製備多孔氧化鋁薄膜的裝置和方法

2023-06-13 00:21:01 2

專利名稱：製備多孔氧化鋁薄膜的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及製備多孔氧化鋁薄膜的裝置及使用該裝置製備多孔氧化鋁薄膜的方法。
背景技術：
高度有序的蜂窩狀結構陽極氧化招模板(AAO template)自1995年由Masuda等人發明(Science，1995，268，1466 1468)以來，廣泛應用於納米材料的製備，通過以AAO為模板可以製備高度有序的金屬、半導體或者高分子納米線(納米管)，已有研究發現，如果以內徑約30納米的多孔氧化鋁模板為基體，在其孔內沉積上磁性金屬，則其記錄密度可比現今的硬碟提高50倍以上。Fan等人(Nature Materials，2009，8，648-653)以AAO為模板製備了三維陣列式太陽能電池，由此大大提升了太陽能電池的短路電流，從而提高到了電池的效率，同時作者還提出大孔間距的AAO將會提高電池性能，然而目前商業上出售的氧化鋁模板的尺寸通常很小，這就使得其成本較高，同時不易於大面積製備納米材料，雖然目前也有大面積製備AAO的方法(尚傑，碩士學位論文，2007)，但是其製備的AAO孔間距較小，這就使得其在微型器件中的使用受到很大的限制，因此，製備大面積、大孔間距的AAO模板便成了急需解決的問題。

發明內容
本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種新的製備多孔氧化鋁薄膜的裝置和方法。根據本發明的裝置以及方法能夠得到大面積大孔間距多孔氧化鋁薄膜。本發明的發明人經過研究發現，使用本發明的裝置，通過固定件將鋁片和模板固定在凹槽內，使鋁片、模板與有機玻璃擋板緊密貼合，將該裝置放入酸性電解液中，使鋁片進行電解，能夠得到大面積且大孔間距的多孔氧化鋁薄膜。即本發明提供一種製備多孔氧化鋁薄膜的裝置，其中，該裝置包括有機玻璃基板，該有機玻璃基板在相鄰的第一表面和第二表面的拐角處具有凹陷部，且所述有機玻璃基板具有與所述凹陷部相通的通孔；有機玻璃擋板，該有機玻璃擋板貼合在所述有機玻璃基板的所述第一表面上並在其中間具有通孔；模板，該模板具有至少一個貫穿該模板厚度方向的通孔且可活動地位於所述凹槽內；以及固定件，該固定件與通孔螺合，且在長度方向的長度要長於通孔的孔深度。本發明還提供一種多孔氧化鋁薄膜的製備方法，該方法包括將鋁片依次進行以下的步驟一次陽極氧化步驟、腐蝕一次氧化膜步驟、二次陽極氧化步驟、剝離鋁基底步驟以及去阻擋層步驟，其特徵在於，在所述一次陽極氧化以及二次陽極氧化步驟中，使用上述的裝置，通過固定件將鋁片和模板固定在凹槽內，使鋁片、模板與有機玻璃擋板緊密貼合，將該裝置放入酸性電解液中，以石墨為陰極，所述鋁片為陽極進行電解，所述電解在溫度為-20 (TC下進行。根據本發明的裝置以及方法，由於使用本發明的製備多孔氧化鋁薄膜的裝置與電解槽分離，因此可以很容易將電解槽中的電解液冷卻，防止電解液溫度過高，從而方便地實行在低溫的環境下氧化，並且可以有效的避免氧化面積增大導致的熱效應過大，同時可以通過提高氧化電壓來調控多孔氧化鋁薄膜的孔徑、孔間距的大小，適用於大面積大孔間距多孔氧化鋁薄膜的製備。另外，由於模板上面的圖案可根據需要進行調整，從而方便不同使用的需要。


圖I為本發明的製備多孔氧化鋁薄膜的裝置的有機玻璃基板的正面立體圖；圖2為本發明的一個實施方式中的製備多孔氧化鋁薄膜的裝置在通孔11上的截面圖；
圖3為本發明的一個實施方式中的製備多孔氧化鋁薄膜的裝置在通孔11上的截面圖；圖4為本發明實施例I中多孔氧化鋁的FESEM圖；圖5為本發明實施例2中多孔氧化鋁的FESEM圖；圖6為本發明實施例3中多孔氧化鋁的FESEM圖。附圖標記說明I有機玻璃基板11通孔12第一表面13第二表面2凹陷部3有機玻璃擋板31通孔4模板41通孔5固定件6有機玻璃墊板7密封墊8鋁片
