专利名称：高纯铝在超声搅拌下的电化学抛光方法
技术领域：
本发明涉及一种高纯铝在超声搅拌下的电化学抛光方法，其属于材料化学 和电化学领域。
背景技术：
多孔阳极氧化铝膜以其优良的自组织、高度规则阵列和有序纳米孔径等特 点不仅在制备纳米材料和纳米结构方面吸引了极大的关注，而且在电子和信息 存储领域有着极大的发展潜力。铝经过阳极处理后产生之多孔性氧化铝膜，一 方面可以用来作为一维纳米结构模板，用于制备纳米管、纳米线、纳米柱等。 其制备方法简便、成本低廉、可大面积制备、且孔洞大小与膜厚可经氧化条件 的改变而进行控制，使得多孔阳极氧化铝膜日益受到人们的重视。另一方面， 纯铝的表面结构可影响氧化铝膜孔的生成，可将阳极氧化铝膜的孔洞图案化。
最近人们发现了两种电化学方法可用来在铝表形成自组装纳米结构。电化 学抛光和阳极氧化是两种图案化技术可在铝表面自发形成二维量子点阵。采用
阳极氧化技术，将铝在酸性电解液中阳极氧化超过10小时，去除氧化膜后， 再进行二次阳极氧化，从而得到有序的六角图案。获得六角图案的间距为60 200纳米。同二次阳极氧化相比，电化学抛光是一种更迅速的阳极溶解过程， 可将铝表面的初始缺陷迅速转变成为非常规则的纳米条纹。目前报道的影响纳 米条纹间距的因素主要有电解液的成分，铝表面的晶向以及抛光过程中采用的 电压。但超声搅拌对抛光表面形貌的影响还没有相关报道。
发明内容
本发明提供一种高纯铝在超声搅拌下的电化学抛光方法，其目的是在铝表 面形成纳米级条纹状的自组织结构和抛光表面的成分为非晶态氧化铝。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种高纯铝在超声搅拌下的 电化学抛光方法，其采用的步骤如下
(a)、将高纯铝箔在无水乙醇中超声震荡5 10 min后，用去离子水清
洗；(b) 、浸在1.0 2. Omol r1， 60 80 。C的氢氧化钠中30 60 s去除天 然氧化膜，取出后立刻浸在1.0 2.0 mol T硝酸中15 30 s进行中和，用去 离子水冲洗，吹干；
(c) 、将上述预处理过的铝箔做阳极，以铂片为阴极，参比电极为饱和甘 汞电极，在恒电位仪上进行电化学抛光，电抛光溶液是由无水乙醇和高氯酸组 成的混合液；
(d) 、将电解容器放入超声波清洗机内，控制超声频率为45 55kHz，电 流密度为25 35 mA/cm2，阳极电位为1 3 V;
(e) 、抛光后将铝箔在流动水中清洗，然后在去离子水中冲洗，吹干。 在所述的电抛光液中，高氯酸占总体积百分比为80 90%，无水乙醇占总
体积百分比为10 20 %;所述的电抛光溶液工作温度为10 40°C，抛光时间 为1 3 min。
本发明的有益效果是由于这种高纯铝在超声搅拌下的电化学抛光方法， 将高纯铝箔在无水乙醇中超声震荡用去离子水清洗，在氢氧化钠中去除天然氧 化膜；将这样预处理过的铝箔做阳极，以铂片为阴极，参比电极为饱和甘汞电 极，电抛光溶液是由无水乙醇和高氯酸组成的混合液；将电解容器放入超声波 清洗机内，在恒电位仪上进行电化学抛光。发现在铝表面形成纳米级条纹状的 自组织结构，采用原子力显微镜对这种结构进行观察，发现在超声搅拌下，条纹 状纳米结构的尺寸发生改变；通过拉曼光谱和X射线衍射对抛光表面成分进行 分析，表明抛光表面的成分为非晶态氧化铝。
图1采用超声搅拌前后高纯铝在高氯酸和乙醇比例为5:1的混合溶液中的 阳极极化曲线
图2使用超声搅拌后抛光表面的X射线衍射图。 图3采用超声搅拌后抛光表面的拉曼光谱图。
图中a、 c、 e、无超声搅拌时的性能曲线，b、 d、 f、有超声搅拌时的性 能曲线。
具体实施方式
实施例一
在超声搅拌下的电化学抛光的步骤如下
(a) 将纯度为99.99 %，厚度为O. 15 mm的高纯铝箔，在无水乙醇中超声 震荡5 min后用去离子水清洗；
(b) 浸在1. 5 mol I—1, 60。C的氢氧化钠中30 s去除天然氧化膜，取出后 立刻浸在1.5 mol 1—'硝酸中15 s进行中和，用去离子水冲洗，吹干；
(c) 将上述预处理过的铝箔做阳极，以铂片为阴极，参比电极为饱和甘汞 电极，电抛光溶液由70 72 %高氯酸和99. 7 %无水乙醇组成，体积比为5:1。
(d) 将电解池放入超声波清洗机，控制超声频率为40 kHz，在恒电位仪上 进行电化学抛光，抛光时间为2 min，阳极电位为2 V;
(e) 抛光后将试样在流动水中清洗，然后在去离子水中冲洗，吹干。
