，适用性更强。
本申请的另一目的在于提供一种抛物柱面形氧化铝模板，由上述抛物柱面形氧化铝模板的制备方法制备而得的抛物柱面形氧化铝模板，该氧化铝模板具有圆锥形纳米孔洞，并且纳米孔洞以抛物柱面轴线为中心，沿垂直抛物柱面方向呈辐射状有序排列。
本申请的另一目的在于提供一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的应用，以上述制备方法制备而得的氧化铝模板作为模板制作纳米产品。
本申请解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
第一方面，本申请提出一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，主要包括以下步骤：
将铝材经定型处理和预处理后，制得抛物柱面形铝片；将上述抛物柱面形铝片清洗后，在0.25M-0.35M的草酸溶液中进行第一次氧化，制得第一氧化铝片；将上述第一氧化铝片浸没在溶液一中，制得第二氧化铝片；将上述第二氧化铝片在0.25M-0.35M的草酸溶液中进行第二次氧化，制得第三氧化铝片；将上述第三氧化铝片浸没在饱和氯化汞溶液中1.5h-2.5h 后，制得预制品；将上述预制品清洗后，并浸没在0.08M-0.12M磷酸溶液中18min-22min，再经清洗后，制得上述抛物柱面形氧化铝模板；上述溶液一包括磷酸溶液和铬酸溶液；上述第一次氧化的条件如下：氧化电压38 V-42V，温度为4℃-6℃，氧化时间为19.5h-20.5h；上述第二次氧化的条件如下：氧化电压为38V-42V，温度为4℃-6℃，氧化时间为7.5h-8.5h。
第二方面，本申请提出一种由上述抛物柱面形氧化铝模板的制备方法制备而得的抛物柱面形氧化铝模板。
第三方面，本申请提出一种上述抛物柱面形氧化铝模板的应用，将聚碳酸酯、聚乙烯以及聚乙烯醇分别溶解后混合，在混合12h-24h后，制得混合液；然后在130℃-160℃的条件下，将上述混合液与引发剂混合，反应10h-25h后，制得反应液；将上述抛物柱面形氧化铝模板在上述反应液中浸没6h-10h后，再将上述抛物柱面形氧化铝模板在2℃-4℃下放置2h-3 h，制得模型材料；将上述模型材料浸没在氢氧化钠溶液中，经洗净后，制得纳米产品。
本申请实施例的用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板及其制备方法至少具有以下有益效果：
一、本申请提出一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，该制备方法以二次氧化的方式使得氧化铝模板形成有序的纳米空洞，且在抛物柱面形铝片上的孔洞直径大小及孔径变化率可以通过改变阳极氧化时间和抛物柱面准线、抛物线曲率大小调节，制备效果较好。
二、制备而得的抛物柱面形氧化铝模板不仅能够更好地实现器件化，而且，具有圆锥形纳米孔洞，并且纳米孔洞以抛物柱面轴线为中心，沿垂直抛物柱面方向呈辐射状有序排列。同时，该抛物柱面形氧化铝模板上的纳米孔洞以抛物柱面轴线为中心，沿垂直抛物柱面方向呈辐射状有序排列。
三、以制备而得的氧化铝模板作为模具制备纳米材料，不仅呈圆锥形，而且具有较好地疏水特性，能够用于分离纳米粒径的离子，同时还可将纳米材料排列，达到分离不同直径纳米粒子的效果，使用价值较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请提供的第三氧化铝片的实物照片；
图2为本申请提供的抛物柱面形氧化铝模板的电镜照片。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本申请。
第一，本申请提出一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，主要包括以下步骤：
将铝材经定型处理和预处理后，制得抛物柱面形铝片；将上述抛物柱面形铝片清洗后，在0.25M-0.35M的草酸溶液中进行第一次阳极氧化，制得第一氧化铝片；将上述第一氧化铝片浸没在溶液一中，制得第二氧化铝片；将上述第二氧化铝片在0.25M-0.35M的草酸溶液中进行第二次氧化，制得第三氧化铝片；将上述第三氧化铝片浸没在饱和氯化汞溶液中1.5h-2.5 h后，制得预制品；将上述预制品清洗后，并浸没在0.08M-0.12M磷酸溶液中18min-22min，再经清洗后，制得上述抛物柱面形氧化铝模板；上述溶液一包括磷酸溶液和铬酸溶液；上述第一次氧化的条件如下：氧化电压 38V-42V，温度为4℃-6℃，氧化时间为19.5h-20.5h；上述第二次氧化的条件如下：氧化电压为38V-42V，温度为4℃-6℃，氧化时间为7.5h-8.5 h。
