TWI444507B - 具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板之製造方法 - Google Patents

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具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板之製造方法
本發明係關於一種陽極氧化鋁模板之製造方法，詳言之，係關於一種利用脈衝訊號以形成具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板之製造方法。
習知具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板之製造方法，需提供高純度(99.999%)之鋁箔，使其浸置於低溫(2℃至8℃)之電解液，再施以直流電壓以進行陽極氧化。高純度之鋁箔係用以降低不純物之影響，提高奈米孔分佈之均勻性。低溫之電解液係用以降低氧化反應速率，因為過快的反應速率會導致過度蝕刻產生不良的孔洞。此外，鋁箔與氧化鋁之介面因電化學反應所生成的熱，乃造成孔洞底部擴孔現象之主因，而低溫之電解液有助於將熱量帶走。再者，直流電壓則可使氧化鋁在電解液中的溶解率及成長率達到一平衡狀態而趨於穩定。然而，高純度之鋁箔及低溫製程所需之冷卻設備及絕熱容器皆提升製備成本，且低溫環境之製程較室溫環境繁複而耗時。再者，低溫製程不利與其他製程結合、搭配，且其熱膨脹效應明顯，可能影響奈米結構。
因此，有必要提供一種具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板之製造方法，以解決上述問題。
本發明提供一種具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板之製造方法。該製造方法包括以下步驟：(a)提供一鋁材；(b)浸置該鋁材於一第一電解液中；及(c)施加一第一脈衝訊號於該鋁材，以進行第一次陽極氧化，而形成複數個奈米孔洞於該鋁材。
本發明更提供一種具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板之製造方法。該製造方法包括以下步驟：(a)提供一鋁材；(b)浸置該鋁材於一第一電解液中；(c)施加一第一脈衝訊號於該鋁材，以進行第一次陽極氧化，而形成複數個孔隙及一氧化層於該鋁材；(d)浸置該鋁材於一蝕刻液中以移除其表面之該氧化層；(e)浸置該鋁材於一第二電解液中；及(f)施加一第二脈衝訊號於該鋁材，以進行第二次陽極氧化，而使得該等孔隙形成複數個奈米孔洞。
藉此，本發明能取代習知在低溫之電解液中對高純度(99.999%)鋁箔施以直流電壓之技術，而在室溫環境下對低純度(99%)之鋁材施以脈衝訊號，即可以形成具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板。若使用純度高於99%之鋁材，該等奈米孔洞之均勻性更佳。
參考圖1，顯示本發明具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板之製造方法之流程圖。首先，參考步驟S11，配合參考圖2，提供一鋁材1。在本實施例中，該鋁材1具有一表面11，且係為鋁箔。然而，在其他應用中，該鋁材1係可為矽基鋁薄膜。較佳地，該鋁材1之純度係高於99%。接著，較佳地，利用化學拋光方式拋光該鋁材1。接著，參考步驟S12，配合參考圖3，浸置該鋁材1於一第一電解液2中。較佳地，該第一電解液2之溫度係介於0℃至40℃，且該第一電解液2係為草酸、硫酸、磷酸或鉻酸。在本實施例中，該第一電解液2係為草酸，且其濃度係介於0.01M至1M。
接著，參考步驟S13，配合參考圖4，施加一第一脈衝訊號於該鋁材1，以進行第一次陽極氧化，而形成複數個孔隙4及一氧化層(如圖5所示)於該鋁材1。較佳地，該第一脈衝訊號係為脈衝電壓或脈衝電流。在本實施例中，該第一脈衝訊號係為脈衝電壓，其為正負脈衝電壓，且該脈衝電壓之波形係為方波(如圖6所示)，其中正電壓之電壓值係大於負電壓之電壓值，亦即，本實施例之正負脈衝電壓係為高正電壓(High-positive Voltage)與小負電壓(Small-negative Voltage)之組合。然而，在其他應用中，該第一脈衝訊號係可為正脈衝電壓，且該脈衝電壓之波形係可為三角波、弦波或鋸齒波。較佳地，該第一次陽極氧化係於20℃至40℃下進行。在本實施例中，該等孔隙4係位於該鋁材1之表面11。若該第一次陽極氧化所形成之該等孔隙4符合預定標準係為奈米孔洞，即可形成具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板。反之，若該第一次陽極氧化所形成之該等孔隙4不符合預定標準，則可進行多次陽極氧化，其步驟如後所述。
