三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板及其製備方法
2023-05-07 01:34:11
專利名稱：三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有三維漸變孔陣列納米結構的材料及其製造方法，特別涉及一 種利用電化學自組織納米技術低成本製備三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板及其 製備方法。
背景技術：
近年來，隨著納米科技研究的深入，三維納米漸變體陣列結構因具有超疏水、減 反、表面拉曼增強效應等特性，因而在光電等諸多領域都顯示出優異的性能，但是其低成本 大面積可控制造仍是難點。雖然傳統的Top-down納米製備技術，如反應離子束刻蝕，等離 子束刻蝕、光刻等，可以在單晶矽、多晶矽、GaN等無機半導體材料表面實現三維納米漸變突 起結構製備，然而不適用於高聚物、金屬表面三維納米結構的製備。基於模板的納米製備技 術也被認為是實現上述三維漸變體陣列納米結構材料低成本大面積可控制備的有效途徑， 但是具有三維漸變多孔陣列納米結構的模板是無法採用傳統Top-down納米加工技術獲得 的。進一步，即使未來這些技術取得突破，並能夠實現三維多孔模板的製備，但其仍具有成 本高昂、且很難有效調控三維漸變納米孔道輪廓等缺點，因此難以實際應用。
基於電化學技術的圓柱形多孔陣列結構的陽極氧化鋁受到廣泛地關注，由於其具 有製造設備易得、工藝簡單、孔洞有序度高、孔徑大小均勻可調、可低成本大面積製造等獨 特優勢，而成為製備各種一維納米陣列結構(如納米線、納米棒等)的理想模板。公開號 CN101248219的發明專利中提出在草酸溶液中，利用五次溫和循環氧化擴孔的方法製備孔 間距在IOOnm左右，具有倒錐形孔道結構的氧化鋁模板。本案申請人進一步研究發現在草 酸溫和氧化條件下，通過調控循環氧化擴孔次數可以實現氧化鋁模板三維漸變孔輪廓的調 控(詳見申請號為2010178483.6的發明專利)。但是，到目前為止，如何實現孔間距在更為 廣大的範圍內連續可調，且孔道輪廓可控的三維漸變孔氧化鋁模板的低成本快速製造仍是 業界亟待解決的難題。發明內容
本發明的目的在於提出一種三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板及其製備 方法，其耗時短、成本低廉，且可實現模板孔間距在50nm 1200nm範圍內的連續可調，且孔 道輪廓可控，從而克服了現有技術中的不足。
為實現上述發明目的，本發明採用了如下技術方案
一種三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板，其特徵在於，所述三維漸變孔陣 列納米結構由複數個中軸線垂直於基面，孔徑從上至下連續變化或非連續變化的孔組成， 且孔間距為50nm 1200nm。
—種三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其製備方法及結構特 徵為
(1)鋁片的預圖案處理
在酸性電解液中以大於30mA/cm2的電流密度對鋁片進行高強度氧化處理，從而 在鋁片表面形成多孔氧化鋁層，隨後除去多孔氧化鋁層，在鋁片表面留下間距在50nm 1200nm的納米凹坑圖案；
(2)預圖案鋁片的循環氧化與擴孔處理
a.將步驟(1)所得鋁片在酸性電解液中再次進行氧化處理，其氧化電壓為步驟 (1)中氧化電壓的0.5 2.0倍；
b.將步驟a所得鋁片在酸性溶液中進行擴孔處理，擴孔時間在0 960min ；
c.循環重複上述步驟a和步驟b，並調整循環次數、酸性電解液的組成、氧化電壓、 氧化時間和擴孔時間中的至少一個條件，調節孔道的輪廓，製得具有三維漸變孔陣列納米 結構的目標產品，該三維漸變孔納米陣列結構由無數個中軸線垂直於基面，孔徑從上至下 連續變化或非連續變化的孔組成，且孔間距為50nm 1200nm。
所述酸性電解液為酸或酸與醇或鹽的混合液，所述酸可選自但不限於硫酸、草酸、 磷酸、丙二酸、蘋果酸和檸檬酸中的任意一種或兩種以上的組合，所述醇可選自但不限於甲 醇、乙醇、和丙醇中的任意一種或兩種以上的組合，所述鹽可選自但不限於硫酸鋁和草酸 ρ O
優選的，在步驟O)中是循環重複步驟a和步驟b 3 20次後製得目標產品的。
優選的，所述酸性溶液為0. Iwt % 20wt%的磷酸溶液。
對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為50nm 200nm的目標產物，該方法中是採 用濃度為0. OlM IOM的硫酸溶液作為電解液，且步驟(1)中所採用的氧化電壓在IOV IOOVo
對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為60nm 350nm的目標產物，該方法中是採 用硫酸與草酸的混合溶液作為電解液，該電解液中硫酸濃度為0. 0001M 10M，草酸濃度為 0. OOlM 5M ；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在15V 150V。