详细地，将铝材经过定型处理后，可制得形状呈抛物柱面形的铝片，同时，经过预处理后，该铝片表面光滑、干净，不会引入杂质至电解液中，达到预期的制备效果。避免杂质的存在影响孔洞的形成。
本申请中，将经预处理(即为抛光处理)后的抛物柱面形铝片以去离子水进行多次冲洗后，浸没在草酸溶液中进行第一次阳极氧化，经阳极氧化19.5h-20.5h后，在抛物柱面形铝片形成氧化铝。并且在阳极氧化初期，铝片上形成一层阻挡层。
本申请中，第一次阳极氧化的条件如下：氧化电压为38V-42V，温度为4℃-6℃。由于在进行阳极氧化的过程中，为避免温度升高，使得氧化铝模板的形成温度恒定，可配备散热装置在阳极氧化装置上，达到温度恒定的制备条件，以此避免温度过高影响纳米孔阵列的有序性。
然后将第一次阳极氧化完成后的铝片浸没在磷酸、铬酸的混合液中，以此除去铝片上形成的氧化物。除去氧化物后，铝片上留有第一次阳极氧化留下的有序洞坑，能够使得第二次阳极氧化形成规则有序的纳米孔，达到预期的制备效果。
以磷酸、铬酸混合液将氧化物层除去后，进行第二次阳极氧化，在相同条件下(与第一次阳极氧化条件相同)阳极氧化7.5h-8.5h，制得具有有序排列孔洞的氧化铝层，上述氧化层即为制得抛物柱面形氧化铝模板。
第二次阳极氧化完成后，将其浸没于饱和氧化汞溶液中1.5h-2.5h，除去中间未被氧化的铝片，制得预制品。由于在阳极氧化的过程中，抛物柱面形铝片两侧均被氧化形成具有圆锥形孔洞的氧化铝层，因此，通过氧化汞出去中间未被氧化的铝片层后，能够获得两个抛物柱面形氧化铝模板，达到预期的制备效果。
然后将预制品表面的氧化汞溶液冲洗干净后，在室温下晾干，再浸没于0.08M-0.12M的磷酸溶液中，并在28℃-32℃的条件下浸泡18min-22 min，将阳极氧化初期形成的阻挡层除去，此时，抛物柱面形氧化铝模板上形成没有阻挡的孔洞。然后将其表面以去离子水冲洗，并在室温下晾干，即可获得抛物柱面形氧化铝模板，以作为制作纳米材料的模板，达到预期效果。
本申请中，上述磷酸的浓度为1.55wt％-1.65wt％，上述铬酸的浓度为 5.5wt％-6.5wt％，且上述溶液一中磷酸溶液与铬酸溶液的体积为1:1。
本申请中，上述铝材的定型处理包括以下步骤：将上述铝材以抛物柱面形模具经锻压后制得上述抛物柱面形铝片；上述铝材为条形铝片，且上述铝材的纯度在99.99％以上。
本申请中，上述铝材的定型处理包括以下步骤：在抛物柱面形模具表面以真空蒸镀的方式制得上述抛物柱面形铝片；上述铝材为条形铝片，且上述铝材的纯度在99.99％以上。
上述两种方式均可制成呈抛物柱面形的铝片，达到后续制备效果。
本申请中，其特征在于，上述铝材的预处理包括以下步骤：将上述铝材在抛光液中抛光4min-5min，抛光的电压为14V-15V，抛光的温度为 9℃-11℃；上述抛光液中含有乙醇和高氯酸，且乙醇和高氯酸的体积比为 (4.5-5.5):1。以此方式不仅能够使得铝片表面光滑，还可使得铝片表面的杂质除去，从而使得形成的氧化铝层更为平整。
本申请中，其特征在于，在上述第一氧化铝片浸没于上述溶液一中时，温度为58℃-62℃，且浸没时间为1.8h-2.2h。
第二方面，本申请提出一种如上述用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法制备而得的抛物柱面形氧化铝模板。该氧化铝模板具有圆锥形纳米孔洞，并且纳米孔洞以抛物柱面轴线为中心，沿垂直抛物柱面方向呈辐射状有序排列。
第三方面，本申请提出一种上述的抛物柱面形氧化铝模板的应用，将聚碳酸酯、聚乙烯以及聚乙烯醇分别溶解后混合，在混合12h-24h后，制得混合液；然后在130℃-160℃的条件下，将上述混合液与引发剂混合，反应10h-25h后，制得反应液；将上述抛物柱面形氧化铝模板在上述反应液中浸没6h-10h后，再将上述抛物柱面形氧化铝模板在2℃-4℃下放置2h-3h，制得模型材料；将上述模型材料浸没在氢氧化钠溶液中，经洗净后，制得纳米产品。
详细地，本申请中，以聚碳酸酯/聚乙烯以及聚乙烯醇作为原料，并以上述的抛物柱面形氧化铝模板作为模具制备一种具有疏水特性的纳米材料，以此达到分离液体中纳米粒子的效果，同时，由于氧化铝模板中纳米孔以辐射状呈现，而由此形成的圆锥形纳米材料能够排列形成不同的间隙，达到分离同一溶液中不同粒径纳米粒子的效果，适用性更强。
