[發明專利]一種階梯降壓擴孔制備氧化鋁模板的方法

無效

• 申請號: 201210154158.5
• 申請日: 2012-05-17
• 公開（公告）號: CN102650066A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 楊森;高祿梅;龔俊峰;王潔瓊;宋曉平
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25D11/12
• 分類號: C25D11/12;C25D11/18;C25D11/24;C25D11/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于制備納米介孔材料的技術領域，涉及一種階梯降壓擴孔制備氧化鋁模板的方法。

背景技術

模板法是一種制備一維納米材料的重要方法，在制備二次陽極氧化鋁模板的過程中，可以通過控制不同實驗條件（如沉積時間、溫度、PH值等）得到具有不同幾何參數和形貌的氧化鋁模板。制備的氧化鋁模板的特性直接影響到后續一維納米材料（納米線、納米管等）的制備，因此，模板的制備在合成一維納米材料的過程中顯的尤為重要。

目前，使用較多的模板主要有草酸模板、硫酸模板以及磷酸模板,在這三種模板中草酸模板由于氧化電壓相對比較適中而得到廣泛應用，硫酸模板的氧化電壓比較低，而磷酸模板的氧化電壓相對較高。對于同一種模板，氧化電壓與孔洞的直徑成正比，即氧化電壓越大孔洞直徑就會越大。氧化過程的溫度基本維持在0-10℃之間，溫度過高會使反應過于劇烈迅速而不易形成孔洞結構，在0-10℃之間，電解液的溫度越高制備的模板的孔洞越大，這是由于溫度越高電解液的腐蝕性越強。氧化時間隨實驗要求可以自主調節，氧化時間主要是影響制備的模板的厚度，時間越長厚度越大。兩次氧化所使用的氧化電壓需要保持相同。

當前所制備的二次氧化鋁模板在孔洞底部和鋁基底之間都存在一層阻擋層，阻擋層的厚度在很大程度上影響了后續一維納米材料的沉積，若阻擋層厚度過大使電子很難穿越，沉積過程就不能發生，因此，減小氧化鋁模板阻擋層的厚度是沉積之前的必需過程。然而目前所制備的氧化鋁模板在第二次氧化完成以后沒有做后續的減小阻擋層的處理，使得制備的氧化鋁模板雖然在形貌上排列整齊但卻不利于一維納米材料的沉積，而且阻擋層較厚會導致沉積電壓偏大，容易破壞模板結構。此外，經過二次陽極氧化制備的草酸氧化鋁模板由于孔洞直徑較小，在沉積過程中不利于溶液的擴散使得沉積過程緩慢而且沉積的納米材料致密度不高，沉積效率偏低。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種階梯降壓擴孔制備氧化鋁模板的方法，能夠實現對氧化鋁模板的阻擋層厚度、模板孔洞的長度和直徑的精確控制；所需設備簡單，操作工藝便利，實驗參數易于控制。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種階梯降壓擴孔制備氧化鋁模板的方法，包括以下步驟：

1）拋光后的鋁箔作為陽極，鉑電極作為陰極，將陽極、陰極放入酸性電解溶液中并連通電源后，進行第一次陽極氧化，氧化時間為1～5h；

2）第一次陽極氧化完成后，除去陽極表面的氧化鋁膜后，進行第二次陽極氧化，氧化時間為1～5小時；

3）第二次氧化完成后，進行階梯降壓處理：陽極、陰極之間的電壓按1～3V/min的速率降壓，直至降到16V以下，然后斷開電源；

4）階梯降壓處理完成后，將鋁箔用水清洗后放入擴孔液中進行擴孔處理10～60min。

所述的鋁箔在拋光前還進行以下處理：

1）將鋁箔在350～580℃的溫度下退火處理0.5～3h；

2）退火后的鋁箔在丙酮溶液中超聲處理去除表面油污；

3）去除表面油污后，將鋁箔放入氫氧化鈉溶液中去除表面氧化鋁，然后進行電化學拋光。

所述的鋁箔在拋光前的處理為：

1）將鋁箔在400～450℃的溫度下退火處理1～2h；

2）退火后的鋁箔在丙酮中超聲處理10～15min去除表面油污；

3）去除表面油污后，將鋁箔放入質量濃度為10～30％的氫氧化鈉溶液中處理5～10min去除表面氧化鋁；然后進行電化學拋光：

以質量分數計，拋光液包括：40～60%的磷酸、4～10%的鉻酸和10～15%的硫酸，其余為水；電化學拋光時鋁箔為陽極，陰極為環形電極，拋光溫度為60～80℃，電壓為12～16V，拋光時間為5～10min。

所述的酸性電解溶液為0.2～0.4mol/L的草酸溶液，溫度為0～10℃；電源的電壓為30～50V。

第一次陽極氧化完成后，除去陽極表面的氧化鋁膜為：將陽極放入60～80℃的除膜液中處理1～2h；將陽極放入60～80℃的除膜液中處理1～2h；所述的除膜液包括10～20g/L的鉻酸和40～60g/L的磷酸。

所述的擴孔液為質量濃度為1～5%的磷酸溶液，其溫度控制為20～50℃。

所述的鋁箔的純度為99.99%以上。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：