阳极氧化纳米多孔铝制备研究

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第2 8卷第 3期2 0 0 2年 9月

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属

材

料

研

究

Vo 1 . 2 8,No . 3Se p.2002

R ESEA RCH I N M ETA LLI C M A TER I A LS

阳极氧化纳米多孔铝制备研究黄瑞青党建印黄靖云1 (山西铝厂孝义铝矿孝义 0 3 2 3 0 3 ) 2 (浙江大学硅材料国家重点实验室杭州 3 1 0 0 2 7 )

摘

要

本文介绍了阳极氧化方法制备纳米多孔铝的技术。阳极氧化多孔铝由于孔径可以控制

杂纳米尺度。因而微孔的分布均匀，排列整齐。用这种多孔铝为模版，在纳米材料的制备方面应用广泛。

关键词

多孔铝

阳极氧化

纳米材料

模版

I nv e s t i g a t i o n o f Fa br i c a t i n g A no di c Na no - po r o u s Al u mi numHu a n g Ru i . q i n g Da n g J i a n . y i n Hu a n g J i n g . y u n

1 ( Sh a n xi Al u mi n u m Fa c t o r y,Xi a o y i,0 3 2 3 0 3) 2( S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f s i l i c o n ma t e r i a l s o f Zh e j i a n g Un i v e r s i t y,Ha n g z h o u。3 1 0 0 2 7 )

ABSTRACT I n t hi s pa pe r,t he f a b r i c a t i ng t e c h ni q ue of na n o - po r o us a l u mi nu m,a n o di c a l u mi n um,i s i nt r o duc e d. Th e po r ou s s i z e o f we l l— di s t r i bu t e d a n o di c a l um i n u m c a n b e c ont r o l l e d i n na n o ma t e r. Th e a n od i c a l u mi nu m,us e d a s a t e mp l a t e,c a n b e us ed f o r t h e f a br i c a t i o n o f n a no - ma t e r i a l s.K EY W OR DS p o r ou s a l u mi nu m,

a no di c a l u mi num, n a no - m at e r i a l, t e m pl a t e

1 前言纳米技术是 2 0世纪 8 0年代末期诞生并正在崛起的新技术，它的涵义是研究由尺寸在 0 . 1~l O O n m之间物质组成体系的运动规律和相互作用，以及实际应用中的技术问题。 纳米材料是纳米科技领域最富有活力、研究

大市场，对高科技的发展也将起到积极的推动作用。发展纳米技术，纳米材料是基础。

在过去的十年中，纳米材料的研发已获得长足发展，具有代表性的纳米粉体材料、碳纳米管、纳米超晶格薄膜等结构材料和功能材料已经在很多领域里成为或正在成为更新换代的产品。材料科学发展表明。材料不仅从块

内涵十分丰富的学科分支， 2 1世纪的信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防科技的高速发展必然对材料提出新的需求，

体向低维结构、纳米结构发展，同时向复合、智能方向发展。通过不同结构、不同组成、不同功能的复合，可以使材料的基本特性得到互补、优化和协同增强，产生新效应、新功能，

器件的小型化、智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输等为纳米材料提供了广阔的应用前景。

获得性能更优异的复合材料与器件。 随着信息技术的发展，信息量的增加和传输速度加快，微电子技术正向着光电子技

纳米技术在未来的高科技发展中具有巨

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术发展，并最终将会发展到光子技术。而先进的光电技术大都建立在纳米结构的半导体

纯的铝片 ( 9 9 . 9 9%或 9 9 . 9 9 9%)并在高温下进行长时间的退火，使铝的晶粒长大，可以获得较均匀的多孔度。如图1所示，随后进行9 9. 9 9%Al片

材料与器件基础上，预计 2 1世纪前期，纳米结构半导体材料将是信息功能材料研发的主流。纳米结构半导体材料 (二维量子阱和超晶格、一维量子线、零维量子点),由于载流子的二维和三维受限所