對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為15nm 380nm的目標產物，該方法中是採 用濃度為0. OOlM IM的草酸溶液作為電解液；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在15V 200V。
對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為ieOnm 450nm的目標產物，該方法中是採 用體積比為1 1 10 1的草酸水溶液和乙醇的混合溶液作為電解液，其中草酸濃度為 0. OOlM 0. 5M ；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在15V 200V。
對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為^Onm 500nm的目標產物，該方法中是採 用濃度為IM IOM的丙二酸作為電解液；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在20V 300V。
對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為400nm 1200nm的目標產物，該方法中是採 用濃度為IM IOM的檸檬酸作為電解液；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在20V 600V。
對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為^Onm 500nm的目標產物，該方法中是採 用濃度為 6wt%的蘋果酸作為電解液；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在30V 400V。
對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為320nm 380nm的目標產物，該方法中是採 用體積比為1 1 10 1的磷酸水溶液與乙醇的混合液作為電解液，其中磷酸濃度為 0. 5vol% 5vol% ；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在190V 210V。
與現有技術相比，本發明的優點在於通過引入高強度氧化，實現氧化鋁模板孔間 距較大範圍(50nm 1200nm)的調控，模板製備時間大大減少，而且通過電化學氧化條件 (電解液組成、氧化電壓、氧化電流、氧化時間)優化，可實現納米孔排列有序性的調控，進 而通過電解液組成、氧化電壓、氧化-擴孔次數、氧化與擴孔時間等的組合可實現孔道漸變 輪廓的調控。本發明與現有工業技術兼容，可實現各種氧化鋁三維漸變孔陣列納米結構模 板低成本大面積快速製造，為後續功能納米膜低成本大面積製造奠定基礎。
圖1是本發明的工藝流程圖，其中A)高純鋁片，B)鋁片在酸性溶液中進行高強度 氧化，將氧化鋁剝蝕掉後在鋁片表面留下凹坑；C)-E)通過控制氧化擴孔的條件得到具有 不同漸變型結構的氧化鋁模板A)、C2)表示得到線性連續變化或非連續變化的漸變體結 構，C1)倒錐形、C2)具有階梯輪廓的倒錐形^1)、D2)表示得到非線性變化漸變體結構，D1) 拋物線形、D2)喇叭形；Ei)、E2)表示得到組合形的漸變體結構，E1)鉛筆形、E2)漏鬥形。
圖2是採用本發明的方法製備的具有不同孔間距的三維漸變孔陣列納米結構陽 極氧化鋁模板的正面電鏡照片，其中A)孔距120nm ；B)孔距170nm ；C)孔距310nm。
圖3是採用本發明的方法製備的具有不同孔間距的三維漸變孔陣列納米結構陽 極氧化鋁模板的側面電鏡照片；其中，非連續變化:A)具有階梯形的倒錐形、B)漏鬥形、C) 鉛筆形；非線性連續變化D)陀螺形。
具體實施方式
針對現有技術的不足，本發明提出了一種三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模 板的製備方法。
前述三維納米漸變孔陣列結構由無數中軸線垂直於基面，孔徑從上至下連續變化 或非連續變化的孔組成。
本發明的方法包括如下步驟
1)採用高強度電化學陽極氧化技術在高純鋁片表面形成具有不同孔間距的納米 凹坑圖案。凹坑圖案的製備過程為將鋁片在酸性電解液中進行高強度氧化(電流密度> 30mA/cm2)，形成多孔氧化鋁膜，隨後除去多孔氧化鋁膜，在鋁片表面留下不同孔間距的凹 坑圖案，凹坑間距的範圍為50nm 1200nm。該酸性電解液可以選用但不限於硫酸、草酸、磷 酸、丙二酸、蘋果酸、檸檬酸以及它們的混合酸或酸與醇或鹽的混溶液。所述的醇可選用但 不限於甲醇、乙醇、丙醇等。所述鹽可選用但不限於硫酸鋁或草酸鋁。