具體實施例方式本發明提供一種製備多孔氧化鋁薄膜的裝置，其中，如圖I、圖2所示，該裝置包括有機玻璃基板1，該有機玻璃基板I在相鄰的第一表面12和第二表面13的拐角處具有凹陷部2，且所述有機玻璃基板I具有與所述凹陷部2相通的通孔11 ;有機玻璃擋板3，該有機玻璃擋板3貼合在所述有機玻璃基板I的所述第一表面12上並在其中間具有通孔31 ；模板4，該模板4具有至少一個貫穿該模板4厚度方向的通孔41且可活動地位於所述凹槽2內；以及固定件5，該固定件5與通孔11螺合，且在長度方向的長度要長於通孔11的孔深度。根據本發明的裝置，該裝置還包括有機玻璃墊板6，該有機玻璃墊板6位於模板4與所述第一表面12相對的凹槽部2內表面之間。用於防止固定件對鋁片的損傷。根據本發明的裝置，通過固定件5將有機玻璃墊板6、鋁片以及模板4固定在凹陷部2內，並與有機玻璃擋板3緊密貼合，使得電 解液只與從模板4的孔41暴露出的鋁片進行接觸。根據本發明的裝置，如圖3所示，該裝置還可以包括在模板4和鋁片8之間和/或有機玻璃擋板3與模板4之間的密封墊7。該密封墊7用於密封,防止電解液與從模板4的孔41暴露出的鋁片以外的部分進行接觸。所述密封墊7可以為本領域所公知的各種用於密封的密封墊。優選為具有很好的彈性的密封墊7，這是因為彈性很好的密封墊7在擠壓時通過形變能夠使鋁片8很好地與模板4緊貼，使模板4與有機玻璃擋板3緊貼；更優選所述密封墊7為矽膠墊。對所述密封墊7的形狀沒有特別的要求，只要能夠使電解液不與從模板4的孔41暴露出的鋁片以外的部分進行接觸即可。例如可以為圓環形等形狀。根據本發明的裝置，所述有機玻璃基板I在相鄰的第一表面12和第二表面13的拐角處具有凹陷部2，該凹陷部2用於容納有機玻璃墊板6、鋁片8以及模板4，並通過固定件5將有機玻璃墊板6、鋁片8以及模板4固定在凹陷部2內，並與有機玻璃擋板3緊密貼合，使得電解液只與從模板4的通孔41暴露出的鋁片進行接觸。根據本發明的裝置，所述有機玻璃基板I的大小可以根據鋁片8的大小進行適當地選擇。根據本發明的裝置，所述凹陷部2的大小可以根據有機玻璃基板I以及鋁片8的大小進行適當地選擇。所述凹陷部2的厚度只要大於容納在凹陷部2內的有機玻璃墊板6、鋁片8、模板4以及密封墊7的厚度即可。可以考慮有機玻璃墊板6、鋁片8、模板4以及密封墊7的厚度進行適當地選擇。根據本發明的裝置，所述有機玻璃基板I具有與所述凹陷部2相通的通孔11，該通孔11與固定件5螺合，用於將有機玻璃墊板6、鋁片8以及模板4固定在凹陷部2內，並與有機玻璃擋板3緊密貼合，使得電解液只與從模板4的通孔41暴露出的鋁片進行接觸。對該通孔11的個數沒有限制，只要能夠很好地將有機玻璃墊板6、鋁片8以及模板4固定在凹陷部2內即可，可以為I個，也可以為多個。從成本上來考慮優選I個通孔11。當該通孔11為I個時，從固定的效果上來考慮，優選其設置在凹陷部2內表面(與有機玻璃擋板3相對的一面)的中間部上。根據本發明的裝置，所述有機玻璃擋板3貼合在所述有機玻璃基板I的所述第一表面12上並在其中間具有通孔31。所述貼合可以採用本領域技術人員所公知的各種方法實現。例如可以採用粘結劑進行粘連。所述通孔31的大小大於模板4的通孔41的範圍且小於鋁片8的大小，以使有機玻璃墊板6、鋁片以及模板4固定在凹陷部2內，與有機玻璃擋板3緊密貼合，並且使從模板4的通孔41暴露出的全部的鋁片能夠與電解液進行接觸。根據本發明的裝置，所述模板4具有至少一個貫穿該模板4厚度方向的通孔41且可活動地位於所述凹槽2內；所述模板的大小可以根據鋁片8的大小進行適當地選擇，本發明優選與鋁片8的大小相同。上述通孔41可以為各種形狀，本發明優選模板4上的孔41為圓形、矩形或正三角形中的一種或多種；更優選模板4上的孔41為同一形狀；進一步優選模板4上的孔41排列成陣列。
進一步優選的情況下，模板4上的孔41為圓形，且排列成陣列，所述圓形的直徑為l-20cm，優選為5-15cm ;或者模板4上的孔41為矩形，且排列成陣列，所述矩形的邊長為l-20cm，優選為5-15cm ;或者模板4上的孔41為正三角形，且排列成陣列，所述正三角形的邊長為l_20cm，優選為5-15cm。本發明還提供一種多孔氧化鋁薄膜的製備方法，該方法包括將鋁片8依次進行以下的步驟一次陽極氧化步驟、腐蝕一次氧化膜步驟、二次陽極氧化步驟、剝離鋁基底步驟以及去阻擋層步驟，其特徵在於，在所述一次陽極氧化以及二次陽極氧化步驟中，使用上述的裝置，通過固定件5將鋁片8和模板4固定在凹槽2內，使鋁片8、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入酸性電解液中，以石墨為陰極，鋁片為陽極進行電解，所述電解在溫度為-20 O°C下進行。·根據本發明的的製備方法，為了進一步提高多孔氧化鋁薄膜的孔間距，優選所述電解在溫度為-20 _5°C下進行。使所述電解在溫度為-20 _5°C下進行方法可以採用低溫冷卻循環泵進行冷卻的方法。根據本發明的的製備方法，為了使得電解液只與從模板4的通孔41暴露出的鋁片8進行接觸，所述電解液的液面高於模板4上的孔41且低於所述第二表面13。根據本發明的的製備方法，所述電解液可以為本領域所公知的各種電解液。優選的情況下可以為草酸、磷酸、硫酸中的一種或多種的水溶液。電解液的濃度可以為O. 