[發明專利]一種制備有序大結構單元氧化鋁膜的方法

有效

• 申請號: 201410175585.0
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103938249A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 李屹;覃玉燕;凌志遠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C25D11/10
• 分類號: C25D11/10;C25D11/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及一種有序大結構單元氧化鋁膜，特別是涉及一種利用鋁的電解過程來制備具有大結構單元且結構單元排列高度有序的氧化鋁膜的方法，屬于材料制備技術領域。

背景技術

通過控制電解條件，可以利用電解法制備出由有序六邊形結構單元所構成的氧化鋁膜，其中每一個結構單元都包含有一條孔管道，形成了類似蜂窩狀的多孔結構。同多孔高分子膜、膠體晶體膜等膜相比，多孔氧化鋁膜由于具有孔徑大小及間距可調、孔管道均勻平直、孔結構單元有序性好、熱穩定性及化學穩定性高等諸多優點，成為目前模板法構筑各種功能性納米、亞微米材料的首選模板之一，從而廣泛應用于磁學、能量存儲、光催化、光子學以及傳感器等眾多領域。作為一種多孔模板材料，孔徑大小及有序度會對其實際應用產生直接影響。由于多孔氧化鋁膜的孔徑大小可以通過擴孔過程來調節，而結構單元尺寸決定了孔徑的最大可調節范圍，因此，尋找合適的方法來制備有序大結構單元氧化鋁膜成為研究人員所關注的熱點問題。

目前應用電解法制備有序結構單元氧化鋁膜主要使用三種電解液，即硫酸、草酸和磷酸溶液。硫酸電解液下進行電解可以制備結構單元有序的氧化鋁膜，但其結構單元較小（Masuda.H,Hasegwa.F?and?Ono.S,Self‐ordering?of?cell?arrangement?of?anodic?porous?alumina?formed?in?sulfuric?acid?solution,Journal?of?The?Electrochemical?Society,1997,144(5):L127‐L130）。磷酸電解液下電解所制備的氧化鋁膜雖然結構單元較大，但是結構單元的有序化窗口狹窄。例如在195V下可以制備結構單元有序的氧化膜（Masuda.H,Yada.K?and?Osaka.A,Self‐ordering?of?cell?configuration?of?anodic?porous?alumina?with?large‐size?pores?in?phosphoric?acid?solution,Japanese?Journal?of?Applied?Physics,1998,37(Pt.2,11A):L1340‐L1342），但是稍微高出這一電壓值極易產生擊穿現象（Ono.S,Saito.M,Ishiguro.M?and?Asoh.H,Controlling?factor?of?self‐ordering?of?anodic?porous?alumina,Journal?of?The?Electrochemical?Society,2004,151(8):B473‐B478），低于這一電壓值則極難做到有序（Li.A?P,Müller.F,Birner.A,Nielsch.K?andU,Hexagonal?pore?arrays?with?a50‐420nm?interpore?distance?formed?by?self‐organization?in?anodic?alumina,Journal?of?Applied?Physics,1998,84(11):6023‐6026），在保證結構單元有序的前提下，其結構單元尺寸可調范圍狹窄。相比較而言在草酸電解液下制備的氧化鋁膜有序化窗口較寬，草酸電解液也因此受到了更為普遍的關注。目前，雖然可以通過緩慢升電壓的方法在恒定的目標高電壓下草酸電解液中制備結構單元相對較大的氧化鋁膜，但其電流密度會隨恒電壓電解的進行而呈指數式下降，由于電流密度的大小會對結構單元尺寸產生直接影響，導致所制備氧化鋁膜的結構單元尺寸在膜縱向方向上不均一，產生尺寸逐漸變大的趨勢，難以獲得好的可控性。此外，這種高電壓電解過程還極易產生氧化鋁膜的擊穿現象。考慮到擊穿現象通常伴隨有電流密度的劇烈增大，因此在電解過程中維持電流密度的穩定并將其控制在可控范圍內是極其重要的。目前所使用的恒電流密度電解過程雖然可以抑制擊穿現象的發生，但其電流密度和電解電壓通常較低，所制備的氧化鋁膜難以同時兼顧高有序性和大結構單元尺寸。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術中存在的不足，提出一種制備有序大結構單元氧化鋁膜的方法，通過在恒定大電流密度下尋找電壓相對穩定階段來進行電解，有效抑制了高電壓、大電流密度電解過程中氧化鋁膜的擊穿現象，實現了有序大結構單元氧化鋁膜的制備。本發明具有工藝簡單、成膜速度快、成本低廉、重復性好等優勢。