接著，參考步驟S14，浸置該鋁材1於一蝕刻液(圖中未示)中以移除其表面11之該氧化層，形成具有孔洞預定位 效果的鋁材1之表面11(如圖7所示)。較佳地，該蝕刻液係為磷酸。接著，參考步驟S15，配合參考圖8，浸置該鋁材1於一第二電解液3中。較佳地，該第二電解液3之溫度係介於0℃至40℃，且該第二電解液3係為草酸、硫酸、磷酸或鉻酸。在本實施例中，該第二電解液3係為草酸，且其濃度係介於0.01M至1M。最後，參考步驟S16，配合參考圖9，施加一第二脈衝訊號於該鋁材1，以進行第二次陽極氧化，而使得該等孔隙4形成複數個奈米孔洞5(如圖10所示)。較佳地，該第二脈衝訊號係為脈衝電壓或脈衝電流。在本實施例中，該第二脈衝訊號係為脈衝電壓，其為正脈衝電壓，且該脈衝電壓之波形係為方波(如圖11所示)。然而，在其他應用中，該第二脈衝訊號係可為正負脈衝電壓，且該脈衝電壓之波形係可為三角波、弦波或鋸齒波。較佳地，該第二次陽極氧化係於20℃至40℃下進行。在本實施例中，該等奈米孔洞5係位於該鋁材1之表面11，且該等奈米孔洞5之直徑係為30nm至200nm，其中進行第二次陽極氧化的時間若增長，則可使該等奈米孔洞5之直徑增加。較佳地，該等奈米孔洞5之直徑係為30nm至60nm。在本實施例中，僅進行二次陽極氧化，然而，在其他應用中，係可重覆S14至S16之步驟，以進行三次以上陽極氧化。
藉此，正脈衝電壓及正負脈衝電壓中的電壓停滯時間(如圖6中之T- 及圖11中之Toff )，可確實將鋁材1與氧化鋁介面中的熱量帶走，有效抑制孔洞擴孔的效應。此外，脈衝 電壓本身的電流效率不及直流電壓因此電化學反應速率也會大幅減少，而可避免過度蝕刻產生不良的孔洞。再者，使用低純度(99%)之鋁材1，並於室溫環境下進行陽極氧化反應，可精簡製程且降低製備成本。綜合上述優點，本發明能取代習知在低溫之電解液中對高純度(99.999%)鋁箔施以直流電壓之技術，而在室溫環境下對低純度(99%)之鋁材1施以脈衝訊號，即可以形成具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板。若使用純度高於99%之鋁材，該等奈米孔洞之均勻性更佳。
茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯並不意味本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。
實例：
首先，參考圖2，提供一鋁材1。該鋁材1具有一表面11，且該鋁材1係為鋁箔，其厚度為0.25mm。該鋁材1之純度係為99%，其包含0.6%之主要雜質(矽及鐵)及0.3-0.4%之次要雜質(鋅、銅、鎂、錳及鈦)。接著，以硝酸、磷酸與去離子水(Deionized(DI)water)之混合液於50℃進行化學拋光40分鐘，以拋光該鋁材1，其中該混合液中硝酸：磷酸：去離子水之比例為2：2：1。
接著，參考圖3，浸置該鋁材1於室溫溫度之0.05M之草酸溶液(即第一電解液2)。接著，參考圖4，於室溫下，施加一具有方波波形之正負脈衝電壓(V+ =30V，V- =-7V，T+ =1秒，T- =0.5秒)(即第一脈衝訊號，如圖6所示)於該鋁材1，以進行第一次陽極氧化4小時，而形成複數個孔隙 4(如圖5所示)於該鋁材1之表面11。接著，將該鋁材1浸置於85重量百分比%的磷酸(H3 PO4 )(即蝕刻液)40分鐘，以移除其表面11之一氧化層，形成具有孔洞預定位效果的鋁材1之表面11(如圖7所示)。
接著，參考圖8，浸置該鋁材1於室溫溫度之0.05M之草酸溶液(即第二電解液3)。接著，參考圖9，於室溫下，施加一具有方波波形之正脈衝電壓(V+ =30V，V- =0V，Ton =1秒，Toff =1秒)(即第二脈衝訊號，如圖11所示)於該鋁材1，以進行第二次陽極氧化1小時，而使得位於該鋁材1之表面11之該等孔隙4形成複數個奈米孔洞5(如圖10所示)，且該等奈米孔洞5之直徑係為30nm至60nm。
惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非用以限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
1‧‧‧鋁材
2‧‧‧第一電解液
3‧‧‧第二電解液
4‧‧‧孔隙
5‧‧‧奈米孔洞
11‧‧‧表面
圖1顯示本發明具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板之製造方法之流程圖；及圖2至圖11顯示本發明具有奈米孔洞之陽極氧化鋁模板之製造方法之示意圖。
(無元件符號說明)

Claims (25)

  1. 一種具有奈米孔洞之陽極氧化鋁(Anodic Aluminum Oxide,AAO)模板之製造方法，包括：(a)提供一鋁材；(b)浸置該鋁材於一第一電解液中；(c)施加一第一脈衝訊號於該鋁材，以進行第一次陽極氧化，而形成複數個孔隙及一氧化層於該鋁材，其中該第一脈衝訊號係為正負脈衝電壓，且該脈衝電壓之波形係為方波，其中正電壓之電壓值係大於負電壓之電壓值；(d)浸置該鋁材於一蝕刻液中以移除其表面之該氧化層；(e)浸置該鋁材於一第二電解液中；及(f)施加一第二脈衝訊號於該鋁材，以進行第二次陽極氧化，而使得該等孔隙形成複數個奈米孔洞。
  2. 如請求項1之方法，其中該步驟(a)中，該鋁材係為鋁箔或矽基鋁薄膜。
  3. 如請求項1之方法，其中該步驟(a)中，該鋁材之純度係高於99%。
  4. 如請求項1之方法，其中該步驟(a)中，該鋁材具有一表面，該步驟(c)之該等孔隙及該步驟(f)之該等奈米孔洞係位於該鋁材之表面。
  5. 如請求項1之方法，其中該步驟(a)後，更包括一利用化學拋光方式拋光該鋁材之步驟。
  6. 如請求項1之方法，其中該步驟(b)之該第一電解液及該步驟(e)之該第二電解液之溫度係介於0℃至40℃。
  7. 如請求項1之方法，其中該步驟(b)之該第一電解液及該步驟(e)之該第二電解液係為草酸、硫酸、磷酸或鉻酸。
  8. 如請求項7之方法，其中該第一電解液及該第二電解液係為草酸，且其濃度係介於0.01M至1M。
  9. 如請求項1之方法，其中該步驟(c)及該步驟(f)中，係於20℃至40℃下進行該第一次陽極氧化及該第二次陽極氧化。
  10. 如請求項1之方法，其中該步驟(d)中，該蝕刻液係為磷酸。
  11. 如請求項1之方法，其中該步驟(f)中，該第二脈衝訊號係為脈衝電壓或脈衝電流。
  12. 如請求項11之方法，其中該第二脈衝訊號係為脈衝電壓，其為正脈衝電壓或正負脈衝電壓。
  13. 如請求項12之方法，其中該脈衝電壓之波形係為三角波、弦波、鋸齒波或方波。
  14. 如請求項1之方法，其中該步驟(f)中，該等奈米孔洞之直徑係為30nm至200nm。
  15. 如請求項14之方法，其中該等奈米孔洞之直徑係為30nm至60nm。
  16. 一種具有奈米孔洞之陽極氧化鋁(Anodic Aluminum Oxide,AAO)模板之製造方法，包括：(a)提供一鋁材； (b)浸置該鋁材於一第一電解液中；及(c)施加一第一脈衝訊號於該鋁材，以進行第一次陽極氧化，而形成複數個奈米孔洞於該鋁材，其中該第一脈衝訊號係為正負脈衝電壓，且該脈衝電壓之波形係為方波，其中正電壓之電壓值係大於負電壓之電壓值。
  17. 如請求項16之方法，其中該步驟(a)中，該鋁材係為鋁箔或矽基鋁薄膜。
  18. 如請求項16之方法，其中該步驟(a)中，該鋁材之純度係高於99%。
  19. 如請求項16之方法，其中該步驟(a)中，該鋁材具有一表面，該步驟(c)之該等奈米孔洞係位於該鋁材之表面。
  20. 如請求項16之方法，其中該步驟(a)後，更包括一利用化學拋光方式拋光該鋁材之步驟。
  21. 如請求項16之方法，其中該步驟(b)之該第一電解液之溫度係介於0℃至40℃。
  22. 如請求項16之方法，其中該步驟(b)之該第一電解液係為草酸、硫酸、磷酸或鉻酸。
  23. 如請求項22之方法，其中該第一電解液及該第二電解液係為草酸，且其濃度係介於0.01M至1M。
  24. 如請求項16之方法，其中該步驟(c)中，係於20℃至40℃下進行該第一次陽極氧化及該第二次陽極氧化。
  25. 如請求項16之方法，其中該步驟(c)中，更形成一氧化層於該鋁材。
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