2mol/L O. 4mol/L，優選為O. 3mol/L。電解的時間可以為O. 5-12小時，優選為I小時_4小時。根據本發明的製備方法，優選情況下所述電解的電壓高於40V，更優選所述電解的電壓為60-110V。根據本發明的製備方法，優選的情況下，該方法還包括在一次陽極氧化步驟之前，進行鋁片表面預處理。例如可以將鋁片用丙酮和去離子水分別超聲清洗，隨後用體濃磷酸、濃硫酸和濃硝酸的混合液在進行化學拋光。對於本發明的製備方法，由於本發明主要涉及使用本發明提供的裝置進行陽極氧化，因此對於除一次陽極氧化和二次陽極氧化步驟之外的步驟的操作方法和條件可以與現有技術相同。例如，腐蝕一次氧化膜步驟是指將陽極氧化得到的鋁片取出並置於磷酸和鉻酸的混合溶液中，在40°C _80°C烘箱中放置2小時 12小時，磷酸的濃度是3-7重量％，鉻酸的濃度是1-3重量％。所述剝離基底步驟是指將二次陽極氧化步驟得到的鋁片用飽和氯化銅溶液浸泡，至沒有氣泡冒出。所述去阻擋層步驟是指將剝離基底步驟後得到的氧化鋁膜浸泡在3-7重量％的磷酸水溶液中40-90分鐘。根據本發明的一種優選實施方式，上述多孔氧化鋁薄膜的製備方法包括以下步驟I)預處理將高純Al片(99. 999%)用丙酮和去離子水(18. 2MQ/cm)分別超聲清洗10分鐘，隨後用體積比為7:1:2的磷酸(濃度為75-85重量％ )、硫酸(濃度為90-98重量％ )和硝酸(濃度為55-63重量％ )的混合液在120°C化學拋光I分鐘。2) 一次陽極氧化
使用上述的裝置，通過固定件5將步驟I)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟I)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，在濃度為O. 2M O. 4M的草酸電解質水溶液中，40V 60V電壓下,環境溫度為10°C時進行一次陽極氧化，氧化時間I小時 12小時。3)腐蝕一次氧化膜將步驟2)中的裝置中的鋁片取出並置於磷酸和鉻酸的混合溶液中，在40°C _80°C烘箱中放置2小時 12小時，磷酸的濃度是3-7重量％，鉻酸的濃度是1-3重量％。4) 二次陽極氧化使用上述的裝置，通過固定件5將步驟3)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟3)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，在濃度為O. 2M O. 4M的草酸電解質水溶液中，80V 120V電壓下，環境溫度為-5°C時進行一次陽極氧化，氧化時間30分鐘 60分鐘。5)剝離鋁基底將步驟4)中的裝置中的鋁片取出並用飽和氯化銅浸泡，至沒有氣泡冒出時立即取出，得到了氧化鋁膜。6)去阻擋層將步驟5)得到的氧化鋁膜浸泡在3-7重量％ %的磷酸水溶液中40-90分鐘。以下通過實施例對本發明進行進一步的說明，但本發明並不僅限於下述實施例。以下實施例中的一次陽極氧化和二次陽極氧化中所使用的裝置為圖2所示的裝置。該裝置包括有機玻璃基板1，該有機玻璃基板I具有凹陷部2，具有螺紋的通孔11 ;具有方形通孔31的有機玻璃擋板3 ;具有一個孔的模板4 ;以及與通孔11螺合的螺母5。實施例II)預處理純度為99. 999%的高純Al片(尺寸為10cm*10cm*0. 025cm，購於北京蒙泰有研)用丙酮和去離子水(18. 2MQ/cm)分別超聲清洗10分鐘，並用體積比為7 I 2的磷酸(濃度為85重量％ )、硫酸(濃度為98重量％ )和硝酸(濃度為63重量％ )的混合液在120°C化學拋光I分鐘。2) 一次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟I)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟I)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，模板4上的通孔41為直徑為10釐米的圓孔，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，40V電壓下，環境溫度為_5°C時進行一次陽極氧化，氧化時間I小時。3)腐蝕一次氧化膜將步驟2)中的裝置中的鋁片取出並置於磷酸和鉻酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小時，磷酸的濃度是5重量％，鉻酸的濃度是I. 5重量％。4) 二次陽極氧化
