专利名称：制备多孔氧化铝薄膜的装置和方法
技术领域：
本发明涉及制备多孔氧化铝薄膜的装置及使用该装置制备多孔氧化铝薄膜的方法。
背景技术：
高度有序的蜂窝状结构阳极氧化招模板(AAO template)自1995年由Masuda等人发明(Science，1995，268，1466 1468)以来，广泛应用于纳米材料的制备，通过以AAO为模板可以制备高度有序的金属、半导体或者高分子纳米线(纳米管)，已有研究发现，如果以内径约30纳米的多孔氧化铝模板为基体，在其孔内沉积上磁性金属，则其记录密度可比现今的硬盘提高50倍以上。Fan等人(Nature Materials，2009，8，648-653)以AAO为模板制备了三维阵列式太阳能电池，由此大大提升了太阳能电池的短路电流，从而提高到了电池的效率，同时作者还提出大孔间距的AAO将会提高电池性能，然而目前商业上出售的氧化铝模板的尺寸通常很小，这就使得其成本较高，同时不易于大面积制备纳米材料，虽然目前也有大面积制备AAO的方法(尚杰，硕士学位论文，2007)，但是其制备的AAO孔间距较小，这就使得其在微型器件中的使用受到很大的限制，因此，制备大面积、大孔间距的AAO模板便成了急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种新的制备多孔氧化铝薄膜的装置和方法。根据本发明的装置以及方法能够得到大面积大孔间距多孔氧化铝薄膜。本发明的发明人经过研究发现，使用本发明的装置，通过固定件将铝片和模板固定在凹槽内，使铝片、模板与有机玻璃挡板紧密贴合，将该装置放入酸性电解液中，使铝片进行电解，能够得到大面积且大孔间距的多孔氧化铝薄膜。即本发明提供一种制备多孔氧化铝薄膜的装置，其中，该装置包括有机玻璃基板，该有机玻璃基板在相邻的第一表面和第二表面的拐角处具有凹陷部，且所述有机玻璃基板具有与所述凹陷部相通的通孔；有机玻璃挡板，该有机玻璃挡板贴合在所述有机玻璃基板的所述第一表面上并在其中间具有通孔；模板，该模板具有至少一个贯穿该模板厚度方向的通孔且可活动地位于所述凹槽内；以及固定件，该固定件与通孔螺合，且在长度方向的长度要长于通孔的孔深度。本发明还提供一种多孔氧化铝薄膜的制备方法，该方法包括将铝片依次进行以下的步骤一次阳极氧化步骤、腐蚀一次氧化膜步骤、二次阳极氧化步骤、剥离铝基底步骤以及去阻挡层步骤，其特征在于，在所述一次阳极氧化以及二次阳极氧化步骤中，使用上述的装置，通过固定件将铝片和模板固定在凹槽内，使铝片、模板与有机玻璃挡板紧密贴合，将该装置放入酸性电解液中，以石墨为阴极，所述铝片为阳极进行电解，所述电解在温度为-20 (TC下进行。根据本发明的装置以及方法，由于使用本发明的制备多孔氧化铝薄膜的装置与电解槽分离，因此可以很容易将电解槽中的电解液冷却，防止电解液温度过高，从而方便地实行在低温的环境下氧化，并且可以有效的避免氧化面积增大导致的热效应过大，同时可以通过提高氧化电压来调控多孔氧化铝薄膜的孔径、孔间距的大小，适用于大面积大孔间距多孔氧化铝薄膜的制备。另外，由于模板上面的图案可根据需要进行调整，从而方便不同使用的需要。
图I为本发明的制备多孔氧化铝薄膜的装置的有机玻璃基板的正面立体图；图2为本发明的一个实施方式中的制备多孔氧化铝薄膜的装置在通孔11上的截面图；
图3为本发明的一个实施方式中的制备多孔氧化铝薄膜的装置在通孔11上的截面图；图4为本发明实施例I中多孔氧化铝的FESEM图；图5为本发明实施例2中多孔氧化铝的FESEM图；图6为本发明实施例3中多孔氧化铝的FESEM图。附图标记说明I有机玻璃基板11通孔12第一表面13第二表面2凹陷部3有机玻璃挡板31通孔4模板41通孔5固定件6有机玻璃垫板7密封垫8铝片
具体实施例方式本发明提供一种制备多孔氧化铝薄膜的装置，其中，如图I、图2所示，该装置包括有机玻璃基板1，该有机玻璃基板I在相邻的第一表面12和第二表面13的拐角处具有凹陷部2，且所述有机玻璃基板I具有与所述凹陷部2相通的通孔11 ;有机玻璃挡板3，该有机玻璃挡板3贴合在所述有机玻璃基板I的所述第一表面12上并在其中间具有通孔31 ；模板4，该模板4具有至少一个贯穿该模板4厚度方向的通孔41且可活动地位于所述凹槽2内；以及固定件5，该固定件5与通孔11螺合，且在长度方向的长度要长于通孔11的孔深度。根据本发明的装置，该装置还包括有机玻璃垫板6，该有机玻璃垫板6位于模板4与所述第一表面12相对的凹槽部2内表面之间。用于防止固定件对铝片的损伤。根据本发明的装置，通过固定件5将有机玻璃垫板6、铝片以及模板4固定在凹陷部2内，并与有机玻璃挡板3紧密贴合，使得电 解液只与从模板4的孔41暴露出的铝片进行接触。