专利名称：双层贯通多孔氧化铝膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种双层贯通多孔氧化铝膜的制备方法，属于材料科学技术领域。
背景技术：
多孔氧化铝薄膜由于具有规则、有序的精细六角孔洞结构及稳定的物理化学性质，在一维纳米材料、纳米阵列、纳米器件的制备方面得到了广泛的应用。目前多孔氧化铝薄膜的制备方法已经比较成熟。现有技术已有多个专利公开了氧化铝薄膜的制备方法，如 CN03136606. 6，CN200310111834. 1，CN200510007195. 3，CN200710039634. 8， CN2009100892M.4等。通常多孔氧化铝薄膜的制备方法是铝箔先在氩气或氮气气氛中进行退火；然后以草酸、硫酸或磷酸等为电解液，在一定条件下进行二次阳极氧化得到底部为铝基的氧化铝膜。通常用CuCl2、SnCl4、HgCl2等溶液除掉铝基。以上制备方法中需要一些特制的装置，而且除铝基的整个过程需要非常仔细，否则氧化铝膜很容易被破坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双层贯通多孔氧化铝膜的制备方法。以简易反应装置，在较短的时间内即可得到孔径60nm lOOnm，膜总厚度约为100 μ m的双层贯通多孔氧化铝膜，简化了制备过程，降低了成本。具体的，本发明所说的双层贯通多孔氧化铝膜的制备方法包括以下步骤(1)在冰水浴( 0°C )条件下，将高纯铝箔浸入高氯酸与乙醇的体积比为1 4 的混合液中进行电化学抛光，电流为100 200mA，抛光时间为1 3min，抛光后铝箔两面都非常光亮；(2)在搅拌下，将抛光后的高纯铝箔在0.3mol/L草酸电解液中，在电压为10 20V,电流为1 7mA的条件下预氧化0. 5 lh，此时在铝箔的两面都形成了一层氧化膜，为了避免铝箔被击穿，微调铝箔(氧化膜)的位置，向上提起铝箔，使铝箔片顶端稍露出电解液面，然后继续在电压为30 40V，电流为5 15mA的条件下氧化1. 5 汕；(3)将步骤⑵所得铝箔在温度50°C的条件下，在0. 6mol/L H3PO4和0. 18mol/L H2CrO4按等体积混合的混合液中浸泡lh，除去铝箔表面的氧化膜；(4)对铝箔进行二次氧化将步骤(3)所得到的铝箔在0. 3mol/L草酸电解液中，电压为10 20V，电流为1 7mA的条件下预氧化0. 5h ；然后，控制电压为30 40V、电流为5 15mA、氧化5 15h。随着氧化时间的进行，铝箔两面的氧化层逐渐增厚，当厚度达到一定程度后，铝停止被氧化， 此时铝开始缓慢溶解，电流由开始的5 15mA逐渐减小，直至最后接近于0，铝几乎全部溶解，得到浅黄色或白色、且较脆的双层氧化铝膜；(5)将步骤(4)得到的双层氧化铝膜在温度30°C、0. 5mol/L H3PO4中扩孔10 60min，冲洗干净，即得到内孔径为60 lOOnm，膜总厚度约为100 μ m的双层贯通多孔氧化铝膜。
本发明取得的积极效果是(1)本发明选用高纯铝箔，通过小电流预氧化的以及调整氧化铝膜的位置的方法，避免了铝箔被击穿，最后得到了内孔径在60 lOOnm，膜总厚度约为100 μ m的高度有序双层贯通多孔氧化铝膜。( 简化了氧化铝膜的制备过程，工艺简单，反应易于控制。采用本方法可以高效的制备高度有序的双层贯通多孔氧化铝膜，可用于纳米结构材料、器件等的制备。
图1为实施例1制得的双层贯通多孔氧化铝膜图。图2和图3分别给出实施例2制得的氧化铝薄膜的横截面和表面的场发射扫描电镜图。图中可以看出，此时几乎无铝存在，而且两层膜的孔基本相通。氧化铝薄膜的内孔径在80 IOOnm,膜总厚度约为100 μ m。图4为实施例3制得的双层贯通多孔氧化铝膜的场发射扫描电镜图。
