均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法。它采用二次陽極氧化法，過程為：步驟1，先將鋁片置于濃度為0.2～0.4mol/L的草酸溶液中，于20～60V的直流電壓下陽極氧化至少2h，再將其置于58～62℃下的磷鉻酸混合溶液中浸泡至少3h，得到中間產(chǎn)物；步驟2，將中間產(chǎn)物置于溫度為4～20℃、濃度為0.2～0.4mol/L的恒溫草酸溶液中，于起始電壓為20～60V、電壓上升率為+0.1～25V/h、終止電壓為25～65V的直流電壓下進(jìn)行陽極氧化，制得均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板；所述均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的厚度為2～100μm、直通孔的孔直徑為均一孔徑的20～80nm。它降低了制備的復(fù)雜性和成本，減少了環(huán)境的污染，可廣泛地用于均一孔徑結(jié)構(gòu)的多孔陽極氧化鋁模板的制備。
【專利說明】均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鋁模板的制備方法，尤其是一種均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多孔陽極氧化鋁模板因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，已成為了一種理想的模板材料，通過向模板的納米孔中沉積各種金屬、合金、半導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物等，可制備出各種準(zhǔn)一維的納米材料。近期，人們?yōu)榱双@得多孔陽極氧化鋁模板，做出了各種努力，如在2006年6月28日公開的中國發(fā)明專利申請公開說明書CN 1793437A中披露的一種“混合酸電解液制備高度有序的多孔陽極氧化鋁模板的方法”。該說明書中提及的制備方法是以硫酸與草酸的混合酸作為電解液，在將鋁試樣依次進(jìn)行除油、除氧化層、電化學(xué)拋光處理后，對其進(jìn)行兩步陽極氧化，得到多孔陽極氧化鋁模板。然而，這種制備方法雖降低了制備多孔陽極氧化鋁模板的氧化電壓，減小了多孔陽極氧化鋁模板阻擋層的厚度，以及提高了納米孔陣列的有序性，卻是以兩種酸的混合酸作為電解液來實(shí)現(xiàn)的，這無疑增加了制備的復(fù)雜性，加劇了環(huán)境的污染和導(dǎo)致制備成本的增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的欠缺之處，提供一種陽極氧化電壓為補(bǔ)償性電壓波形的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法。
[0004]為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法采用二次陽極氧化法，特別是完成步驟如下:
[0005]步驟I，先將鋁片置于濃度為0.2~0.4mol/L的草酸溶液中，于20~60V的直流電壓下陽極氧化至少2h，再將其置于58~62°C下的磷鉻酸混合溶液中浸泡至少3h，得到中間產(chǎn)物；
[0006]步驟2，將中間產(chǎn)物置于溫度為4~20°C、濃度為0.2~0.4mol/L的恒溫草酸溶液中，于起始電壓為20~60V、電壓上升率為+0.1~25V/h、終止電壓為25~65V的直流電壓下進(jìn)行陽極氧化，制得均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板；
[0007]所述均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的厚度為2~100 μ m、直通孔的孔直徑為均一孔徑的20~80nm。
[0008]作為均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的鋁片的純度為> 99.9% ;所述的在將鋁片進(jìn)行陽極氧化之前，先將其交替置于乙醇和丙酮中超聲清洗2~3次，再用去離子水對其反復(fù)清洗后晾干，之后，將其置于真空度為10_5Pa、溫度為500°C下退火5h ;所述的步驟I中的陽極氧化時間為2~6h ;所述的磷鉻酸混合溶液由濃度為6?1:%的磷酸和濃度為1.5wt%的鉻酸配置而成。
[0009]相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，對制得的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板使用掃描電鏡進(jìn)行表征，由其結(jié)果可知，均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板為多孔結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板，其中，多孔為有序排列的直通孔，直通孔為均一孔徑結(jié)構(gòu)，其孔直徑為20~80nm,均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的厚度為2~100 μ m。其二，制備方法科學(xué)、有效，既制備出了均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板，又使制得的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的孔為有序排列的直通孔，還由于僅通過改變陽極氧化的電壓就避免了混合酸的引入，降低了制備的復(fù)雜性和成本，減少了對環(huán)境的污染。
[0010]作為有益效果的進(jìn)一步體現(xiàn)，一是鋁片的純度優(yōu)選為>99.9%，確保了均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的品質(zhì)。二是優(yōu)選在將鋁片進(jìn)行陽極氧化之前，先將其交替置于乙醇和丙酮中超聲清洗2~3次，再用去離子水對其反復(fù)清洗后晾干，之后，將其置于真空度為10_5Pa、溫度為500°C下退火5h，避免了雜質(zhì)的引入，保證了均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的純凈度。三是步驟I中的陽極氧化時間優(yōu)選為2~6h，磷鉻酸混合溶液優(yōu)選由濃度為6wt%的磷酸和濃度為1.5wt%的鉻酸配置而成，為獲得優(yōu)質(zhì)的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板奠定了良好的基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0012]圖1是對制備方法制得的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板使用掃描電鏡(SEM)進(jìn)行表征的結(jié)果之一。其中，圖1a為均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板縱向剖面的SEM圖像，圖1b為圖1a中相應(yīng)標(biāo)記的高倍率SEM圖像；圖1a和圖1b中的標(biāo)尺分別為5 μ m和200nm。由圖1可看出，均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板中的孔道為孔徑均一的直通孔。