根据本发明的装置，如图3所示，该装置还可以包括在模板4和铝片8之间和/或有机玻璃挡板3与模板4之间的密封垫7。该密封垫7用于密封,防止电解液与从模板4的孔41暴露出的铝片以外的部分进行接触。所述密封垫7可以为本领域所公知的各种用于密封的密封垫。优选为具有很好的弹性的密封垫7，这是因为弹性很好的密封垫7在挤压时通过形变能够使铝片8很好地与模板4紧贴，使模板4与有机玻璃挡板3紧贴；更优选所述密封垫7为硅胶垫。对所述密封垫7的形状没有特别的要求，只要能够使电解液不与从模板4的孔41暴露出的铝片以外的部分进行接触即可。例如可以为圆环形等形状。根据本发明的装置，所述有机玻璃基板I在相邻的第一表面12和第二表面13的拐角处具有凹陷部2，该凹陷部2用于容纳有机玻璃垫板6、铝片8以及模板4，并通过固定件5将有机玻璃垫板6、铝片8以及模板4固定在凹陷部2内，并与有机玻璃挡板3紧密贴合，使得电解液只与从模板4的通孔41暴露出的铝片进行接触。根据本发明的装置，所述有机玻璃基板I的大小可以根据铝片8的大小进行适当地选择。根据本发明的装置，所述凹陷部2的大小可以根据有机玻璃基板I以及铝片8的大小进行适当地选择。所述凹陷部2的厚度只要大于容纳在凹陷部2内的有机玻璃垫板6、铝片8、模板4以及密封垫7的厚度即可。可以考虑有机玻璃垫板6、铝片8、模板4以及密封垫7的厚度进行适当地选择。根据本发明的装置，所述有机玻璃基板I具有与所述凹陷部2相通的通孔11，该通孔11与固定件5螺合，用于将有机玻璃垫板6、铝片8以及模板4固定在凹陷部2内，并与有机玻璃挡板3紧密贴合，使得电解液只与从模板4的通孔41暴露出的铝片进行接触。对该通孔11的个数没有限制，只要能够很好地将有机玻璃垫板6、铝片8以及模板4固定在凹陷部2内即可，可以为I个，也可以为多个。从成本上来考虑优选I个通孔11。当该通孔11为I个时，从固定的效果上来考虑，优选其设置在凹陷部2内表面(与有机玻璃挡板3相对的一面)的中间部上。根据本发明的装置，所述有机玻璃挡板3贴合在所述有机玻璃基板I的所述第一表面12上并在其中间具有通孔31。所述贴合可以采用本领域技术人员所公知的各种方法实现。例如可以采用粘结剂进行粘连。所述通孔31的大小大于模板4的通孔41的范围且小于铝片8的大小，以使有机玻璃垫板6、铝片以及模板4固定在凹陷部2内，与有机玻璃挡板3紧密贴合，并且使从模板4的通孔41暴露出的全部的铝片能够与电解液进行接触。根据本发明的装置，所述模板4具有至少一个贯穿该模板4厚度方向的通孔41且可活动地位于所述凹槽2内；所述模板的大小可以根据铝片8的大小进行适当地选择，本发明优选与铝片8的大小相同。上述通孔41可以为各种形状，本发明优选模板4上的孔41为圆形、矩形或正三角形中的一种或多种；更优选模板4上的孔41为同一形状；进一步优选模板4上的孔41排列成阵列。
进一步优选的情况下，模板4上的孔41为圆形，且排列成阵列，所述圆形的直径为l-20cm，优选为5-15cm ;或者模板4上的孔41为矩形，且排列成阵列，所述矩形的边长为l-20cm，优选为5-15cm ;或者模板4上的孔41为正三角形，且排列成阵列，所述正三角形的边长为l_20cm，优选为5-15cm。本发明还提供一种多孔氧化铝薄膜的制备方法，该方法包括将铝片8依次进行以下的步骤一次阳极氧化步骤、腐蚀一次氧化膜步骤、二次阳极氧化步骤、剥离铝基底步骤以及去阻挡层步骤，其特征在于，在所述一次阳极氧化以及二次阳极氧化步骤中，使用上述的装置，通过固定件5将铝片8和模板4固定在凹槽2内，使铝片8、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入酸性电解液中，以石墨为阴极，铝片为阳极进行电解，所述电解在温度为-20 O°C下进行。·根据本发明的的制备方法，为了进一步提高多孔氧化铝薄膜的孔间距，优选所述电解在温度为-20 _5°C下进行。使所述电解在温度为-20 _5°C下进行方法可以采用低温冷却循环泵进行冷却的方法。根据本发明的的制备方法，为了使得电解液只与从模板4的通孔41暴露出的铝片8进行接触，所述电解液的液面高于模板4上的孔41且低于所述第二表面13。根据本发明的的制备方法，所述电解液可以为本领域所公知的各种电解液。优选的情况下可以为草酸、磷酸、硫酸中的一种或多种的水溶液。电解液的浓度可以为O. 2mol/L O. 4mol/L，优选为O. 3mol/L。电解的时间可以为O. 5-12小时，优选为I小时_4小时。