2)預圖案的鋁片在酸性電解質下通過循環氧化與擴孔形成目標的三維納米漸變 孔陣列結構，其結構形態和幾何參數可通過調整電解液的組成、氧化電壓、氧化-擴孔次 數、氧化與擴孔時間等電化學條件來控制。該步驟具體過程如下
預圖案的鋁片進行循環氧化與擴孔，其循環次數優選為3 20次，當然也可不限 於此。
其中，單次氧化條件為在酸性電解液中進行氧化，該酸性溶液可以為硫酸、草酸、 磷酸、丙二酸、蘋果酸、檸檬酸以及它們混合酸或酸與醇的混溶液。氧化電壓為第一次高強 度氧化電壓的0. 5 2. 0倍，氧化時間隨所需高度確定。每次氧化所使用的酸性電解液可以相同，也可以不同。每次氧化的電壓可以相同也可以不同。每次氧化的時間可以相同，也 可以不同。
單次擴孔條件為，鋁片在酸性溶液中，如0. 20wt%的磷酸溶液中進行擴 孔，每次擴孔時間為Omin 960min，每次擴孔的時間可以相同也可以不同。
對於各種三維漸變納米孔結構，如倒錐形、拋物線形，喇叭形，漏鬥形等可通過採 用相同的電解液，相同的電壓，通過調控單次氧化時間和擴孔時間實現；也可以在相同的酸 性電解液中相同的電壓，通過固定單次氧化擴孔的時間，調整循環氧化擴孔的次數實現；也 可以在不同的電解液中，不同或相同的電壓下，交替循環氧化，並在酸性溶液中擴孔實現； 以上幾種方法可以單獨使用，也可以兩種或兩種以上進行配合使用。
優選的，若三維漸變孔陣列納米結構的陽極氧化鋁模板的孔間距為50nm 200nm 時，可選用硫酸溶液作為電解液，硫酸濃度為0. OlM 10M，鋁片在IOV 100V的電壓下，進 行高強度氧化(電流密度> 30mA/cm2)。剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹坑 結構。然後在酸性電解液中，在相應的形成電壓，循環氧化擴孔製備具有不同三維漸變納米 孔陣列結構的多孔氧化鋁模板。
優選的，若三維漸變孔陣列納米結構的陽極氧化鋁模板的孔間距為60nm 350nm 時，將硫酸草酸混合溶液作為電解液，硫酸濃度為0. 0001M 10M，草酸濃度為0. OOlM 5M，鋁片在15V 150V的電壓下，進行高強度氧化(電流密度> 30mA/cm2)。剝蝕掉氧化層 後製造所述鋁片表面規則排列凹坑結構。然後在酸性電解液中，在相應的形成電壓，循環氧 化擴孔製備具有不同三維漸變納米孔陣列結構的多孔氧化鋁模板。
優選的，若三維漸變孔陣列納米結構的陽極氧化鋁模板的孔間距為150nm 380nm時，將草酸溶液作為電解液，草酸濃度為0. OOlM 1M，鋁片在15V 200V的電壓下， 進行高強度(電流密度> 30mA/cm2)氧化。剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹 坑結構。然後在酸性電解液中，在相應的形成電壓，循環氧化擴孔製備具有不同三維漸變納 米孔陣列結構的多孔氧化鋁模板。
優選的，若三維漸變孔陣列納米結構的陽極氧化鋁模板的孔間距為ieOnm 450nm時，將草酸乙醇混合液為電解液，草酸濃度為0. OOlM 0. 5M，水與乙醇的體積比為 1 1 10 1。鋁片在15V 200V的電壓下，進行高強度(電流密度> 30mA/cm2)氧化。 剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹坑結構。然後在酸性電解液中，在相應的形 成電壓，循環氧化擴孔製備具有不同三維漸變納米孔陣列結構的多孔氧化鋁模板。
優選的，若三維漸變孔陣列納米結構的陽極氧化鋁模板的孔間距為280nm 500nm時，將丙二酸為電解液，丙二酸溶液濃度為為IM 10M，鋁片在20V 300V的電壓下， 進行高強度(電流密度> 30mA/cm2)氧化。剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹 坑結構。然後在酸性電解液中，在相應的形成電壓，循環氧化擴孔製備具有不同三維漸變納 米孔陣列結構的多孔氧化鋁模板。
優選的，若三維漸變孔陣列納米結構的陽極氧化鋁模板的孔間距為400nm 1200nm時，將檸檬酸為電解液，檸檬酸溶液濃度為IM 10M，鋁片在20V 600V的電壓下， 進行高強度(電流密度> 30mA/cm2)氧化。剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹 坑結構。然後在酸性電解液中，在相應的形成電壓，循環氧化擴孔製備具有不同三維漸變納 米孔陣列結構的多孔氧化鋁模板。
優選的，若三維漸變孔陣列納米結構的陽極氧化鋁模板的孔間距為280nm 500nm時，將蘋果酸為電解液，蘋果酸溶液濃度為Iwt % 6wt %，鋁片在30V 400V的電壓 下，進行高強度(電流密度> 30mA/cm2)氧化。剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排 列凹坑結構。然後在酸性電解液中，在相應的形成電壓，循環氧化擴孔製備具有不同三維漸 變納米孔陣列結構的多孔氧化鋁模板。