具体实施例方式下面的实施例用于说明本发明。实施例1(1)在冰水浴( 0°C )条件下，将99. 999%高纯铝箔浸入高氯酸与乙醇的体积比为1 4的混合液中进行电化学抛光，电流为200mA，抛光时间为Imin ；(2)在搅拌下，将抛光后的高纯铝箔在0.3mol/L草酸电解液中，在电压为10 20V，电流为7mA的条件下预氧化0.证后，微调铝箔(氧化膜)的位置，向上提起铝箔，使铝箔片顶端稍露出电解液面1mm，继续在电压为30V，电流为5 8mA的条件下氧化池；(3)将步骤⑵所得铝箔在温度为50°C的条件下，在0. 6mol/L H3PO4和0. 18mol/ L H2CrO4按等体积混合的混合液中浸泡lh，除去铝箔表面的氧化膜；(4)对铝箔进行二次氧化将步骤(3)所得到的铝箔在0. 3mol/L草酸电解液中，在电压为10 20V，电流为 7mA的条件下预氧化0.证，然后，控制电压为40V、电流为10 15mA、氧化时间为证；(5)将步骤(4)得到的双层氧化铝膜在温度为30°C，0. 5mol/L H3PO4中扩孔20min， 冲洗干净，即得到内孔径为60 lOOnm，膜总厚度约为100 μ m的双层贯通多孔氧化铝膜，如图1所示。实施例2(1)在冰水浴( 0°C )条件下，将99. 999%高纯铝箔浸入高氯酸与乙醇的体积比为1 4的混合液中进行电化学抛光，电流为200mA，抛光时间为Imin ；(2)在搅拌下，将抛光后的高纯铝箔在0.3mol/L草酸电解液中，在电压为10 20V，电流为5mA的条件下预氧化Ih后，微调铝箔(氧化膜)的位置，向上提起铝箔，使铝箔片顶端稍露出电解液面2mm，继续在电压为40V，电流为10 15mA的条件下氧化1. 5h ；(3)将步骤⑵所得铝箔在温度为50°C的条件下，在0. 6mol/L H3PO4和0. 18mol/ L H2CrO4按等体积混合的混合液中浸泡lh，除去铝箔表面的氧化膜；(4)对铝箔进行二次氧化将步骤(3)所得到的铝箔在0. 3mol/L草酸电解液中，在电压为10 20V，电流为5mA的条件下预氧化0.证，然后，控制电压为40V、电流为10 15mA、氧化时间为他；(5)将步骤(4)得到的双层氧化铝膜在温度为30°C，0. 5mol/L H3PO4中扩孔40min， 冲洗干净，即得到内孔径为60 lOOnm，膜总厚度约为100 μ m的双层贯通多孔氧化铝膜，如图2、3所示。实施例3(1)在冰水浴( 0°C )条件下，将99. 999%高纯铝箔浸入高氯酸与乙醇的体积比为1 4的混合液中进行电化学抛光，电流为150mA，抛光时间为^iin ；(2)在搅拌下，将抛光后的高纯铝箔在0.3mol/L草酸电解液中，在电压为10 20V，电流为3. 5mA的条件下预氧化0.证后，微调铝箔(氧化膜)的位置，向上提起铝箔，使铝箔片顶端稍露出电解液面3mm，继续在电压为35V，电流为8 IOmA的条件下氧化池；(3)将步骤⑵所得铝箔在温度为50°C的条件下，在0. 6mol/L H3PO4和0. 18mol/ L H2CrO4按等体积混合的混合液中浸泡lh，除去铝箔表面的氧化膜；(4)对铝箔进行二次氧化将步骤(3)所得到的铝箔在0. 3mol/L草酸电解液中，在电压为10 20V，电流为 3. 5mA的条件下预氧化0.证，然后，控制电压为35V、电流为8 10mA、氧化时间为IOh ；(5)将步骤(4)得到的双层氧化铝膜在温度为30°C，0. 5mol/L H3PO4中扩孔30min， 冲洗干净，即得到内孔径为60 80nm，膜总厚度约为100 μ m的双层贯通多孔氧化铝膜，如图4所示。实施例4(1)在冰水浴( 0°C )条件下，将99. 999%高纯铝箔浸入高氯酸与乙醇的体积比为1 4的混合液中进行电化学抛光，电流为100mA，抛光时间为;3min ；(2)在搅拌下，将抛光后的高纯铝箔在0.3mol/L草酸电解液中，在电压为10 20V，电流为3. 5mA的条件下预氧化0.证后，微调铝箔(氧化膜)的位置，向上提起铝箔，使铝箔片顶端稍露出电解液面约5mm，继续在电压为35V，电流为8 IOmA的条件下氧化池；(3)将步骤⑵所得铝箔在温度为50°C的条件下，在0. 6mol/L H3PO4和0. 