根据本发明的制备方法，优选情况下所述电解的电压高于40V，更优选所述电解的电压为60-110V。根据本发明的制备方法，优选的情况下，该方法还包括在一次阳极氧化步骤之前，进行铝片表面预处理。例如可以将铝片用丙酮和去离子水分别超声清洗，随后用体浓磷酸、浓硫酸和浓硝酸的混合液在进行化学抛光。对于本发明的制备方法，由于本发明主要涉及使用本发明提供的装置进行阳极氧化，因此对于除一次阳极氧化和二次阳极氧化步骤之外的步骤的操作方法和条件可以与现有技术相同。例如，腐蚀一次氧化膜步骤是指将阳极氧化得到的铝片取出并置于磷酸和铬酸的混合溶液中，在40°C _80°C烘箱中放置2小时 12小时，磷酸的浓度是3-7重量％，铬酸的浓度是1-3重量％。所述剥离基底步骤是指将二次阳极氧化步骤得到的铝片用饱和氯化铜溶液浸泡，至没有气泡冒出。所述去阻挡层步骤是指将剥离基底步骤后得到的氧化铝膜浸泡在3-7重量％的磷酸水溶液中40-90分钟。根据本发明的一种优选实施方式，上述多孔氧化铝薄膜的制备方法包括以下步骤I)预处理将高纯Al片(99. 999%)用丙酮和去离子水(18. 2MQ/cm)分别超声清洗10分钟，随后用体积比为7:1:2的磷酸(浓度为75-85重量％ )、硫酸(浓度为90-98重量％ )和硝酸(浓度为55-63重量％ )的混合液在120°C化学抛光I分钟。2) 一次阳极氧化
使用上述的装置，通过固定件5将步骤I)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤I)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，在浓度为O. 2M O. 4M的草酸电解质水溶液中，40V 60V电压下,环境温度为10°C时进行一次阳极氧化，氧化时间I小时 12小时。3)腐蚀一次氧化膜将步骤2)中的装置中的铝片取出并置于磷酸和铬酸的混合溶液中，在40°C _80°C烘箱中放置2小时 12小时，磷酸的浓度是3-7重量％，铬酸的浓度是1-3重量％。4) 二次阳极氧化使用上述的装置，通过固定件5将步骤3)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤3)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，在浓度为O. 2M O. 4M的草酸电解质水溶液中，80V 120V电压下，环境温度为-5°C时进行一次阳极氧化，氧化时间30分钟 60分钟。5)剥离铝基底将步骤4)中的装置中的铝片取出并用饱和氯化铜浸泡，至没有气泡冒出时立即取出，得到了氧化铝膜。6)去阻挡层将步骤5)得到的氧化铝膜浸泡在3-7重量％ %的磷酸水溶液中40-90分钟。以下通过实施例对本发明进行进一步的说明，但本发明并不仅限于下述实施例。以下实施例中的一次阳极氧化和二次阳极氧化中所使用的装置为图2所示的装置。该装置包括有机玻璃基板1，该有机玻璃基板I具有凹陷部2，具有螺纹的通孔11 ;具有方形通孔31的有机玻璃挡板3 ;具有一个孔的模板4 ;以及与通孔11螺合的螺母5。实施例II)预处理纯度为99. 999%的高纯Al片(尺寸为10cm*10cm*0. 025cm，购于北京蒙泰有研)用丙酮和去离子水(18. 2MQ/cm)分别超声清洗10分钟，并用体积比为7 I 2的磷酸(浓度为85重量％ )、硫酸(浓度为98重量％ )和硝酸(浓度为63重量％ )的混合液在120°C化学抛光I分钟。2) 一次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤I)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤I)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，模板4上的通孔41为直径为10厘米的圆孔，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，40V电压下，环境温度为_5°C时进行一次阳极氧化，氧化时间I小时。3)腐蚀一次氧化膜将步骤2)中的装置中的铝片取出并置于磷酸和铬酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小时，磷酸的浓度是5重量％，铬酸的浓度是I. 5重量％。4) 二次阳极氧化