優選的，若三維漸變孔陣列納米結構的陽極氧化鋁模板的孔間距為320nm 380nm時，將磷酸乙醇混合液為電解液，磷酸濃度為0. 5V01% 5vol%，水與乙醇的體積比 為1 1 10 1。預處理鋁片表面在形成電壓為190 210V，高電流密度下(> 30mA/ cm2)氧化，剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹坑結構。然後在酸性電解液中， 在相應的形成電壓，循環氧化擴孔製備具有不同三維漸變納米孔陣列結構的多孔氧化鋁模 板。
以下結合附圖及若干較佳實施例進一步對本發明的技術方案進行詳細說明。
實施例1該三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備工藝為
將硫酸溶液作為電解液，硫酸濃度為0. OlM 10M，鋁片在IOV 100V的電壓下， 進行高強度氧化(電流密度> 30mA/cm2)。剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹 坑結構。凹坑的周期(間距，下同)為50nm 200nm。具有凹坑結構的鋁片進行循環氧化 和擴孔，循環次數為3 20次。氧化條件為在酸性電解液中，如在0. Ivol % IOvol %的 磷酸溶液中，氧化電壓為35V 200V，進行氧化，單次氧化時間為Omin 60min，每次氧化 的時間相同。擴孔條件為在0. Iwt% 20wt%的磷酸溶液中進行擴孔，擴孔時間為Omin 960min,每次擴孔的時間相同。經過循環3 20次後得到孔間距在50nm 200nm具有倒 錐形孔陣列納米結構的氧化鋁模板。
實施例2該三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備工藝為
將硫酸草酸混合溶液作為電解液，硫酸濃度為0. 0001M 10M，草酸濃度為 0. OOlM 5M，鋁片在15V 150V的電壓下，進行高強度氧化(電流密度> 30mA/cm2)。剝 蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹坑結構。凹坑的周期為60nm 350nm。具有 凹坑結構的鋁片進行循環氧化和擴孔，循環次數為3 20次。氧化條件為在酸性電解液 中，如在0. OOlM 5M的草酸溶液中，氧化電壓為25V 300V，進行氧化，單次氧化時間為 Omin 60min，每次氧化的時間除最後一次外都相同，最後一次氧化的時間比前幾次氧化 的時間長Omin 450min。擴孔條件為在0. Iwt % 20wt%的磷酸溶液中進行擴孔，擴孔時 間為Omin 960min，每次擴孔的時間除最後一次外都相同。最後一擴孔的時間比前幾次的 擴孔時間少Omin 960min，經過循環3 20次後得到孔間距在60nm 350nm具有漏鬥形 孔陣列納米結構的氧化鋁模板。
實施例3該三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備工藝為
將草酸溶液作為電解液，草酸濃度為0. OlM 1M，鋁片在15V 200V的電壓下，進 行高強度(電流密度> 30mA/cm2)氧化。剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹坑 結構。凹坑的周期為150nm 380nm。具有凹坑結構的鋁片進行循環氧化和擴孔，循環次 數為3 20次。，如在草酸和硫酸的混合溶液中，硫酸濃度為0. 0001M 10M，草酸濃度為 0. OOlM 5M，氧化電壓為45V 400V，進行氧化，每次氧化時間為Omin 450min，單次氧 化時間比前一次的氧化時間減少Omin 450min ；每次擴孔條件為在0. Iwt % 磷酸溶液中進行擴孔，擴孔時間為Omin 960min，單次擴孔時間比前一次的擴孔時間增加 Omin 960min。經過循環3 20次得到孔間距在150nm 380nm具有拋物線形孔陣列納 米結構的氧化鋁模板。
實施例4該三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備工藝為
將草酸乙醇混合液為電解液，草酸濃度為0. OOlM 0.5M，水與乙醇的體積比為 1 1 10 1。鋁片在15V 200V的電壓下，進行高強度(電流密度> 30mA/cm2)氧化。 剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹坑結構。凹坑的周期為ieOnm 450nm。具 有凹坑結構的鋁片進行循環氧化和擴孔，循環次數為3 20次。氧化條件為在酸性電解液 中，如草酸乙醇混合液為電解液，草酸濃度為0. OOlM 0.5M，水與乙醇的體積比為1 1 10 1，氧化電壓為50V 450V進行氧化，每次氧化時間為Omin 450min，單次氧化時間 比前一次的氧化時間增加Omin 450min ；每次擴孔條件為在0. lwt% 20襯％的磷酸溶 液中進行擴孔，擴孔時間為Omin 960min，單次擴孔時間比前一次的擴孔時間減少Omin 960min。經過循環3 20次得到孔間距在160nm 450nm具有喇叭形孔陣列納米結構的 氧化鋁模板。