使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟3)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟3)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，模板4與步驟2)中使用的模板相同，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，IlOV電壓下，環境溫度為-20°C時進行二次陽極氧化，氧化時間60分鐘。5)剝離鋁基底將步驟中4)中的裝置中的鋁片取出並用飽和氯化銅浸泡，至沒有氣泡冒出時立即取出，得到了氧化鋁膜。6)去阻擋層將步驟5)得到的產品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分鐘。
用場發射掃描電鏡(Hitachi S4800)觀察形貌(見圖4)，證明多孔氧化鋁薄膜的平均孔徑為190nm，平均孔間距為280nm。實施例2I)預處理純度為99. 999%的高純Al片(尺寸為10cm*10cm*0. 025cm,購於北京蒙泰有研)用丙酮和去離子水(18. 2MQ/cm)分別超聲清洗10分鐘，並用體積比為7 I 2的磷酸(濃度為85重量％ )、硫酸(濃度為98重量％ )和硝酸(濃度為63重量％ )的混合液在120°C化學拋光I分鐘。2) 一次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟I)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟I)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，選擇中間圓孔41直徑為6釐米的模板4，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，40V電壓下，環境溫度為_5°C時進行一次陽極氧化，氧化時間3小時。3)腐蝕一次氧化膜將步驟2)中的裝置中的鋁片取出並置於磷酸和鉻酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小時，磷酸的濃度是5重量％，鉻酸的濃度是I. 5重量％。4) 二次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟3)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟3)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，模板4與步驟2)中使用的模板相同，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，100V電壓下，環境溫度為_15°C時進行二次陽極氧化，氧化時間60分鐘。5)剝離鋁基底將步驟中4)中的裝置中的鋁片取出並用飽和氯化銅浸泡，至沒有氣泡冒出時立即取出，得到了氧化鋁膜。6)去阻擋層將步驟5)得到的產品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分鐘。用場發射掃描電鏡(Hitachi S4800)觀察形貌(見圖5)，證明多孔氧化鋁薄膜的平均孔徑為lOOnm，平均孔間距為185nm。實施例3I)預處理純度為99. 999%的高純Al片(尺寸為10cm*10cm*0. 025cm,購於北京蒙泰有研)用丙酮和去離子水(18. 2MQ/cm)分別超聲清洗10分鐘，並用體積比為7 I 2的磷酸(濃度為85重量％ )、硫酸(濃度為98重量％ )和硝酸(濃度為63重量％ )的混合液在120°C化學拋光I分鐘。2) 一次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟I)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟I)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，選擇中間圓孔41直徑為7釐米的模板4，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，40V電壓下，環境溫度為_5°C時進行一次陽極氧化，氧化時間3小時。3)腐蝕一次氧化膜將步驟2)中的裝置中的鋁片取出並置於磷酸和鉻酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小時，磷酸的濃度是5重量％，鉻酸的濃度是I. 