具体地，可将其应用于微流控芯片内，即为将圆锥形的纳米材料安装于微流控芯片内，达到分离效果。
本申请中，上述聚碳酸酯、聚乙烯以及聚乙烯醇的质量比为(2-3):1:2。
本申请中，上述引发剂为过硫酸铵，且过硫酸铵与聚碳酸酯的质量比为(0.01-0.02):1。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例的目的在于提供一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，包括以下步骤：
将铝材经定型处理和预处理后，制得抛物柱面形铝片；将上述抛物柱面形铝片以去离子水冲洗3-5次后，在0.3M的草酸溶液中进行第一次阳极氧化，制得第一氧化铝片；将上述第一氧化铝片在60℃的条件下在溶液一中浸没2h后，制得第二氧化铝片；将上述第二氧化铝片在0.3M的草酸溶液中进行第二次阳极氧化，制得第三氧化铝片；将上述第三氧化铝片浸没在饱和氯化汞溶液中2h后，制得预制品；将上述预制品以去离子水冲洗 3-5次后，在室温下晾干，再浸没在0.1M磷酸溶液中20min，再经去离子水冲洗3-5次后，在室温下晾干，制得上述抛物柱面形氧化铝模板；上述溶液一包括体积比为1:1的磷酸溶液和铬酸溶液，且磷酸溶液的浓度为1.6 wt％，铬酸溶液的浓度为6wt％；上述第一次氧化的条件如下：氧化电压40V，温度为5℃，氧化时间为20h；上述第二次氧化的条件如下：氧化电压为40V，温度为5℃，氧化时间为8h。
铝材的定型方式如下：将上述铝材绕在抛物柱面形模具上，并经锻压后制得上述抛物柱面形铝片；上述铝材为条形铝片，且上述铝材的纯度为 99.99％。
铝材在定型后进行预处理，具体如下：将上述铝材在抛光液中抛光4 min-5min，抛光的电压为14V-15V，抛光的温度为10℃；上述抛光液中含有乙醇和高氯酸，且乙醇和高氯酸的体积比为5:1。
实施例2
本实施例的目的在于提供一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，包括以下步骤：
将铝材经定型处理和预处理后，制得抛物柱面形铝片；将上述抛物柱面形铝片以去离子水冲洗3-5次后，在0.25M的草酸溶液中进行第一次阳极氧化，制得第一氧化铝片；将上述第一氧化铝片在58℃的条件下在溶液一中浸没1.8h后，制得第二氧化铝片；将上述第二氧化铝片在0.25M的草酸溶液中进行第二次阳极氧化，制得第三氧化铝片；将上述第三氧化铝片浸没在饱和氯化汞溶液中1.5h后，制得预制品；将上述预制品以去离子水冲洗3-5次后，在室温下晾干，再浸没在0.08M磷酸溶液中18min，再经去离子水冲洗3-5次后，在室温下晾干，制得上述抛物柱面形氧化铝模板；上述溶液一包括体积比为1:1的磷酸溶液和铬酸溶液，且磷酸溶液的浓度为 1.55wt％，铬酸溶液的浓度为5.5wt％；上述第一次氧化的条件如下：氧化电压38V，温度为4℃，氧化时间为19.5h；上述第二次氧化的条件如下：氧化电压为38V，温度为4℃，氧化时间为7.5h。
铝材的定型方式如下：在抛物柱面形模具表面以真空蒸镀的方式制得上述抛物柱面形铝片；上述铝材为条形铝片，且上述铝材的纯度在99.99％以上。
铝材在定型后进行预处理，具体如下：将上述铝材在抛光液中抛光4 min-5min，抛光的电压为14V-15V，抛光的温度为8℃；上述抛光液中含有乙醇和高氯酸，且乙醇和高氯酸的体积比为4.5:1。
实施例3
本实施例的目的在于提供一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，包括以下步骤：
将铝材经定型处理和预处理后，制得抛物柱面形铝片；将上述抛物柱面形铝片以去离子水冲洗3-5次后，在0.35M的草酸溶液中进行第一次阳极氧化，制得第一氧化铝片；将上述第一氧化铝片在62℃的条件下在溶液一中浸没2.2h后，制得第二氧化铝片；将上述第二氧化铝片在0.35M的草酸溶液中进行第二次阳极氧化，制得第三氧化铝片；将上述第三氧化铝片浸没在饱和氯化汞溶液中2.5h后，制得预制品；将上述预制品以去离子水冲洗3-5次后，在室温下晾干，再浸没在0.12M磷酸溶液中22min，再经去离子水冲洗3-5次后，在室温下晾干，制得上述抛物柱面形氧化铝模板；上述溶液一包括体积比为1:1的磷酸溶液和铬酸溶液，且磷酸溶液的浓度为 1.65wt％，铬酸溶液的浓度为6.5wt％；上述第一次氧化的条件如下：氧化电压42V，温度为6℃，氧化时间为20.5h；上述第二次氧化的条件如下：氧化电压为42V，温度为6℃，氧化时间为8.5h。