實施例5該三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備工藝為
將丙二酸為電解液，丙二酸溶液濃度為為IM 10M，鋁片在20V 300V的電壓下， 進行高強度(電流密度> 30mA/cm2)氧化。剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹 坑結構。凹坑的周期為^Onm 500nm。具有凹坑結構的鋁片進行循環氧化和擴孔，循環 次數為3 20次。氧化條件為在酸性電解液中，前1 19次在0. Ivol % IOvol %的磷 酸溶液中，氧化電壓為50V 450V，進行氧化，單次氧化時間為Omin 60min，每次氧化的 時間相同；後1 19次在0. OOlM 5M的草酸溶液中，氧化電壓為50V 450V，進行氧化， 單次氧化時間為Omin 60min，每次氧化的時間相同，擴孔條件為在0. lwt% 20襯％的 磷酸溶液中進行擴孔，擴孔時間為Omin 960min，每次擴孔的時間相同。經過循環3 20 次後得到孔間距在^Onm 500nm具有兩層複合錐形孔陣列納米結構的氧化鋁模板。
實施例6該三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備工藝為
將檸檬酸為電解液，檸檬酸溶液濃度為IM 10M，鋁片在20V 600V的電壓下，進 行高強度(電流密度> 30mA/cm2)氧化。剝蝕掉氧化層後製造所述鋁片表面規則排列凹坑 結構。凹坑的周期為400nm 1200nm。具有凹坑結構的鋁片進行循環氧化和擴孔，循環次 數為3 20次。氧化條件為在酸性電解液中，如在IM IOM的檸檬酸溶液中，氧化電壓為 95V 900V，進行氧化，單次氧化時間為Omin 60min，每次氧化的時間相同。擴孔條件為 在0. Iwt % 磷酸溶液中進行擴孔，擴孔時間為0. 5min 960min，每次擴孔的時 間相同。經過循環3 20次後得到孔間距在400nm 1200nm具有倒錐形孔陣列納米結構 的氧化鋁模板。
以上僅是本發明的較佳應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制。凡採用 等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均應落在本發明權利保護範圍之內。
權利要求
1.一種三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板，其特徵在於，所述三維漸變孔陣列 納米結構由複數個中軸線垂直於基面，孔徑從上至下連續變化或非連續變化的孔組成，且 孔間距為50nm 1200nm。
2.—種三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其製備方法及結構特徵為(1)鋁片的預圖案處理在酸性電解液中以大於30mA/cm2的電流密度對鋁片進行高強度氧化處理，從而在鋁片 表面形成多孔氧化鋁層，隨後除去多孔氧化鋁層，在鋁片表面留下間距在50nm 1200nm的 納米凹坑圖案；(2)預圖案鋁片的循環氧化與擴孔處理a.將步驟(1)所得鋁片在酸性電解液中再次進行氧化處理，其氧化電壓為步驟(1)中 氧化電壓的0.5 2.0倍；b.將步驟a所得鋁片在酸性溶液中進行擴孔處理，擴孔時間在0 960min；c.循環重複上述步驟a和步驟b，並調整循環次數、酸性電解液的組成、氧化電壓、氧化 時間和擴孔時間中的至少一個條件，調節孔道的輪廓，製得具有三維漸變孔陣列納米結構 的目標產品，該三維漸變孔陣列納米結構由複數個中軸線垂直於基面，孔徑從上至下連續 變化或非連續變化的孔組成，且孔間距為50nm 1200nm ；所述酸性電解液為酸或酸與醇或鹽的混合液，所述酸為硫酸、草酸、磷酸、丙二酸、蘋果 酸和檸檬酸中的任意一種或兩種以上的組合，所述醇為甲醇、乙醇、和丙醇中的任意一種或 兩種以上的組合，所述鹽為硫酸鋁和/或草酸鋁。
3.根據權利要求2所述的三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其特 徵在於，在步驟O)中是循環重複步驟a和步驟b 3 20次後製得目標產品的。
4.根據權利要求2所述的三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其 特徵在於，對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為50nm 200nm的目標產物，該方法中是採 用濃度為0. OlM IOM的硫酸溶液作為電解液，且步驟⑴中所採用的氧化電壓在IOV IOOV0