5重量％。4) 二次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟3)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟3)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，模板4與步驟2)中使用的模板相同，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，90V電壓下，環境溫度為-10°C時進行二次陽極氧化，氧化時間60分鐘。5)剝離鋁基底將步驟中4)中的裝置中的鋁片取出並用飽和氯化銅浸泡，至沒有氣泡冒出時立即取出，得到了氧化鋁膜。6)去阻擋層將步驟5)得到的產品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分鐘。用場發射掃描電鏡(Hitachi S4800)觀察形貌(見圖6)，證明多孔氧化鋁薄膜的平均孔徑為90nm，平均孔間距為120nm。實施例4I)預處理純度為99. 999%的高純Al片(尺寸為10cm*10cm*0. 025cm，購於北京蒙泰有研)用丙酮和去離子水(18. 2MQ/cm)分別超聲清洗10分鐘，並用體積比為7 I 2的磷酸(濃度為85重量％ )、硫酸(濃度為98重量％ )和硝酸(濃度為63重量％ )的混合液在120°C化學拋光I分鐘。2) 一次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟I)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟I)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，選擇中間圓孔41直徑為8釐米的模板4，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，40V電壓下，環境溫度為_5°C時進行一次陽極氧化，氧化時間3小時。3)腐蝕一次氧化膜將步驟2)中的裝置中的鋁片取出並置於磷酸和鉻酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小時，磷酸的濃度是5重量％，鉻酸的濃度是I. 5重量％。4) 二次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟3)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟3)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，模板4與步驟2)中使用的模板相同，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，40V電壓下，環境溫度為_5°C時進行二次陽極氧化，氧化時間60分鐘。 5)剝離鋁基底將步驟中4)中的裝置中的鋁片取出並用飽和氯化銅浸泡，至沒有氣泡冒出時立即取出，得到了氧化鋁膜。6)去阻擋層將步驟5)得到的產品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分鐘。用場發射掃描電鏡(Hitachi S4800)觀察形貌，證明多孔氧化鋁薄膜的平均孔徑為43nm,平均孔間距為85nm。實施例5I)預處理純度為99. 999%的高純Al片(尺寸為10cm*10cm*0· 025cm，購於北京蒙泰有研)用丙酮和去離子水(18. 2MQ/cm)分別超聲清洗10分鐘，並用體積比為7 I 2的磷酸(濃度為85重量％ )、硫酸(濃度為98重量％ )和硝酸(濃度為63重量％ )的混合液在120°C化學拋光I分鐘。2) 一次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟I)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟I)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，選擇中間圓孔41直徑為10釐米的模板4，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，40V電壓下，環境溫度為_5°C時進行一次陽極氧化，氧化時間3小時。