專利名稱：具有y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板 的制備方法。
背景技術(shù)：
多孔氧化鋁模板由于其具有規(guī)整的有序結(jié)構(gòu)，以及獨(dú)特的物理化學(xué)穩(wěn)定性， 在制備一維納米材料，以及在光子晶體和組裝納米器件等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 目前制備氧化鋁模板的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)己經(jīng)公開的有關(guān)氧化鋁模板的制 備方法的專利如下
1、 03136606.6，公開了一種納米孔氧化鋁模板的生產(chǎn)工藝，其特點(diǎn)是工藝 簡(jiǎn)單，成本低，產(chǎn)品的孔洞分布均勻有序，孔洞密度高，孔洞的形貌和尺寸可以 控制，孔徑在幾納米至一百納米之間變化。
2、 200310111834.1，公丌了一種有序多孔陽極氧化鋁模板的制備方法，其 特點(diǎn)是與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)在于可以制備大面積高度有序的納米模板；提高 了模板制備的成功率；模板的質(zhì)量被大大提高，如納米孔排布的有序性，孔徑均 勻性，深度的一致以及孔隙率的提高。
3、 02138470.3，公開了一種制備納米材料的氧化鋁模板及模板的制備方法， 其特點(diǎn)是在一片模板上具有不同的區(qū)域，所有區(qū)域中的納米孔密度相同，每個(gè)區(qū) 域中的納米孔孔徑相同，而不同區(qū)域中的納米孔孔徑不同。其制備方法是采用多 步法丟除阻礙層，即在模板上按設(shè)定的位置劃分區(qū)域，不同區(qū)域的阻擋層以磷酸 溶液逐歩去除。
4、 200410034001.4，公開了一種可控制孔徑的氧化鋁模板的制備方法，其 特點(diǎn)是選用多元酸和無水乙醇的混合液作為電解液，對(duì)電壓，電解液種類及濃度 等工藝條件的控制，制備得到直徑分布范圍較窄的納米級(jí)孔道氧化鋁模板。該方 法在室溫下進(jìn)行?？芍苽涞玫街睆皆?0-500 nm之間的模板。尤其對(duì)制備高電壓 大孔徑的模板，無需再用制冷設(shè)備。
5、 200510025946.4，公開了一種厚度可控、自由獨(dú)立超薄多孔氧化鋁模板的制備方法，其特點(diǎn)是通過控制第二次電解的電解電流和電解時(shí)間實(shí)現(xiàn)多孔氧化 鋁模板厚度的控制。
6、 200610130328.0，公開了一種孔徑大于500 nm的氧化鋁模板的制備方法， 其特點(diǎn)是選用檸檬酸作為電解液，利用一種溶液可循環(huán)的電解槽裝置，保持電解 液在0 5攝氏度溫度下，外加200 300伏直流電壓，采用二次陽極氧化的方法制 備出孔徑可達(dá)500~600 nm的氧化鋁模板。
7、 200610130333.1，公開了一種獲得高度有序的氧化鋁模板的制備工藝， 其特點(diǎn)是采用一種溶液可循環(huán)的電解槽裝置使鋁片在整個(gè)反應(yīng)過程中都基本保 持穩(wěn)定的氧化速度，從而提高了原有工藝條件下制得氧化鋁模板的有序范圍，有 利于應(yīng)用在大規(guī)模有序陣列體系的組裝和合成。
8、 200710039634.8，公開了一種有序多孔氧化鋁薄膜的制備方法，其特點(diǎn) 是通過低壓下預(yù)氧化，在草酸溶液中加入乙醇的方法拓寬了操作條件，實(shí)現(xiàn)了高 電壓下穩(wěn)定氧化而不發(fā)生擊穿。
9、 200810020719.6，公開了一種孔徑與/或孔間距進(jìn)行調(diào)控的納米多孔氧化 鋁膜的制備方法，其特點(diǎn)是在點(diǎn)解液中加入聚乙二醇作為調(diào)節(jié)劑，通過聚乙二醇 的化學(xué)保護(hù)作用和電化學(xué)保護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)孔徑和孔間距的有效調(diào)節(jié)，并擴(kuò)展了 氧化電位范圍。
綜上所述，這些專利技術(shù)主要是通過改變實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)制備 的氧化鋁模板的有序性、孔徑范圍、孔間距以及氧化鋁膜厚度等參數(shù)的調(diào)控。最 終制備的氧化鋁模板全都是具有直通型孔洞的模板。這也是目前廣泛應(yīng)用與納米 組裝技術(shù)的氧化鋁模板。然而具有Y型結(jié)構(gòu)的氧化鋁模板，不僅其本身在光子 晶體和制備Y型結(jié)構(gòu)的一維納米材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，而且運(yùn)用這類 模板制備出具有Y型結(jié)構(gòu)的納米材料，為功能納米器件的組裝提供了無限的潛 力。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，LinPu等人在《Angew. Chem. Int. Ed》 2001，40,No.8第1490-1493頁報(bào)道了，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硫酸為電解液，初始