使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤3)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤3)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，模板4与步骤2)中使用的模板相同，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，IlOV电压下，环境温度为-20°C时进行二次阳极氧化，氧化时间60分钟。5)剥离铝基底将步骤中4)中的装置中的铝片取出并用饱和氯化铜浸泡，至没有气泡冒出时立即取出，得到了氧化铝膜。6)去阻挡层将步骤5)得到的产品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分钟。
用场发射扫描电镜(Hitachi S4800)观察形貌(见图4)，证明多孔氧化铝薄膜的平均孔径为190nm，平均孔间距为280nm。实施例2I)预处理纯度为99. 999%的高纯Al片(尺寸为10cm*10cm*0. 025cm,购于北京蒙泰有研)用丙酮和去离子水(18. 2MQ/cm)分别超声清洗10分钟，并用体积比为7 I 2的磷酸(浓度为85重量％ )、硫酸(浓度为98重量％ )和硝酸(浓度为63重量％ )的混合液在120°C化学抛光I分钟。2) 一次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤I)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤I)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，选择中间圆孔41直径为6厘米的模板4，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，40V电压下，环境温度为_5°C时进行一次阳极氧化，氧化时间3小时。3)腐蚀一次氧化膜将步骤2)中的装置中的铝片取出并置于磷酸和铬酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小时，磷酸的浓度是5重量％，铬酸的浓度是I. 5重量％。4) 二次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤3)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤3)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，模板4与步骤2)中使用的模板相同，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，100V电压下，环境温度为_15°C时进行二次阳极氧化，氧化时间60分钟。5)剥离铝基底将步骤中4)中的装置中的铝片取出并用饱和氯化铜浸泡，至没有气泡冒出时立即取出，得到了氧化铝膜。6)去阻挡层将步骤5)得到的产品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分钟。用场发射扫描电镜(Hitachi S4800)观察形貌(见图5)，证明多孔氧化铝薄膜的平均孔径为lOOnm，平均孔间距为185nm。实施例3I)预处理纯度为99. 999%的高纯Al片(尺寸为10cm*10cm*0. 025cm,购于北京蒙泰有研)用丙酮和去离子水(18. 2MQ/cm)分别超声清洗10分钟，并用体积比为7 I 2的磷酸(浓度为85重量％ )、硫酸(浓度为98重量％ )和硝酸(浓度为63重量％ )的混合液在120°C化学抛光I分钟。2) 一次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤I)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤I)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，选择中间圆孔41直径为7厘米的模板4，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，40V电压下，环境温度为_5°C时进行一次阳极氧化，氧化时间3小时。3)腐蚀一次氧化膜将步骤2)中的装置中的铝片取出并置于磷酸和铬酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小时，磷酸的浓度是5重量％，铬酸的浓度是I. 