3)腐蝕一次氧化膜將步驟2)中的裝置中的鋁片取出並置於磷酸和鉻酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小時，磷酸的濃度是5重量％，鉻酸的濃度是I. 5重量％。4) 二次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟3)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟3)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，模板4與步驟2)中使用的模板相同，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，70V電壓下，環境溫度為_8°C時進行二次陽極氧化，氧化時間60分鐘。
5)剝離鋁基底將步驟中4)中的裝置中的鋁片取出並用飽和氯化銅浸泡，至沒有氣泡冒出時立即取出，得到了氧化鋁膜。6)去阻擋層將步驟5)得到的產品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分鐘。通過場發射掃描電鏡(Hitachi S4800)觀察形貌，證明多孔氧化鋁薄膜的平均孔徑為72nm，平均孔間距為lOOnm。實施例6I)預處理純度為99. 999%的高純Al片(尺寸為10cm*10cm*0· 025cm，購於北京蒙泰有研)用丙酮和去離子水(18. 2MQ/cm)分別超聲清洗10分鐘，並用體積比為7 I 2的磷酸(濃度為85重量％ )、硫酸(濃度為98重量％ )和硝酸(濃度為63重量％ )的混合液在120°C化學拋光I分鐘。2) 一次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟I)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟I)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，選擇中間圓孔41直徑為12釐米的模板4，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，40V電壓下，環境溫度為_5°C時進行一次陽極氧化，氧化時間3小時。3)腐蝕一次氧化膜將步驟2)中的裝置中的鋁片取出並置於磷酸和鉻酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小時，磷酸的濃度是5重量％，鉻酸的濃度是I. 5重量％。4) 二次陽極氧化使用圖2所示的裝置，通過固定件5將步驟3)得到的鋁片和模板4固定在凹槽2內，使步驟3)得到的鋁片、模板4與有機玻璃擋板3緊密貼合，將該裝置放入有機玻璃或者聚四氟乙烯的電解槽中，以石墨為陰極，鋁片為陽極，其中，模板4與步驟2)中使用的模板相同，在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，60V電壓下，環境溫度為_5°C時進行二次陽極氧化，氧化時間60分鐘。5)剝離鋁基底將步驟中4)中的裝置中的鋁片取出並用飽和氯化銅浸泡，至沒有氣泡冒出時立即取出，得到了氧化鋁膜。6)去阻擋層將步驟5)得到的產品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分鐘。通過場發射掃描電鏡(Hitachi S4800)觀察形貌，證明多孔氧化鋁薄膜的平均孔徑為58nm，平均孔間距為90nm。對比例I按照常規的方法製備多孔氧化鋁薄膜I)預處理純度為99. 999%的高純Al片(尺寸為2cm*2cm*0. 025cm，購於北京蒙泰有研)用丙酮和去離子水(18. 2ΜΩ/cm)分別超聲清洗10分鐘，並用體積比為7 I 2的磷酸(濃度為85重量％ )、硫酸(濃度為98重量％ )和硝酸(濃度為63重量％ )的混合液在120°C化學拋光I分鐘。2) 一次陽極氧化在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，40V電壓下，環境溫度_5°C時進行一次陽極氧化，氧化時間3小時。3)腐蝕一次氧化膜將步驟2)中的裝置中的鋁片取出並置於磷酸和鉻酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小時，磷酸的濃度是5重量％，鉻酸的濃度是I. 5重量％。