铝材的定型方式如下：在抛物柱面形模具表面以真空蒸镀的方式制得上述抛物柱面形铝片；上述铝材为条形铝片，且上述铝材的纯度为99.99％。
铝材在定型后进行预处理，具体如下：将上述铝材在抛光液中抛光4 min-5min，抛光的电压为14V-15V，抛光的温度为12℃；上述抛光液中含有乙醇和高氯酸，且乙醇和高氯酸的体积比为5.5:1。
实施例4
本实施例的目的在于提供一种抛物柱面形氧化铝模板的应用，具体如下：
将聚碳酸酯、聚乙烯以及聚乙烯醇分别溶解后，以质量比2.5:1:2的比例(原料的质量)混合，在混合18h后，制得混合液；然后在150℃的条件下，将上述混合液与过硫酸铵混合，反应21h后，制得反应液；其中，过硫酸铵与聚碳酸酯的质量比为0.015:1。
将实施例1制备而得的抛物柱面形氧化铝模板在上述反应液中浸没8h 后，再将上述抛物柱面形氧化铝模板在3℃下放置2.5h，制得模型材料；将上述模型材料浸没在氢氧化钠溶液中，经洗净后，制得纳米产品。
实施例5
本实施例的目的在于提供一种抛物柱面形氧化铝模板的应用，具体如下：
将聚碳酸酯、聚乙烯以及聚乙烯醇分别溶解后，以质量比2:1:2的比例 (原料的质量)混合，在混合12h后，制得混合液；然后在130℃的条件下，将上述混合液与过硫酸铵混合，反应10h后，制得反应液；其中过硫酸铵与聚碳酸酯的质量比为0.01:1。
将实施例1制备而得的抛物柱面形氧化铝模板在上述反应液中浸没6h 后，再将上述抛物柱面形氧化铝模板在2℃下放置2h，制得模型材料；将上述模型材料浸没在氢氧化钠溶液中，经洗净后，制得纳米产品。
实施例6
本实施例的目的在于提供一种抛物柱面形氧化铝模板的应用，具体如下：
将聚碳酸酯、聚乙烯以及聚乙烯醇分别溶解后，以质量比3:1:2的比例 (原料的质量)混合，在混合24h后，制得混合液；然后在160℃的条件下，将上述混合液与过硫酸铵混合，反应25h后，制得反应液；其中过硫酸铵与聚碳酸酯的质量比为0.02:1。
将实施例1制备而得的抛物柱面形氧化铝模板在上述反应液中浸没10 h后，再将上述抛物柱面形氧化铝模板在4℃下放置3h，制得模型材料；将上述模型材料浸没在氢氧化钠溶液中，经洗净后，制得纳米产品。
效果例1
1.实施例1中第三氧化铝片的实物如图1所示，可知，圆锥形孔洞以抛物柱面轴线为中心，沿垂直抛物柱面方向呈辐射状有序排列；并且圆锥形孔洞的孔径以及孔径变化率的变化趋势如下：
(1)在图1所示的A点附近，圆锥形纳米孔沿抛物柱面形氧化铝模板表面垂直方向的最小直径为55nm，最大直径为74nm，纳米孔径的变化率为0.50nm/μm；
(2)在图1所示的C点附近，圆锥形纳米孔沿抛物柱面形氧化铝模板表面垂直方向的最小直径为65nm，最大直径为85nm，纳米孔径的变化率为0.53nm/μm；
(3)在图1所示的B点附近，圆锥形纳米孔沿抛物柱面形氧化铝模板表面垂直方向的最小直径为55nm，最大直径为74nm，纳米孔径的变化率为0.50nm/μm；
因此，结合(1)和(2)可知，沿氧化铝模板准线方向和模板表面垂线方向，纳米孔的孔径以及孔径变化率渐变；结合(1)、(2)和(3)可知，模板上圆锥形纳米孔的孔径大小及孔径变化率在二维方向渐变，由此可见，纳米孔径和孔径变化率能够在调整抛物柱面准线的曲率以及阳极氧化时间的基础上调节，能够适用于制备多种纳米材料，达到预期的使用效果。
2.将实施例1制备而得的抛物柱面形氧化铝模板进行电子显微镜表征，表征后的电镜图片见图2。
由图2可知，本申请中以上述制备方法制备而得的抛物柱面形氧化铝模板上的纳米孔洞有序排列，与预计的效果相一致。
效果例2
将实施例4制备的纳米材料同向排列在微流控芯片内，将其用于分离不同粒径的外泌体，并测试分离效果，具体见表1。本效果例中，外泌体为间充质干细胞的外泌体，并通过购买获得。
分离方法：将获得的外泌体以注射器注射入微流控芯片内，然后在1 mL/min的条件下泵人外泌体，使得外泌体流过纳米材料进行分离。纳米材料均匀排布在微流控芯片内，且直径小的一端靠近外泌体的流入端。
表1分离结果
由上表可知，经分离后，能够将大粒径的外泌体分离除去，制成外泌体粒径更为均匀的物质便于使用，并且不易堵塞微流控芯片，因其疏水作用。而且，纳米材料排列时，能够形成梯形通道，以此方式能够使得分离过程中外泌体更易进入梯形通道的大端，然后从小端分离，分离效果更好。