图1比较了采用超声搅拌前后高纯铝在高氯酸和乙醇比例为5:1的混合溶 液中的阳极极化曲线。结果表明在采用了超声搅拌后由于超声作用降低了极化 曲线直线部分的切线斜率，对电抛光的极限电压和电流没有影响。为了进一步 研究超声搅拌对抛光行为的影响，采用afm表征了在lHC104:5EtOH混合溶液， 电压为2 V温度为27 'C条件下使用超声搅拌前后铝抛光表面形貌。实验结果 表明采用超声搅拌后均方根粗糙度从23.5 nm下降到17.4 nm 。此外还可看 到在该条件下高纯铝抛光表面出现自组织纳米抛光条纹。在超声搅拌的作用下 条纹间隔变窄。 一般来说超声搅拌主要是通过超声空化作用，使得溶液中空洞 或气泡迅速形成和破坏。该搅拌的作用主要是去除阳极表面形成的氢气泡。上 述结果表明了超声波的加入可提高抛光效率，此外在外加超声搅拌但其他实验 条件相同时铝表面抛光条纹间隔变窄。
图2所示为在使用超声搅拌后抛光表面的X射线衍射图。从图上可看到衍 射角分别为21.32° ， 44.62° ， 64.98°和78.14°对应铝的晶面分别为 (110), (200)， (220)和(311)。图上没有出现八1203晶胞只有铝的峰值存在表 明抛光表面a:uo3层很薄或者该层为非晶态的。
图3所示，为了进一步证实抛光表面成分，我们采用拉曼光谱对该表面进 行了成分分析。拉曼分析结果表明没有明显的特征峰，仅在200 1000 cm—!波段具有氧化铝的非晶态特征。结合XRD的分析，拉曼光谱的分析结果表明抛光 表面主要是由非晶态氧化铝组成。 实施例二
在超声搅拌下的电化学抛光的步骤如下
(a) 将纯度为99.99 %，厚度为O. 15 mm的高纯铝箔，在无水乙醇中超声 震荡5 min后用去离子水清洗；
(b) 浸在1. 5 m0l 1—1， 60 。C的氢氧化钠中30 s去除天然氧化膜，取出后 立刻浸在1.5 mol r硝酸中15 s进行中和，用去离子水冲洗，吹干；
(c) 将上述预处理过的铝箔做阳极，以铂片为阴极，参比电极为饱和甘汞 电极。电抛光溶液由70 72%高氯酸和99.7%无水乙醇组成，体积比为8:1。
(d) 将电解池放入超声波清洗机，控制超声频率为50kHz，在恒电位仪上 进行电化学抛光，抛光时间为3 min，阳极电位为2 V;
(e) 抛光后将试样在流动水中清洗，然后在去离子水中冲洗，吹干。 附加说明s表示时间秒，min表示时间分钟。
权利要求
1、一种高纯铝在超声搅拌下的电化学抛光方法；其特征在于，采用的步骤如下(a)、将高纯铝箔在无水乙醇中超声震荡5～10min后，用去离子水清洗；(b)、浸在1.0～2.0mol l-1，60～80℃的氢氧化钠中30～60s去除天然氧化膜，取出后立刻浸在1.0～2.0mol l-1硝酸中15～30s进行中和，用去离子水冲洗，吹干；(c)、将上述预处理过的铝箔做阳极，以铂片为阴极，参比电极为饱和甘汞电极，在恒电位仪上进行电化学抛光，电抛光溶液是由无水乙醇和高氯酸组成的混合液；(d)、将电解容器放入超声波清洗机内，控制超声频率为45～55kHz，电流密度为25～35mA/cm2，阳极电位为1～3V；(e)、抛光后将铝箔在流动水中清洗，然后在去离子水中冲洗，吹干。
2、 据权利要求1所述的高纯铝在超声搅拌下的电化学抛光方法；其特征 在于在所述的电抛光液中，高氯酸占总体积百分比为80 90%，无水乙醇占 总体积百分比为10 20 %。
3、 据权利要求2所述的高纯铝在超声搅拌下的电化学抛光方法；其特征 在于所述的电抛光溶液工作温度为10 40 °C，抛光时间为1 3 min。
全文摘要
一种高纯铝在超声搅拌下的电化学抛光方法，其属于材料化学和电化学领域。由于在超声搅拌下的电化学抛光方法是将高纯铝箔在无水乙醇中超声震荡用去离子水清洗，在氢氧化钠中去除天然氧化膜；将这样预处理过的铝箔做阳极，以铂片为阴极，参比电极为饱和甘汞电极，电抛光溶液是由无水乙醇和高氯酸组成的混合液；将电解容器放入超声波清洗机内，在恒电位仪上进行电化学抛光。发现在铝表面形成纳米级条纹状的自组织结构，采用原子力显微镜对这种结构进行观察，发现在超声搅拌下，条纹状纳米结构的尺寸发生改变；通过拉曼光谱和X射线衍射对抛光表面成分进行分析，表明抛光表面的成分为非晶态氧化铝。
文档编号C25F3/20GK101294298SQ200810010180
公开日2008年10月29日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者李淑英, 迪 马 申请人:大连理工大学