4) 二次陽極氧化在濃度為O. 3M的草酸電解質水溶液中，40V電壓下，環境溫度為_5°C時進行二次陽極氧化，氧化時間60分鐘。5)剝離鋁基底將步驟中4)中的裝置中的鋁片取出並用飽和氯化銅浸泡，至沒有氣泡冒出時立即取出，得到了氧化鋁膜。6)去阻擋層 將步驟5)得到的產品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分鐘。通過場發射掃描電鏡(Hitachi S4800)觀察形貌，證明多孔氧化鋁薄膜的平均孔徑為45nm，平均孔間距為78nm。通過實施例1-6可以看出，採用本發明的裝置進行陽極氧化，可以很容易地在低溫下(-20 -5°C )進行，得到的多孔氧化鋁薄膜的面積以及平均孔間距均要大於對比例1，特別適用於大面積大孔間距多孔氧化鋁薄膜的製備。
權利要求
1.一種製備多孔氧化鋁薄膜的裝置，其中，該裝置包括有機玻璃基板(1)，該有機玻璃基板(I)在相鄰的第一表面(12)和第二表面(13)的拐角處具有凹陷部(2)，且所述有機玻璃基板(I)具有與所述凹陷部(2)相通的通孔(11);有機玻璃擋板(3)，該有機玻璃擋板(3)貼合在所述有機玻璃基板(I)的所述第一表面(12)上並在其中間具有通孔(31);模板(4)，該模板(4)具有至少一個貫穿該模板(4)厚度方向的通孔(41)且可活動地位於所述凹槽⑵內；以及固定件(5)，該固定件(5)與通孔(11)螺合，且在長度方向的長度要長於通孔(11)的孔深度。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中，該裝置還包括有機玻璃墊板(6)，該有機玻璃墊板(6)位於模板(4)與所述第一表面(12)相對的凹槽(2)內表面之間。
3.根據權利要求I所述的裝置，其中，模板(4)上的通孔(41)為圓形、矩形或三角形中的一種或多種。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，模板(4)上的通孔(41)為圓形，且排列成陣列。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述圓形的直徑為l-20cm。
6.根據權利要求3所述的裝置，其中，模板(4)上的通孔(41)為矩形，且排列成陣列。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中，所述矩形的邊長為l-20cm。
8.根據權利要求3所述的裝置，其中，模板(4)上的通孔(41)為正三角形，且排列成陣列。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中，所述正三角形的邊長為l-20cm。
10.一種多孔氧化鋁薄膜的製備方法，該方法包括將鋁片(8)依次進行以下的步驟一次陽極氧化步驟、腐蝕一次氧化膜步驟、二次陽極氧化步驟、剝離鋁基底步驟以及去阻擋層步驟，其特徵在於，在所述一次陽極氧化以及二次陽極氧化步驟中，使用權利要求1-9中任意一項所述的裝置，通過固定件(5)將鋁片和模板(4)固定在凹槽(2)內，使鋁片(8)、模板(4)與有機玻璃擋板(3)緊密貼合，將該裝置放入酸性電解液中，以石墨為陰極，所述鋁片為陽極進行電解，所述電解在溫度為-20 0°C下進行。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述電解在溫度為-20 _5°C下進行。
12.根據權利要求10所述的方法，其中，所述電解液的液面高於模板(4)上的通孔(41)且低於所述第二表面(13)。
13.根據權利要求10-12中任意一項所述的方法，所述酸性電解液為草酸、磷酸、硫酸中的一種或多種的水溶液；所述電解的電壓高於40V。
全文摘要
本發明提供一種新的製備多孔氧化鋁薄膜的裝置及其製備方法。該裝置包括有機玻璃基板，該有機玻璃基板在相鄰的第一表面和第二表面的拐角處具有凹陷部，且所述有機玻璃基板具有與所述凹陷部相通的通孔；有機玻璃擋板，該有機玻璃擋板貼合在所述有機玻璃基板的所述第一表面上並在其中間具有通孔；模板，該模板具有至少一個貫穿該模板厚度方向的通孔且可活動地位於所述凹槽內；以及固定件，該固定件與通孔螺合，且在長度方向的長度要長於通孔的孔深度。通過使用該裝置，可以很容易地在低溫下進行電解，得到大面積大孔間距多孔氧化鋁薄膜。
文檔編號C25D11/04GK102953107SQ20111023510
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月16日 優先權日2011年8月16日
發明者智林傑, 賈玉瑩, 羅彬 申請人:國家納米科學中心