一種制備微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板的方法，特別是涉及一種利用鋁的兩步陽極氧化過程，擴孔腐蝕過程來制備微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料如納米點、納米線、納米管等由于具有獨特的物理化學(xué)特性而獲得了廣泛應(yīng)用。例如納米半導(dǎo)體材料的電子能態(tài)會發(fā)生變化，與塊體材料相比，其光、電、聲等方面性能有顯著不同，可以在光催化劑、太陽能電池、低維半導(dǎo)體器件、納米集成電路、納米集成電路等方面獲得應(yīng)用。目前，在已獲使用的納米材料中，三維互聯(lián)納米結(jié)構(gòu)由于具有眾多物理化學(xué)優(yōu)點獲得了廣泛關(guān)注。具有三維互聯(lián)納米結(jié)構(gòu)的材料在具體應(yīng)用方面有很多增強的性能，可以應(yīng)用在傳感器，電致變色器件，太陽能電池，儲能，具有特殊的力學(xué)性能的支架，光學(xué)元件和電催化等領(lǐng)域。目前制備三維互聯(lián)納米結(jié)構(gòu)主要有直接合成法和模板合成法，而相比較前者而言，模板法由于具有應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)參數(shù)可控性高、重復(fù)性好等優(yōu)點獲得了廣泛應(yīng)用。因此，開發(fā)合適的三維互聯(lián)多孔模板，并基于模板法來合成三維互聯(lián)納米結(jié)構(gòu)具有重要的科學(xué)意義和研宄價值。
[0003]目前所使用的三維互聯(lián)多孔模板主要來源于天然材料或光刻制備工藝，存在著原材料難以獲取、應(yīng)用范圍窄、成本昂貴等不足，這些問題一直沒有得到很好的解決?？紤]到多孔陽極氧化鋁模板具有許多優(yōu)點:制備工藝簡單、結(jié)構(gòu)尺寸可調(diào)、化學(xué)性比較穩(wěn)定、適用范圍廣等優(yōu)點。因此基于鋁的陽極氧化過程來制備三維互聯(lián)多孔模板獲得研宄人員的關(guān)注。但目前所制備的三維互聯(lián)多孔陽極氧化鋁模板還存在問題，如容易出現(xiàn)過腐蝕，機械強度難以保證等。過腐蝕容易出現(xiàn)倒伏，機械強度低致使陽極氧化鋁模板無法作為模板使用。因此，尋找合適的方法克服目前存在的不足，基于鋁的陽極氧化過程來開發(fā)具有實用性的三維互聯(lián)多孔陽極氧化鋁模板具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種制備微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板的方法。
[0005]本發(fā)明通過在限定電流密度下進行高壓陽極氧化，去除膜后進行低電壓陽極氧化然后在磷酸溶液中控制腐蝕擴孔時間來完成，得到的微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板是基于微曲面在脊處形成類骨架結(jié)構(gòu)，可以有效增加模板的機械強度，即使在過腐蝕情況下依然可以維持良好的機械強度，具有適用范圍廣、成本低廉、工藝簡單以及重復(fù)性好等優(yōu)勢。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種制備微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板的方法，
[0008](I)將高純鋁片依次置于無水乙醇和去離子水中進行清洗，從而得到干凈的鋁片;
[0009](2)以步驟(I)得到的干凈鋁片為陽極，石墨為陰極，在高氯酸和無水乙醇混合溶液中進行恒定電壓電化學(xué)拋光，得到拋光的鋁片；
[0010](3)以步驟⑵得到的拋光的鋁片為陽極，石墨為陰極，草酸-乙醇-水混合溶液為電解液進行第一步陽極氧化過程，陽極氧化溫度為-5?5°C，得到帶有鋁基底的多孔陽極氧化鋁薄膜；
[0011]第一步，先采用恒電流密度升壓，設(shè)定電流密度為50?70mA/cm2，當電壓上升到400-600V指定數(shù)值時進入恒電壓陽極氧化階段；當電流密度下降到10?30mA/cm2指定數(shù)值時停止陽極氧化反應(yīng)；