综上，本申请提出一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，该制备方法以二次氧化的方式使得氧化铝模板形成有序的纳米空洞，且在抛物柱面形铝片上的孔洞直径大小及孔径变化率可以通过改变阳极氧化时间和抛物柱面准线、抛物线曲率大小调节，制备效果较好。制备而得的抛物柱面形氧化铝模板不仅能够更好地实现器件化，而且，具有圆锥形纳米孔洞，并且纳米孔洞以抛物柱面轴线为中心，沿垂直抛物柱面方向呈辐射状有序排列。同时，该抛物柱面形氧化铝模板上的纳米孔洞以抛物柱面轴线为中心，沿垂直抛物柱面方向呈辐射状有序排列。以制备而得的氧化铝模板作为模具制备纳米材料，不仅呈圆锥形，而且具有较好地疏水特性，能够用于分离纳米粒径的离子，同时还可将纳米材料排列，达到分离不同直径纳米粒子的效果，使用价值较高。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铝材经定型处理和预处理后，制得抛物柱面形铝片；将所述抛物柱面形铝片清洗后，在0.25M-0.35M的草酸溶液中进行第一次阳极氧化，制得第一氧化铝片；将所述第一氧化铝片浸没在溶液一中，制得第二氧化铝片；将所述第二氧化铝片在0.25M-0.35M的草酸溶液中进行第二次阳极氧化，制得第三氧化铝片；将所述第三氧化铝片浸没在饱和氯化汞溶液中1.5h-2.5h后，制得预制品；将所述预制品清洗后，并浸没在0.08M-0.12M磷酸溶液中18min-22min，再经清洗后，制得所述抛物柱面形氧化铝模板；
所述溶液一包括磷酸溶液和铬酸溶液；
所述第一次氧化的条件如下：氧化电压38V-42V，温度为4℃-6℃，氧化时间为19.5h-20.5h；
所述第二次氧化的条件如下：氧化电压为38V-42V，温度为4℃-6℃，氧化时间为7.5h-8.5h。
2.根据权利要求1所述的用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，其特征在于，所述磷酸的浓度为1.55wt％-1.65wt％，所述铬酸的浓度为5.5wt％-6.5wt％，且所述溶液一中磷酸溶液与铬酸溶液的体积为1:1。
3.根据权利要求1或2所述的用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，其特征在于，所述铝材的定型处理包括以下步骤：
将所述铝材以抛物柱面形模具经锻压后制得所述抛物柱面形铝片；所述铝材为条形铝片，且所述铝材的纯度在99.99以上％。
4.根据权利要求1或2所述的用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，其特征在于，所述铝材的定型处理包括以下步骤：
在抛物柱面形模具表面以真空蒸镀的方式制得所述抛物柱面形铝片；所述铝材为条形铝片，且所述铝材的纯度在99.99％以上。
5.根据权利要求1所述的用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，其特征在于，所述铝材的预处理包括以下步骤：
将所述铝材在抛光液中抛光4min-5min，抛光的电压为14V-15V，抛光的温度为9℃-11℃；所述抛光液中含有乙醇和高氯酸，且乙醇和高氯酸的体积比为(4.5-5.5):1。
6.根据权利要求1或2所述的用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法，其特征在于，在所述第一氧化铝片浸没于所述溶液一中时，温度为58℃-62℃，且浸没时间为1.8h-2.2h。
7.一种如权利要求1-6所述的用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板的制备方法制备而得的抛物柱面形氧化铝模板。
8.一种如权利要求7所述的抛物柱面形氧化铝模板的应用，其特征在于，将聚碳酸酯、聚乙烯以及聚乙烯醇分别溶解后混合，在混合12h-24h后，制得混合液；然后在130℃-160℃的条件下，将所述混合液与引发剂混合，反应10h-25h后，制得反应液；将所述抛物柱面形氧化铝模板在所述反应液中浸没6h-10h后，再将所述抛物柱面形氧化铝模板在2℃-4℃下放置2h-3h，制得模型材料；将所述模型材料浸没在氢氧化钠溶液中，经洗净后，制得纳米产品。
9.根据权利要求8所述的抛物柱面形氧化铝模板的应用，其特征在于，所述聚碳酸酯、聚乙烯以及聚乙烯醇的质量比为(2-3):1:2。