5.根據權利要求2所述的三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其 特徵在於，對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為60nm 350nm的目標產物，該方法中是採 用硫酸與草酸的混合溶液作為電解液，該電解液中硫酸濃度為0. 0001M 10M，草酸濃度為 0. OOlM 5M ；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在15V 150V。
6.根據權利要求2所述的三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其 特徵在於，對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為15nm 380nm的目標產物，該方法中是採 用濃度為0. OOlM IM的草酸溶液作為電解液；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在15V 200V。
7.根據權利要求2所述的三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其特 徵在於，對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為ieOnm 450nm的目標產物，該方法中是採用 體積比為1 1 10 1的草酸水溶液和乙醇的混合溶液作為電解液，其中草酸濃度為 0. OOlM 0. 5M ；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在15V 200V。
8.根據權利要求2所述的三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其特徵在於，對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為^Onm 500nm的目標產物，該方法中是採用 濃度為IM IOM的丙二酸作為電解液；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在20V 300V。
9.根據權利要求2所述的三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其特 徵在於，對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為400nm 1200nm的目標產物，該方法中是採 用濃度為IM IOM的檸檬酸作為電解液；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在20V 600V。
10.根據權利要求2所述的三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其 特徵在於，對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為280nm 500nm的目標產物，該方法中是採 用濃度為 6wt%的蘋果酸作為電解液；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在30V 400V。
11.根據權利要求2所述的三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板的製備方法，其 特徵在於，對於漸變孔陣列納米結構中孔間距為320nm 380nm的目標產物，該方法中是採 用體積比為1 1 10 1的磷酸水溶液與乙醇的混合液作為電解液，其中磷酸濃度為 0. 5vol% 5vol% ；且步驟(1)中所採用的氧化電壓在190V 210V。
全文摘要
本發明公開了一種三維漸變孔陣列納米結構陽極氧化鋁模板及其製備方法。該方法為在酸性電解液中對鋁片進行高強度氧化處理形成多孔氧化鋁層，隨後除去多孔氧化鋁層，在鋁片表面形成納米凹坑圖案；將前述鋁片在酸性電解液中再次氧化處理後，在酸性溶液中進行擴孔處理；循環重複上述過程，並調整酸性電解液的組成、氧化電壓、氧化時間和擴孔時間中的至少一個條件以及循環次數，製得目標產品。本發明實現了三維漸變孔陣列納米結構的工業化低成本快速製造，製備的產品的基本構築單元的尺寸從上至下連續或非連續變小，中軸線與基面垂直，且孔間距在50nm～1200nm範圍內連續可調，孔道輪廓可精確調控，在各種功能納米材料的研製方面具有廣闊的應用前景。
文檔編號C25D11/12GK102041540SQ20111000634
公開日2011年5月4日 申請日期2011年1月13日 優先權日2011年1月13日
發明者朱傑, 李叢姍, 李娟 , 高雪峰 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所