[發明專利]一種孔徑與/或孔間距可調控的納米多孔氧化鋁膜的制法

無效

• 申請號: 200810020719.6
• 申請日: 2008-02-22
• 公開（公告）號: CN101235528A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 夏興華;陳偉;吳劍霜
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C25D11/04
• 分類號: C25D11/04;C25D11/16
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 黃嘉棟

技術領域

本發明涉及一種孔徑與孔間距可控的氧化鋁膜制備方法，屬于材料化學領域。

背景技術

目前，多孔氧化鋁膜作為納米材料制備的模板以及納米分離膜，它的可控制備與應用受到了人們廣泛的關注。在這些應用中，多孔氧化鋁膜的孔分布、孔間距、孔徑等都是重要參數。目前，人們均采用兩步陽極氧化法或模板法來提高孔的有序性，并通過電位、電解質濃度等條件的選擇在一定范圍內對孔間距進行調控。但是，至今還沒有理想的方法來調控陽極氧化鋁膜至關重要的孔徑尺寸，這在很大程度上限制了多孔陽極氧化鋁膜的應用范圍。

發明內容

本發明提出了一種低成本、簡單、可同時對孔間距和孔徑進行調控的多孔氧化鋁膜制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種孔徑與/或孔間距可調控的納米多孔氧化鋁膜的制法，它由以下步驟組成：

步驟1.將鋁片經過退火和電化學拋光處理，

步驟2.將步驟1處理后的鋁片置于恒電位電解池中，加入磷酸溶液為電解液，加入聚乙二醇為調節劑，進行恒電位陽極氧化，得到孔徑與/或孔間距可調控的納米多孔氧化鋁膜，所述的聚乙二醇的平均分子量為400-2000，電解液中聚乙二醇質量百分濃度n為：0％＜n≤50％，電解液中所述的磷酸的濃度為0.2-0.8摩爾，電解時間為4-48小時。

上述的孔徑與/或孔間距可調控的納米多孔氧化鋁膜的制法，所述的制得的多孔氧化鋁膜的孔徑隨聚乙二醇的濃度增加而線性減小。

上述的孔徑與/或孔間距可調控的納米多孔氧化鋁膜的制法，所述的制得的多孔氧化鋁膜的孔徑隨聚乙二醇平均分子量的增大而減小。

上述的孔徑與/或孔間距可調控的納米多孔氧化鋁膜的制法，所述的制得的多孔氧化鋁膜的孔徑隨磷酸的濃度增加而增大。

上述的孔徑與/或孔間距可調控的納米多孔氧化鋁膜的制法，所述的制得的多孔氧化鋁膜的孔徑隨電解的時間增加而增大。

上述的孔徑與/或孔間距可調控的納米多孔氧化鋁膜的制法，所述的制得的多孔氧化鋁膜的孔間距的大小隨氧化電位增大而增大，從而可以通過控制氧化電位實現對孔間距的調控，氧化電位上限可從目前文獻中的190V提高到230V，孔間距從500nm提高到610nm。

本發明的孔徑與/或孔間距可調控的納米多孔氧化鋁膜的制法，聚乙二醇的加入可有效抑制電解液對氧化鋁的化學腐蝕作用。在同一電位和電解液濃度條件下，氧化鋁的溶解速度隨聚乙二醇濃度的增大而減小，因而氧化鋁膜的孔徑隨聚乙二醇濃度的增大而線性減小(圖1，圖2)。通過以下方法可以調控孔徑：(1)改變聚乙二醇的濃度；(2)改變磷酸的濃度；(3)使用不同分子量的聚乙二醇；(4)改變電解時間。磷酸的濃度越小，聚乙二醇的濃度越大，聚乙二醇的分子量越大，電解時間越短，則獲得的氧化鋁膜孔徑越小(圖3)。通過控制氧化電位可實現對孔間距的調控，電位越高孔間距越大。同時，聚乙二醇的加入還可對氧化電流起到抑制作用，防止在高電位制備時發生的老化和擊穿現象，擴展了氧化電位范圍以及相應的孔間距調控范圍。氧化電位上限可從目前文獻中的190V提高到230V，孔間距從500nm提高到610nm(圖4)。

由上述技術方案可知，本發明所述的多孔氧化鋁膜的制備方法是利用聚乙二醇作為調節劑，通過聚乙二醇的化學保護作用和電化學保護作用，實現對陽極氧化鋁膜的孔徑和孔間距的有效調節。從所用添加劑來看，聚乙二醇安全、環保、價格便宜，因此極易被推廣使用。

附圖說明

圖1為聚乙二醇-400的濃度對氧化鋁膜孔徑的影響曲線(氧化電位165V，電解液為0.2mol/L磷酸，溫度為15℃，電解時間8小時)。

圖2為不同濃度聚乙二醇-400存在下所制得得氧化鋁膜的掃描電鏡圖。其中聚乙二醇濃度：(A)0％、(B)30％、(C)50％(氧化電位165V，電解液為0.2mol/L磷酸，溫度為15℃，電解時間8小時)。

圖3為氧化鋁膜的孔徑受制備條件的影響：(a)0.2M磷酸，電解8小時；(b)0.2M磷酸，50％PEG-400，電解8小時；(c)0.2M磷酸，30％PEG-400，電解8小時；(d)0.2M磷酸，30％PEG-2000，電解8小時；(e)0.2M磷酸，50％PEG-400，電解48小時；(f)0.8M磷酸，50％PEG-400，電解8小時。(氧化電位165V，溫度為15℃)

圖4為50％聚乙二醇-400保護下230V氧化獲得的氧化鋁膜的掃描電鏡圖。(A)正面(B)背面(C)用5％磷酸溶解障礙層擴孔180min后的背面(電解液為0.2mol/L磷酸，溫度為15℃，電解時間4小時)。