10.根据权利要求8所述的抛物柱面形氧化铝模板的应用，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵，且过硫酸铵与聚碳酸酯的质量比为(0.01-0.02):1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210534791.0A CN114990663B (zh) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | 一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板、制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210534791.0A CN114990663B (zh) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | 一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板、制备方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114990663A true CN114990663A (zh) | 2022-09-02 |
| CN114990663B CN114990663B (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=83027940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210534791.0A Active CN114990663B (zh) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | 一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板、制备方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114990663B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1951981A (zh) * | 2006-09-28 | 2007-04-25 | 同济大学 | 一种尺寸均一的可降解聚合物线模板的制备方法 |
| CN101381467A (zh) * | 2008-10-16 | 2009-03-11 | 上海大学 | 多孔模板制备生物可降解高分子纳米材料的方法及装置 |
| CN104975323A (zh) * | 2014-04-13 | 2015-10-14 | 山东建筑大学 | 制备纳米材料的正弦曲面形氧化铝模板及其制备方法 |
-
2022
- 2022-05-17 CN CN202210534791.0A patent/CN114990663B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1951981A (zh) * | 2006-09-28 | 2007-04-25 | 同济大学 | 一种尺寸均一的可降解聚合物线模板的制备方法 |
| CN101381467A (zh) * | 2008-10-16 | 2009-03-11 | 上海大学 | 多孔模板制备生物可降解高分子纳米材料的方法及装置 |
| CN104975323A (zh) * | 2014-04-13 | 2015-10-14 | 山东建筑大学 | 制备纳米材料的正弦曲面形氧化铝模板及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114990663B (zh) | 2024-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hu et al. | Growth of well-aligned carbon nanotube arrays on silicon substrates using porous alumina film as a nanotemplate | |
| JP5942115B2 (ja) | 低温電気化学成長を用いた単結晶酸化銅（ｉ）ナノ線アレイの製造方法 | |
| Ding et al. | Fabrication of porous anodic alumina with ultrasmall nanopores | |