5重量％。4) 二次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤3)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤3)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，模板4与步骤2)中使用的模板相同，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，90V电压下，环境温度为-10°C时进行二次阳极氧化，氧化时间60分钟。5)剥离铝基底将步骤中4)中的装置中的铝片取出并用饱和氯化铜浸泡，至没有气泡冒出时立即取出，得到了氧化铝膜。6)去阻挡层将步骤5)得到的产品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分钟。用场发射扫描电镜(Hitachi S4800)观察形貌(见图6)，证明多孔氧化铝薄膜的平均孔径为90nm，平均孔间距为120nm。实施例4I)预处理纯度为99. 999%的高纯Al片(尺寸为10cm*10cm*0. 025cm，购于北京蒙泰有研)用丙酮和去离子水(18. 2MQ/cm)分别超声清洗10分钟，并用体积比为7 I 2的磷酸(浓度为85重量％ )、硫酸(浓度为98重量％ )和硝酸(浓度为63重量％ )的混合液在120°C化学抛光I分钟。2) 一次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤I)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤I)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，选择中间圆孔41直径为8厘米的模板4，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，40V电压下，环境温度为_5°C时进行一次阳极氧化，氧化时间3小时。3)腐蚀一次氧化膜将步骤2)中的装置中的铝片取出并置于磷酸和铬酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小时，磷酸的浓度是5重量％，铬酸的浓度是I. 5重量％。4) 二次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤3)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤3)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，模板4与步骤2)中使用的模板相同，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，40V电压下，环境温度为_5°C时进行二次阳极氧化，氧化时间60分钟。 5)剥离铝基底将步骤中4)中的装置中的铝片取出并用饱和氯化铜浸泡，至没有气泡冒出时立即取出，得到了氧化铝膜。6)去阻挡层将步骤5)得到的产品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分钟。用场发射扫描电镜(Hitachi S4800)观察形貌，证明多孔氧化铝薄膜的平均孔径为43nm,平均孔间距为85nm。实施例5I)预处理纯度为99. 999%的高纯Al片(尺寸为10cm*10cm*0· 025cm，购于北京蒙泰有研)用丙酮和去离子水(18. 2MQ/cm)分别超声清洗10分钟，并用体积比为7 I 2的磷酸(浓度为85重量％ )、硫酸(浓度为98重量％ )和硝酸(浓度为63重量％ )的混合液在120°C化学抛光I分钟。2) 一次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤I)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤I)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，选择中间圆孔41直径为10厘米的模板4，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，40V电压下，环境温度为_5°C时进行一次阳极氧化，氧化时间3小时。