产生的优异光学和电学

+

l

第一步阳极氧化

l

性质，在未来的光通信、光电集成和超大规模集成电路方面显示了极为重要的应用前景，受到人们广泛重视u J,微电子学正向着纳电

ll I l

( Q: 茔墼， Q

h 2

Jl l l

!:

2

去除氧化膜±: 3 Q 1

2

子学方向发展。中国政府在制定“十五”发展规划时，把纳电子学放到发展纳米技术的首位，预示着未来纳米技术的发展将以纳米电子学的发展为特征。

第二步阳极氧化

l I

( Q: 堇墼， Q扩孔

h )

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3 Q 1

! 虫 2

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阳极氧化多孔铝由于孔径可以控制杂纳米尺度，在半导体纳米线料的制备方面具有广泛的应用。本文介绍了阳极氧化方法制备纳米多孔铝的技术及其在纳米材料生长方面的应用

图 1 阳极氧化法制备多孔铝步骤Fi g. 1 Pr oc e s s i n g of t he p or ou s a l um i num ma d e b y a no di c a l u mi nu m

除脂处理，然后进行第一步阳极氧化，铝片做阳极，铜或铂做阴极，电解液浓度为 0 . 3 mo l /升( M)的草酸，利用恒压或恒流电源，在较低的温度下电解 3 h,电解时间可以根据需要

2阳极氧化多孔铝研究2 . 1阳极氧化多孔铝的制备

腐蚀的厚度决定，有时需电解十多个小时。 第一步氧化完成后，用 0 . 2 M H2 C r O4+0 . 4 M H P 0 4的混合溶液去除氧化膜，完成电化学抛光过程。然后再按第一步的条件进行第二步阳极氧化，第二步阳极氧化完成后还要进行扩孔，扩孔后就制备成纳米孔度的多孔铝(引。制备多孔铝的腐蚀液可以根据需要做必要的调整，而电解时间和电流密度也可

不同的电解液在不同的条件下可以形成不同性质、不同结构的铝阳极氧化膜，含有多

孔层的铝阳极氧化膜可在对其有溶解作用的电解液中阳极氧化形成，如在硫酸、草酸

和磷

酸等溶液中【 2]。一般说来，多孔层的结构是六角形紧密堆积排列的，每个膜胞 ( c e l 1 )的中心都有一个纳米级的微孔。但当铝在铬酸(和碱性溶液 ( ]中进行阳极氧化或进行

以根据孔的尺寸和多孔膜的厚度来改变。阳极氧化制备多孔铝薄膜的结构见图 2。 在恒压下进行阳极氧化时，纳米级微孔

脉冲阳极氧化【 5】时，往往得到的是无序的、纤维状的微孔。如果电解液中含有某种攻击

性( a g g r e s s i v e )的阴离子，如 Cl一，阳极氧化时，铝的表面便会产生坑蚀或烧焦【 6川]。因此，在进行铝阳极氧化操作时，必须保持电解液清洁，切不可引入攻击性的 C l一离子。 利用阳极氧化的方法制备纳米尺度的多孔铝，一般都是采取两步阳极氧化。选用高

的直径和密度的变化与温度无关，而在恒流下进行阳极氧化时。纳米级微孔的直径和密

度的变化则取决于溶液的温度和浓度。无论是在恒压还是恒流下进行阳极氧化，纳米级微孔孔径总是随着电压或电流密度的增大而增大。

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黄鲎睛笠：田 氢

堡鱼窒

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图 2

阳极氧化法制备多孔铝结构示意图

Fi g. 2 S c he m at i c di a gr a m of t he s t r uc t ur e o f t h e

p o r o u s a l u mi n u m p r o d u c e d b y a n o d i c a l u mi n u m

图 3是阳极氧化制备的纳米多孔铝样品的原子力显微镜图像，从中可见多孔铝表面的微孔尺寸在纳米范围，大小比较均匀。 图 4是阳极 …… 此处隐藏：5019字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……