| CN103147108A (zh) | 一种阳极氧化铝膜及其制备方法 | |
| JP2024534247A (ja) | 高比表面積のｕｐｅ多孔質膜及びその製造方法及び用途 | |
| Yue et al. | Electrochemical synthesis and hydrophilicity of micro-pored aluminum foil | |
| CN114990663A (zh) | 一种用于制备纳米材料的抛物柱面形氧化铝模板、制备方法及应用 | |
| KR101191981B1 (ko) | 반도체 나노선 어레이 및 그 제조방법 | |
| KR20160001845A (ko) | 다공성 알루미나 튜브 제조방법 | |
| CN114990664B (zh) | 一种用于制备纳米材料的椭圆柱面形氧化铝模板、制备方法及应用 | |
| KR101010336B1 (ko) | 동공직경이 규칙적으로 변형된 나노다공성 알루미나의 경제적 제작 공정 | |
| Vida-Simiti et al. | Self-ordered nanoporous alumina templates formed by anodization of aluminum in oxalic acid | |
| Barzegar et al. | Constructing geometrically-ordered alumina nanoporous filters and alumina nanowire arrays by using ultrahigh voltage two step anodization | |
| CN101812712B (zh) | 超小孔径多孔阳极氧化铝膜的高速制备方法 | |
| KR101220522B1 (ko) | 다공성 다층 금속박막을 이용한 실리콘 나노선 어레이 제조방법 | |
| KR20180040743A (ko) | 가지 형태의 나노기공을 포함하는 이온다이오드막 및 그 제조 방법 | |
| CN114507137A (zh) | 一种通过混合基质膜制备高纯碳酸二甲酯和甲醇的方法 | |
| Yanagishita et al. | Continuous spinning of polymer nanofibers with uniform diameters using an anodic porous alumina spinneret with holes of different diameters | |
| Zhang et al. | A kind of double-sided porous anodic alumina membrane fabricated with the three-step anodic oxidation method | |
| Hasan et al. | Fabrication of thinner anodic aluminum oxide based microchannels | |
| RU2492917C2 (ru) | Способ наномодифицирования синтетических полимерных мембран | |
| Yin et al. | Template-growth of highly ordered carbon nanotube arrays on silicon | |
| KR20240072415A (ko) | 단백질 분리를 위한 양극산화 알루미늄 기판 및 이의 제조 방법 | |
| KR101628258B1 (ko) | 설파민산을 이용한 초미세 나노기공성 양극산화 알루미나 막의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 양극산화 알루미나 막 | |
| Yanagishita et al. | Fabrication of nanoparticle assemblies with a controlled number of constituent nanoparticles by membrane emulsification using anodic porous alumina |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |