[發明專利]利用微納球排列進行圖案預制制備多級結構氧化鋁的方法

有效

• 申請號: 201110303040.X
• 申請日: 2011-10-10
• 公開（公告）號: CN102321905A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 徐抒平;王馨楠;徐蔚青;李海波
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C25D11/16
• 分類號: C25D11/16;C25F3/20;C23F1/12;C23F1/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于氧化鋁模板技術領域，具體涉及一種利用微納球排列進行圖案預制制備多級結構氧化鋁模板的方法。

背景技術

氧化鋁薄膜(AAO)是通過電化學方法氧化高純鋁得到的自有序納米孔材料，因為其作為模板材料在多功能納米結構的制備方面具有廣泛應用而備受關注。選擇不同的電解液，調節電壓可以較容易的調控模板的周期，薄膜的厚度以及孔徑的大小，尺寸分布可從幾十納米到幾百納米。

已有的制備氧化鋁模板的方法主要分為兩種。一種是兩次氧化法，即把第一次氧化得到的薄膜去掉后，在其基礎上重新氧化。另外一種則是預先在鋁箔上給定一個結構，然后按照這個結構進行氧化，這種方法主要分為壓印和光刻技術。兩種方法各有優勢，也都存在問題。兩次氧化法得到的氧化鋁模板存在部分缺陷，不能夠實現高度有序結構，而壓印和光刻的方法雖然能夠實現高度有序的周期結構，卻存在著成本高，效率低，不容易實現的問題。

此外，現有的制備氧化鋁的方法只能得到具有普遍特性的六方結構。在開發新型結構的氧化鋁模板方面存在空缺，研究出新型結構將開拓氧化鋁的更為廣泛的應用。

發明內容

本發明目的是提供一種利用微納球二維排列圖案預制方法制備復式周期多級結構的氧化鋁模板的方法。

該方法的優點和特點是：1、該方法可以實現AAO較大面積的孔道有序度；

2、利用該方法可以得到一種具有復式周期多級結構的氧化鋁孔道薄膜。

本發明以高純鋁為原料，經過退火，清洗和拋光處理后，以聚苯乙烯小球或其它材質微球為掩膜，在表面進行圖案化，最后在磷酸的電解液中進行氧化，得到孔徑周期可調的多級結構的氧化鋁模板，其步驟為：

1)鋁片預處理：將厚度為0.2～0.4mm的鋁片在氮氣保護、450～550℃溫度條件下退火處理4～5小時除去鋁片應力，隨后在丙酮中超聲30～60min去除表面油脂，干燥處理后對其進行電化學拋光；電化學拋光選擇體積比為1∶3.5～1∶4.5的高氯酸與乙醇的混合溶液為電解液，電化學拋光的電壓為15～19V，溫度為0～7℃；

2)鋁片的圖案化預制：將粒徑350nm～830nm的微納球排列成有序六方結構的單層膜，并轉移到步驟1)處理好的鋁片表面；使用離子束刻蝕的方法使微納球的體積減小20％～40％，再在載有體積縮小的微納球的鋁片表面真空蒸鍍一層厚45～80nm的鋁膜；然后將鋁片在乙醇與水的混合溶液中超聲處理，將微納球去除，即得到圖案化的鋁基底；微納球可選用聚苯乙烯微球，二氧化硅微球等；有序六方結構的排列方法為界面組裝方法、滴涂控制溶劑揮發速度的方法等；而對于不同材料的微納球刻蝕條件不同，如聚苯乙烯微球選用O₂為刻蝕氣體，二氧化硅微球選用CHF₃為刻蝕氣體；

3)以步驟2)得到的圖案化的鋁基底為陽極，惰性金屬為陰極，采用一次陽極氧化的方法制備氧化鋁模板；以磷酸為電解液，溫度為0～4℃，根據圖案化的周期大小選擇相應的氧化電壓，電壓范圍為50V～125V；再將得到的氧化鋁模板經過磷酸擴孔處理后，即制備得到復式周期的多級結構氧化鋁模板。

本發明方法的優勢在于得到了多級結構的氧化鋁模板，能夠調控結構形貌、孔徑及孔間距，得到的模板在較大范圍內高度有序。

附圖說明

圖1：制備圖案化鋁基底的過程示意圖；

圖1A是在鋁基底的表面載有體積縮小的有序六方結構的微納球示意圖；

圖1B是在載有體積縮小的有序六方結構微納球的鋁基底表面蒸鍍一層鋁膜；

圖1C是去掉微納球后的圖案化鋁基底；

其中，1是鋁片；2是體積縮小的微納球；3是鋁膜；

圖2：六方堆積的聚苯乙烯微球的SEM圖片；

圖3：六方結構的圖案化鋁基底的SEM圖片；

圖4：實施例1得到的六方結構多級結構的氧化鋁模板的SEM圖片；

圖5：實施例1得到的多級結構氧化鋁模板的反射光譜。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

實施例1

1、將純度為99.999％、厚度為0.3mm的鋁片切割成1cm×2cm的小片，在500℃高純氮氣的保護下退火4小時，取出按壓平整后在丙酮中超聲清洗1小時。將上述處理的鋁片在4℃的乙醇和高氯酸(體積比4∶1)的混合溶液中進行陽極電化學拋光處理，電壓為17V，然后用蒸餾水沖洗干凈。