電壓40伏，通過以l/V^的倍數(shù)減小電壓的方法，陽極氧化鋁基，得到具有枝狀
結(jié)構(gòu)的納米氧化鋁管。T. Gao等人基于此報(bào)道采用0.625的倍數(shù)減小電壓的方法， 制備出具有Y型結(jié)構(gòu)的氧化鋁模板。然而研究表明，多孔氧化鋁模板的孔徑大小與陽極腐蝕電壓成正比。采用降低電壓的方法來制備氧化鋁模板，模板孔徑的大 小受到限制，不利于此技術(shù)的發(fā)展；另外在越來越低的電壓下制備氧化鋁模板， 反應(yīng)速度越來越慢，制備時(shí)間將大大延長(zhǎng)，增加了制備模板的耗時(shí)和成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模 板的更為優(yōu)越的制備方法。通過在低電壓下氧化一段時(shí)間，然后在短時(shí)間內(nèi)將電 壓勻速上升到高電壓，在高電壓下氧化一段時(shí)間。最終得到具有Y型結(jié)構(gòu)的多 孔氧化鋁模板。由于采用升高電壓的方法來制備氧化鋁模板，拓寬了合成的氧化 鋁模板孔徑大小的范圍，并且可以通過控制前期低電壓的大小和后面高電壓的大 小，來調(diào)控制備的氧化鋁模板的孔徑大小?？刂品磻?yīng)時(shí)間來調(diào)控制備的氧化鋁模 板孔洞的深度。另外，在高電壓下，反應(yīng)速度迅速，反應(yīng)時(shí)間較短。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其特征在于依次包括以 下步驟
(1) 將鋁片進(jìn)行退火和化學(xué)拋光；
(2) 將處理后的鋁片作為陽極，鋼板作為陰極，陽極在電解液中、低電壓 下進(jìn)行一次氧化；
(3) 將鋁片放在磷酸、鉻酸的混合溶液中洗去一次氧化產(chǎn)生的氧化層；
(4) 將鋁片作為陽極在電解液中、低電壓下進(jìn)行二次氧化一段時(shí)間，然后， 將陽極電壓升高至高電壓，陽極在高電壓下氧化一段時(shí)間；
(5) 將鋁片取出，用二次蒸餾水將鋁片上殘留的電解液洗滌干凈；用SnCU 溶液將鋁片背面的鋁基溶去，進(jìn)一步用磷酸去除位于鋁片底部的阻擋層即可得到 雙通的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板。
所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其特征是，所述的步 驟(2)中陽極一次氧化的陽極電壓20 40伏；步驟(4)中二次陽極氧化，陽極 電壓與步驟(2)所采用的陽極電壓一致；二次氧化后，以l伏/分鐘的速度將陽 極電壓勻速升高至60 90伏高電壓，接著在60 90伏高電壓下氧化一段時(shí)間；通 過在歩驟(4)中控制陽極電壓來調(diào)控制備的氧化鋁模板孔徑大小，控制氧化時(shí) 間調(diào)控氧化鋁模板孔洞的長(zhǎng)度；所述的電解液為0.2-0.4摩爾/升的草酸電解液，溫度0~5攝氏度。
所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其特征是，所述的退 火是將99.999%的高純鋁放在丙酮與乙醇的混合溶液中浸泡，以除去鋁片表面的 污垢后，放入管式真空爐中500~550攝氏度退火6 12小時(shí)，以消除鋁片中的應(yīng) 力；化學(xué)拋光是將退火后的鋁片浸入60~80攝氏度的磷酸和硝酸組成的混酸溶液 中，得到表面光亮平整的鋁片。
所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其特征是，所述的磷 酸和硝酸組成的混酸溶液，是指質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%~85%的磷酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%~68% 濃硝酸以及二次蒸餾水按照體積比8: 0.5-1.5: 0.5-1.5酉己制而成。
所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其特征是，所述的進(jìn) 一歩用磷酸去除位于鋁片底部的阻擋層，其方法是在恒溫水浴的條件下，將制備 的鋁片，阻擋層朝下，漂浮于磷酸溶液中2 5分鐘，通過控制漂浮的時(shí)間，鋁片 的孔徑大小50 100納米可控。