18mol/ L H2CrO4按等体积混合的混合液中浸泡lh，除去铝箔表面的氧化膜；(4)对铝箔进行二次氧化将步骤(3)所得到的铝箔在0. 3mol/L草酸电解液中，在电压为10 20V，电流为 3. 5mA的条件下预氧化0.证，然后，控制电压为30V、电流为5 8mA、氧化时间为15h ；(5)将步骤(4)得到的双层氧化铝膜在温度为30°C，0. 5mol/L H3PO4中扩孔60min， 冲洗干净，即得到内孔径为60 lOOnm，膜总厚度约为100 μ m的双层贯通多孔氧化铝膜。实施例5(1)在冰水浴( 0°C )条件下，将99. 999%高纯铝箔浸入高氯酸与乙醇的体积比为1 4的混合液中进行电化学抛光，电流为100mA，抛光时间为;3min ；(2)在搅拌下，将抛光后的高纯铝箔在0.3mol/L草酸电解液中，在电压为10 20V，电流为ImA的条件下预氧化Ih后，微调铝箔(氧化膜)的位置，向上提起铝箔，使铝箔片顶端稍露出电解液面约4mm，继续在电压为35V，电流为8 IOmA的条件下氧化池；(3)将步骤⑵所得铝箔在温度为50°C的条件下，在0. 6mol/L H3PO4和0. 18mol/ L H2CrO4按等体积混合的混合液中浸泡lh，除去铝箔表面的氧化膜；
(4)对铝箔进行二次氧化将步骤(3)所得到的铝箔在0. 3mol/L草酸电解液中，控制电压10 20V，电流在 ImA的条件下预氧化0.证，然后，控制电压为35V、电流为8 10mA、氧化时间为IOh ；(5)将步骤(4)得到的双层氧化铝膜在温度为30°C，0. 5mol/L H3PO4中扩孔lOmin， 冲洗干净，即得到内孔径为60 lOOnm，膜总厚度约为100 μ m的双层贯通多孔氧化铝膜。
权利要求
1. 一种双层贯通多孔氧化铝膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)在冰水浴条件下，将高纯铝箔浸入高氯酸与乙醇的体积比为1 4的混合液中进行电化学抛光，电流为100 200mA，抛光时间为1 !Bmin ；(2)在搅拌下，将抛光后的高纯铝箔在0.3mol/L草酸电解液中，电压为10 20V，电流为1 7mA的条件下预氧化0. 5 lh，微调铝箔(氧化膜)的位置，向上提起铝箔，使铝箔片顶端稍露出电解液面，继续在电压为30 40V，电流为5 15mA的条件下氧化1. 5 3h ；(3)将步骤⑵所得铝箔在温度50°C的条件下，在0.6mol/L H3POjPO. 18mol/L H2CrO4 按等体积混合的混合液中浸泡lh，除去铝箔表面的氧化膜；(4)对铝箔进行二次氧化将步骤⑶所得到的铝箔在0. 3mol/L草酸电解液中，电压为10 25V,电流为1 7mA 的条件下预氧化0. 5 lh，然后，控制电压为30 40V、电流为5 15mA、氧化5 15h，得到浅黄色或白色、且较脆的双层氧化铝膜；(5)将步骤(4)得到的双层氧化铝膜在温度为30°C、0.5mol/LH3PO4中扩孔10 60min，冲洗干净，得到内孔径为60 lOOnm，膜总厚度约为100 μ m的双层贯通多孔氧化铝膜。
全文摘要
本发明公开了一种双层贯通多孔氧化铝膜的制备方法。将铝箔先进行电化学抛光；接着用小电流预氧化，再在一定电压下继续氧化，然后，用磷酸/铬酸的混合液除去氧化铝膜；最后对铝箔进行二次氧化，扩孔，得到几乎无铝基的高度有序双层贯通多孔氧化铝膜。本发明通过以小电流进行预氧化，以及调整氧化铝膜位置的方法，实现了在较高电压下使铝箔稳定氧化而不发生击穿。在较短的时间内得到几乎无铝基的高度有序双层贯通多孔氧化铝膜。该方法工艺简单，成本低，成功率高，可用于纳米材料、器件等的制备。
文档编号C25D11/12GK102199784SQ20101012875
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月22日 优先权日2010年3月22日
发明者刘增彦, 柴玉俊, 王宁, 闫小龙 申请人:河北师范大学