[發(fā)明專利]三維漸變孔陣列納米結(jié)構(gòu)陽(yáng)極氧化鋁模板及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110006345.4
• 申請(qǐng)日: 2011-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN102041540A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高雪峰;李娟;李叢姍;朱杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): C25D11/12
• 分類號(hào): C25D11/12
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有三維漸變孔陣列納米結(jié)構(gòu)的材料及其制造方法，特別涉及一種利用電化學(xué)自組織納米技術(shù)低成本制備三維漸變孔陣列納米結(jié)構(gòu)陽(yáng)極氧化鋁模板及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著納米科技研究的深入，三維納米漸變體陣列結(jié)構(gòu)因具有超疏水、減反、表面拉曼增強(qiáng)效應(yīng)等特性，因而在光電等諸多領(lǐng)域都顯示出優(yōu)異的性能，但是其低成本大面積可控制造仍是難點(diǎn)。雖然傳統(tǒng)的Top-down納米制備技術(shù)，如反應(yīng)離子束刻蝕，等離子束刻蝕、光刻等，可以在單晶硅、多晶硅、GaN等無機(jī)半導(dǎo)體材料表面實(shí)現(xiàn)三維納米漸變突起結(jié)構(gòu)制備，然而不適用于高聚物、金屬表面三維納米結(jié)構(gòu)的制備。基于模板的納米制備技術(shù)也被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)上述三維漸變體陣列納米結(jié)構(gòu)材料低成本大面積可控制備的有效途徑，但是具有三維漸變多孔陣列納米結(jié)構(gòu)的模板是無法采用傳統(tǒng)Top-down納米加工技術(shù)獲得的。進(jìn)一步，即使未來這些技術(shù)取得突破，并能夠?qū)崿F(xiàn)三維多孔模板的制備，但其仍具有成本高昂、且很難有效調(diào)控三維漸變納米孔道輪廓等缺點(diǎn)，因此難以實(shí)際應(yīng)用。

基于電化學(xué)技術(shù)的圓柱形多孔陣列結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化鋁受到廣泛地關(guān)注，由于其具有制造設(shè)備易得、工藝簡(jiǎn)單、孔洞有序度高、孔徑大小均勻可調(diào)、可低成本大面積制造等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，而成為制備各種一維納米陣列結(jié)構(gòu)(如納米線、納米棒等)的理想模板。公開號(hào)CN101248219的發(fā)明專利中提出在草酸溶液中，利用五次溫和循環(huán)氧化擴(kuò)孔的方法制備孔間距在100nm左右，具有倒錐形孔道結(jié)構(gòu)的氧化鋁模板。本案申請(qǐng)人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：在草酸溫和氧化條件下，通過調(diào)控循環(huán)氧化擴(kuò)孔次數(shù)可以實(shí)現(xiàn)氧化鋁模板三維漸變孔輪廓的調(diào)控(詳見申請(qǐng)?zhí)枮?010178483.6的發(fā)明專利)。但是，到目前為止，如何實(shí)現(xiàn)孔間距在更為廣大的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且孔道輪廓可控的三維漸變孔氧化鋁模板的低成本快速制造仍是業(yè)界亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種三維漸變孔陣列納米結(jié)構(gòu)陽(yáng)極氧化鋁模板及其制備方法，其耗時(shí)短、成本低廉，且可實(shí)現(xiàn)模板孔間距在50nm～1200nm范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)，且孔道輪廓可控，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種三維漸變孔陣列納米結(jié)構(gòu)陽(yáng)極氧化鋁模板，其特征在于，所述三維漸變孔陣列納米結(jié)構(gòu)由復(fù)數(shù)個(gè)中軸線垂直于基面，孔徑從上至下連續(xù)變化或非連續(xù)變化的孔組成，且孔間距為50nm～1200nm。

一種三維漸變孔陣列納米結(jié)構(gòu)陽(yáng)極氧化鋁模板的制備方法，其制備方法及結(jié)構(gòu)特征為：

(1)鋁片的預(yù)圖案處理：

在酸性電解液中以大于30mA/cm²的電流密度對(duì)鋁片進(jìn)行高強(qiáng)度氧化處理，從而在鋁片表面形成多孔氧化鋁層，隨后除去多孔氧化鋁層，在鋁片表面留下間距在50nm～1200nm的納米凹坑圖案；

(2)預(yù)圖案鋁片的循環(huán)氧化與擴(kuò)孔處理：

a.將步驟(1)所得鋁片在酸性電解液中再次進(jìn)行氧化處理，其氧化電壓為步驟(1)中氧化電壓的0.5～2.0倍；

b.將步驟a所得鋁片在酸性溶液中進(jìn)行擴(kuò)孔處理，擴(kuò)孔時(shí)間在0～960min；

c.循環(huán)重復(fù)上述步驟a和步驟b，并調(diào)整循環(huán)次數(shù)、酸性電解液的組成、氧化電壓、氧化時(shí)間和擴(kuò)孔時(shí)間中的至少一個(gè)條件，調(diào)節(jié)孔道的輪廓，制得具有三維漸變孔陣列納米結(jié)構(gòu)的目標(biāo)產(chǎn)品，該三維漸變孔納米陣列結(jié)構(gòu)由無數(shù)個(gè)中軸線垂直于基面，孔徑從上至下連續(xù)變化或非連續(xù)變化的孔組成，且孔間距為50nm～1200nm。

所述酸性電解液為酸或酸與醇或鹽的混合液，所述酸可選自但不限于硫酸、草酸、磷酸、丙二酸、蘋果酸和檸檬酸中的任意一種或兩種以上的組合，所述醇可選自但不限于甲醇、乙醇、和丙醇中的任意一種或兩種以上的組合，所述鹽可選自但不限于硫酸鋁和草酸鋁。

優(yōu)選的，在步驟(2)中是循環(huán)重復(fù)步驟a和步驟b?3～20次后制得目標(biāo)產(chǎn)品的。

優(yōu)選的，所述酸性溶液為0.1wt％～20wt％的磷酸溶液。

對(duì)于漸變孔陣列納米結(jié)構(gòu)中孔間距為50nm～200nm的目標(biāo)產(chǎn)物，該方法中是采用濃度為0.01M～10M的硫酸溶液作為電解液，且步驟(1)中所采用的氧化電壓在10V～100V。

對(duì)于漸變孔陣列納米結(jié)構(gòu)中孔間距為60nm～350nm的目標(biāo)產(chǎn)物，該方法中是采用硫酸與草酸的混合溶液作為電解液，該電解液中硫酸濃度為0.0001M～10M，草酸濃度為0.001M～5M；且步驟(1)中所采用的氧化電壓在15V～150V。