[0012](4)將步驟(3)帶有鋁基底的多孔氧化鋁薄膜置于溫度為50?80°C的三氧化鉻和磷酸混合水溶液中浸泡8?12h，之后用去離子水進行清洗，得到表面具有亞微米級、微米級凹坑的鋁基底；
[0013](5)將步驟(4)得到表面具有亞微米級、微米級凹坑的鋁基地用30-50V低電壓，在草酸溶液中進行第二步陽極氧化得到帶有類骨架結(jié)構(gòu)單元的微曲面多孔陽極氧化鋁模板；
[0014](6)將步驟(5)得到的帶有類骨架結(jié)構(gòu)單元的微曲面多孔陽極氧化鋁模板在磷酸溶液中進行腐蝕擴孔得到微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板。
[0015]步驟⑴中，所述高純鋁片的質(zhì)量分數(shù)彡99.99%。
[0016]步驟(2)中，所述恒定電壓電化學(xué)拋光的電壓為18?23V，所述混合溶液中高氯酸和無水乙醇的體積比值為0.2?0.4。
[0017]步驟(3)中，所述草酸-乙醇-水混合溶液為草酸水溶液和無水乙醇的混合溶液；草酸水溶液和無水乙醇按體積比為0.5?3，草酸水溶液的濃度為0.2?0.4mol/Lo
[0018]步驟(4)中，所述三氧化鉻和磷酸混合水溶液中三氧化鉻和磷酸所占的重量百分比分別為1.5?4%和5?8%。
[0019]步驟(2)中，所述高氯酸和無水乙醇混合溶液的溫度為-5?5°C，所述拋光時間為5 ?8min0
[0020]步驟(6)中，所述磷酸溶液中磷酸所占的重量百分比為4?8%。
[0021]步驟(6)中所述的擴孔時間為25?35min。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023](I)本發(fā)明通過鋁的兩步陽極氧化過程、腐蝕擴孔過程制備微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板，同天然材料模板及光刻法所制備的模板相比，其具有原材料易獲取、成本低廉、設(shè)備簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢，大大提高了其應(yīng)用于生產(chǎn)的可行性；
[0024](2)本發(fā)明通過對電壓、電流密度、腐蝕擴孔時間等條件進行簡單調(diào)節(jié)即可對微曲面多孔陽極氧化鋁薄膜亞微米或微米級的結(jié)構(gòu)單元尺寸進行調(diào)節(jié)，以及對納米孔大小和形態(tài)進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)制，具有適用范圍廣、成本低廉、工藝簡單及重復(fù)性好等優(yōu)點；
[0025](3)本發(fā)明通過簡單的工藝流程制備了機械強度高、過腐蝕不會出現(xiàn)模板的倒伏、適用于大部分功能材料的微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板。
【附圖說明】
[0026]圖1為實施例1中鋁陽極氧化過程的電壓曲線和電流密度曲線圖；
[0027]圖2為實施例1中所制備表面具有亞微米級、微米級凹坑的鋁基底表面形貌掃描電鏡圖；
[0028]圖3為實施例2中所制備微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板表面形貌掃描電鏡圖；
[0029]圖4為實施例3中所制備微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板表面形貌掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0031]實施例1
[0032]一種制備微曲面三維互聯(lián)納米孔陽極氧化鋁模板的方法，包括如下步驟:
[0033](I)將質(zhì)量分數(shù)彡99.99%的高純鋁片依次置于無水乙醇和去離子水中進行清洗，從而得到干凈的鋁片；
[0034](2)以步驟(I)得到的干凈鋁片為陽極，石墨為陰極，在_5°C下高氯酸和無水乙醇的體積比值為0.2的混合溶液中進行恒定電壓電化學(xué)拋光，電壓為23V，拋光時間為5min，得到拋光的鋁片；
[0035](3)以步驟⑵得到的拋光的鋁片為陽極，石墨為陰極，溶液A(0.4mol/L草酸水溶液)和溶液B (無水乙醇)的體積比值為A:B = 2.1的混合溶液來進行第一步陽極氧化過程，溫度為_5°C，由于