【具體實(shí)施方式】
[0013]首先從市場購得或用常規(guī)方法制得:
[0014]純度≥99.9%的鋁片；草酸溶液；由濃度為6被％的磷酸和濃度為1.5wt%的鉻酸配置而成的磷鉻酸混合溶液。
[0015]在將鋁片進(jìn)行陽極氧化之前，先將其交替置于乙醇和丙酮中超聲清洗2~3次，再用去離子水對其反復(fù)清洗后晾干；之后，將其置于真空度為10_5Pa、溫度為500°C下退火5h。
[0016]接著，
[0017]實(shí)施例1
[0018]制備的具體步驟為:
[0019]步驟1，先將鋁片置于濃度為0.2mol/L的草酸溶液中，于20V的直流電壓下陽極氧化6h。再將其置于58°C下的磷鉻酸混合溶液中浸泡4h，得到中間產(chǎn)物。
[0020]步驟2，將中間產(chǎn)物置于溫度為4°C、濃度為0.2mol/L的恒溫草酸溶液中，于起始電壓為20V、電壓上升率為+0.lV/h、終止電壓為25V的直流電壓下進(jìn)行陽極氧化，制得近似于圖1所示的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板。
[0021]實(shí)施例2
[0022]制備的具體步驟為:
[0023]步驟1，先將鋁片置于濃度為0.25mol/L的草酸溶液中，于30V的直流電壓下陽極氧化5h。再將其置于59°C下的磷鉻酸混合溶液中浸泡3.8h，得到中間產(chǎn)物。
[0024]步驟2，將中間產(chǎn)物置于溫度為8°C、濃度為0.25mol/L的恒溫草酸溶液中，于起始電壓為30V、電壓上升率為+lV/h、終止電壓為35V的直流電壓下進(jìn)行陽極氧化，制得近似于圖1所示的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板。
[0025]實(shí)施例3
[0026]制備的具體步驟為:
[0027]步驟I，先將鋁片置于濃度為0.3mol/L的草酸溶液中，于40V的直流電壓下陽極氧化4h。再將其置于60°C下的磷鉻酸混合溶液中浸泡3.5h，得到中間產(chǎn)物。
[0028]步驟2，將中間產(chǎn)物置于溫度為12°C、濃度為0.3mol/L的恒溫草酸溶液中，于起始電壓為40V、電壓上升率為+8V/h、終止電壓為45V的直流電壓下進(jìn)行陽極氧化，制得如圖1所示的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板。
[0029]實(shí)施例4
[0030]制備的具體步驟為:
[0031]步驟1，先將鋁片置于濃度為0.35mol/L的草酸溶液中，于50V的直流電壓下陽極氧化3h。再將其置于61°C下的磷鉻酸混合溶液中浸泡3.3h，得到中間產(chǎn)物。
[0032]步驟2，將中間產(chǎn)物置于溫度為16°C、濃度為0.35mol/L的恒溫草酸溶液中，于起始電壓為50V、電壓上升率為+16V/h、終止電壓為55V的直流電壓下進(jìn)行陽極氧化，制得近似于圖1所示的均一孔徑結(jié)構(gòu) 的陽極氧化鋁模板。
[0033]實(shí)施例5
[0034]制備的具體步驟為:
[0035]步驟I，先將鋁片置于濃度為0.4mol/L的草酸溶液中，于60V的直流電壓下陽極氧化2h。再將其置于62°C下的磷鉻酸混合溶液中浸泡3h，得到中間產(chǎn)物。
[0036]步驟2，將中間產(chǎn)物置于溫度為20°C、濃度為0.4mol/L的恒溫草酸溶液中，于起始電壓為60V、電壓上升率為+25V/h、終止電壓為65V的直流電壓下進(jìn)行陽極氧化，制得近似于圖1所示的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板。
[0037]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法，采用二次陽極氧化法，其特征在于完成步驟如下: 步驟I，先將鋁片置于濃度為0.2~0.4mol/L的草酸溶液中，于20~60V的直流電壓下陽極氧化至少2h，再將其置于58~62°C下的磷鉻酸混合溶液中浸泡至少3h，得到中間產(chǎn)物； 步驟2，將中間產(chǎn)物置于溫度為4~20°C、濃度為0.2~0.4mol/L的恒溫草酸溶液中，于起始電壓為20~60V、電壓上升率為+0.1~25V/h、終止電壓為25~65V的直流電壓下進(jìn)行陽極氧化，制得均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板； 所述均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的厚度為2~100 μ m、直通孔的孔直徑為均一孔徑的20~80nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法，其特征是鋁片的純度為≥99.9%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法，其特征是在將鋁片進(jìn)行陽極氧化之前，先將其交替置于乙醇和丙酮中超聲清洗2~3次，再用去離子水對其反復(fù)清洗后晾干，之后，將其置于真空度為10_5Pa、溫度為500°C下退火5h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法，其特征是步驟I中的陽極氧化時間為2~6h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均一孔徑結(jié)構(gòu)的陽極氧化鋁模板的制備方法，其特征是磷鉻酸混合溶液由濃度為6wt1:%的磷酸和濃度為1.5wt%的鉻酸配置而成。
【文檔編號】C25D11/10GK103484915SQ201210197115
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月9日
【發(fā)明者】商國亮, 費(fèi)廣濤, 閆鵬, 許少輝 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院