所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其特征是，所述的在 磷酸、鉻酸的混合溶液中洗去一次氧化產(chǎn)生的氧化層，是在60 80攝氏度恒溫水 浴條件下，將一次氧化的鋁片浸入磷酸、鉻酸的混合溶液中反應(yīng)2 8小時(shí)；所述 的磷酸、鉻酸的混合溶液，是指質(zhì)量分?jǐn)?shù)2% 5%的磷酸溶液和2% 5%鉻酸溶液 按照體積比l: 0.5-1.5混合組成的溶液。
所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其特征是，所述的用 SnCU溶液將鋁片背面的鋁基溶去，是指配制飽和的SnCl4溶液將鋁片背面的鋁 基溶去。
所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其特征是，所述的進(jìn) 一步用磷酸去除位于模板底部的阻擋層，其條件是在60 80攝氏度恒溫水浴，質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為5%~10%的磷酸溶液去除位于模板底部的阻擋層。
本發(fā)明通過陽極氧化鋁片的方法，在低壓(20~40伏可調(diào))下預(yù)氧化一段時(shí) 間，然后以1伏/分鐘的速度將電壓從低壓(20~40伏可調(diào))勻速升到高壓(60~90 伏可調(diào))，接著在高電壓下，繼續(xù)陽極氧化一段時(shí)間。以及通過控制前期低電壓 的大小和后面高電壓的大小，來調(diào)控制備的氧化鋁模板的孔徑大小?？刂品磻?yīng)時(shí) 間來調(diào)控制備的氧化鋁模板孔洞的長(zhǎng)度。成功合成出具有Y型結(jié)構(gòu)的氧化鋁模板。通過升高電壓的方法制備氧化鋁模板，拓寬了合成的氧化鋁模板孔徑大小的 范圍，另外，在高電壓下，反應(yīng)速度迅速，反應(yīng)時(shí)間較短。制備的具有Y型結(jié) 構(gòu)的多孔氧化鋁模板，不僅其本身在光子晶體和制備Y型結(jié)構(gòu)的一維納米材料 領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，而且運(yùn)用這類模板制備出具有Y型結(jié)構(gòu)的納米材料，
為功能納米器件的組裝提供了無限的潛力。


圖1為通過模板合成的Y型結(jié)構(gòu)的納米線的透射電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí) 施例。
本實(shí)施例是在以下實(shí)施條件和技術(shù)要求下實(shí)施的
首先將高純鋁片(Al， 99.999%)放在丙酮與乙醇的混合溶液中浸泡，以除去 鋁片表面的污垢，然后將鋁片放入管式真空爐中500攝氏度退火6小時(shí)，以消除 鋁片中的應(yīng)力。將退火后的鋁片浸入磷酸和硝酸組成的混酸溶液中，進(jìn)行化學(xué)拋 光得到表面光亮平整的鋁片。
然后將拋光的鋁片在電壓40伏低電壓下，溫度0 5攝氏度的0.4摩爾/升的 草酸電解液中陽極氧化4小時(shí)。
接著在60攝氏度恒溫水浴條件下，將一次氧化的鋁片浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的磷 酸溶液和5%鉻酸溶液按照體積比1: 1混合組成的混合溶液中反應(yīng)5小時(shí)，去除 一次氧化生成的氧化鋁。
再次，將鋁片在40伏的電壓下，溫度0 5攝氏度的0.4摩爾/升的草酸電解 液中陽極氧化10分鐘;然后在以1伏/分鐘的速度將電壓從40伏勻速升到60伏， 接著在60伏電壓下，溫度0 5攝氏度的0.4摩爾/升的草酸電解液中，陽極氧化 6小時(shí)。
最后，用飽和的SnCl4溶液將多孔氧化鋁模板的背面的鋁基溶去，進(jìn)一步在 60攝氏度恒溫水浴的條件下，將制備的氧化鋁模板，阻擋層朝下，漂浮于質(zhì)量 分?jǐn)?shù)5%的磷酸溶液中3分鐘。得到雙通的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板。圖 1是本實(shí)例得到的模板制備出的具有Y型結(jié)構(gòu)的納米材料透射電鏡照片。
權(quán)利要求
1、一種具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其特征在于依次包括以下步驟(1)將鋁片進(jìn)行退火和化學(xué)拋光；(2)將處理后的鋁片作為陽極，鋼板作為陰極，陽極在電解液中、低電壓下進(jìn)行一次氧化；(3)將鋁片放在磷酸、鉻酸的混合溶液中洗去一次氧化產(chǎn)生的氧化層；(4)將鋁片作為陽極在電解液中、低電壓下進(jìn)行二次氧化一段時(shí)間，然后，將陽極電壓升高至高電壓，陽極在高電壓下氧化一段時(shí)間；(5)將鋁片取出，用二次蒸餾水將鋁片上殘留的電解液洗滌干凈；用SnCl4溶液將鋁片背面的鋁基溶去，進(jìn)一步用磷酸去除位于鋁片底部的阻擋層即可得到雙通的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其 特征是，所述的歩驟(2)中陽極一次氧化的陽極電壓20 40伏；步驟(4)中二 次陽極氧化，陽極電壓與歩驟(2)所采用的陽極電壓一致；二次氧化后，以1 伏/分鐘的速度將陽極電壓勻速升高至60 90伏高電壓，接著在60~90伏高電壓 下氧化一段時(shí)間；通過在歩驟(4)中控制陽極電壓來調(diào)控制備的氧化鋁模板孔 徑大小，控制氧化時(shí)間調(diào)控氧化鋁模板孔洞的長(zhǎng)度；所述的電解液為0.2 0.4摩 爾/升的草酸電解液，溫度0 5攝氏度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其 特征是，所述的退火是將99.999%的高純鋁放在丙酮與乙醇的混合溶液中浸泡， 以除去鋁片表面的污垢后，放入管式真空爐中500-550攝氏度退火6 12小時(shí)， 以消除鋁片中的應(yīng)力；化學(xué)拋光是將退火后的鋁片浸入60 80攝氏度的磷酸和硝 酸組成的混酸溶液中，得到表面光亮平整的鋁片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其 特征是，所述的磷酸和硝酸組成的混酸溶液，是指質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%~85%的磷酸和 質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%~68%濃硝酸以及二次蒸餾水按照體積比8: 0.5-1.5: 0.5-1.5配制 而成.
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其特征是，所述的進(jìn)一步用磷酸去除位于鋁片底部的阻擋層，其方法是在恒溫水浴 的條件下，將制備的鋁片，阻擋層朝下，漂浮于磷酸溶液中2~5分鐘，通過控制 漂浮的時(shí)間，鋁片的孔徑大小50 100納米可控。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其 特征是，所述的在磷酸、鉻酸的混合溶液中洗去一次氧化產(chǎn)生的氧化層，是在 60-80攝氏度恒溫水浴條件下，將一次氧化的鋁片浸入磷酸、鉻酸的混合溶液中 反應(yīng)2 8小時(shí)；所述的磷酸、鉻酸的混合溶液，是指質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%~5%的磷酸溶 液和2% 5%鉻酸溶液按照體積比1: 0.5-1.5混合組成的溶液。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其 特征是，所述的用SnCU溶液將鋁片背面的鋁基溶去，是指配制飽和的SnCU溶 液將鋁片背面的鋁基溶去。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，其 特征是，所述的進(jìn)一歩用磷酸去除位于模板底部的阻擋層，其條件是在60 80 攝氏度恒溫水浴，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 10%的磷酸溶液去除位于模板底部的阻擋層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板的制備方法，首先，先將鋁片進(jìn)行退火和化學(xué)拋光；其次，將處理后的鋁片在低電壓下陽極氧化一段時(shí)間；然后，在磷酸/鉻酸的混合溶液中洗去一次氧化產(chǎn)生的氧化層；接著，在低電壓下進(jìn)行二次陽極氧化一段時(shí)間，然后，在一段時(shí)間內(nèi)將氧化電壓升高，在高電壓下陽極氧化一段時(shí)間；最后，將制備好的氧化鋁模板取出，用二次蒸餾水將殘留的電解液洗滌干凈；用SnCl₄溶液將多孔氧化鋁模板的背面的鋁基溶去，進(jìn)一步用磷酸去除位于模板底部的阻擋層即可得到雙通的具有Y型結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁模板。本發(fā)明不僅在各種一維納米結(jié)構(gòu)的材料的制備中得到廣泛應(yīng)用，并且在制備納米器件以及光子晶體等領(lǐng)域有潛在用途。
文檔編號(hào)C25D11/08GK101451260SQ20081023397
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者俊 孫, 紅 畢 申請(qǐng)人:安徽大學(xué)