3)腐蚀一次氧化膜将步骤2)中的装置中的铝片取出并置于磷酸和铬酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小时，磷酸的浓度是5重量％，铬酸的浓度是I. 5重量％。4) 二次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤3)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤3)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，模板4与步骤2)中使用的模板相同，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，70V电压下，环境温度为_8°C时进行二次阳极氧化，氧化时间60分钟。
5)剥离铝基底将步骤中4)中的装置中的铝片取出并用饱和氯化铜浸泡，至没有气泡冒出时立即取出，得到了氧化铝膜。6)去阻挡层将步骤5)得到的产品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分钟。通过场发射扫描电镜(Hitachi S4800)观察形貌，证明多孔氧化铝薄膜的平均孔径为72nm，平均孔间距为lOOnm。实施例6I)预处理纯度为99. 999%的高纯Al片(尺寸为10cm*10cm*0· 025cm，购于北京蒙泰有研)用丙酮和去离子水(18. 2MQ/cm)分别超声清洗10分钟，并用体积比为7 I 2的磷酸(浓度为85重量％ )、硫酸(浓度为98重量％ )和硝酸(浓度为63重量％ )的混合液在120°C化学抛光I分钟。2) 一次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤I)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤I)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，选择中间圆孔41直径为12厘米的模板4，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，40V电压下，环境温度为_5°C时进行一次阳极氧化，氧化时间3小时。3)腐蚀一次氧化膜将步骤2)中的装置中的铝片取出并置于磷酸和铬酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小时，磷酸的浓度是5重量％，铬酸的浓度是I. 5重量％。4) 二次阳极氧化使用图2所示的装置，通过固定件5将步骤3)得到的铝片和模板4固定在凹槽2内，使步骤3)得到的铝片、模板4与有机玻璃挡板3紧密贴合，将该装置放入有机玻璃或者聚四氟乙烯的电解槽中，以石墨为阴极，铝片为阳极，其中，模板4与步骤2)中使用的模板相同，在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，60V电压下，环境温度为_5°C时进行二次阳极氧化，氧化时间60分钟。5)剥离铝基底将步骤中4)中的装置中的铝片取出并用饱和氯化铜浸泡，至没有气泡冒出时立即取出，得到了氧化铝膜。6)去阻挡层将步骤5)得到的产品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分钟。通过场发射扫描电镜(Hitachi S4800)观察形貌，证明多孔氧化铝薄膜的平均孔径为58nm，平均孔间距为90nm。对比例I按照常规的方法制备多孔氧化铝薄膜I)预处理纯度为99. 999%的高纯Al片(尺寸为2cm*2cm*0. 025cm，购于北京蒙泰有研)用丙酮和去离子水(18. 2ΜΩ/cm)分别超声清洗10分钟，并用体积比为7 I 2的磷酸(浓度为85重量％ )、硫酸(浓度为98重量％ )和硝酸(浓度为63重量％ )的混合液在120°C化学抛光I分钟。2) 一次阳极氧化在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，40V电压下，环境温度_5°C时进行一次阳极氧化，氧化时间3小时。3)腐蚀一次氧化膜将步骤2)中的装置中的铝片取出并置于磷酸和铬酸的混合溶液中，在65°C烘箱中放置4小时，磷酸的浓度是5重量％，铬酸的浓度是I. 5重量％。
4) 二次阳极氧化在浓度为O. 3M的草酸电解质水溶液中，40V电压下，环境温度为_5°C时进行二次阳极氧化，氧化时间60分钟。5)剥离铝基底将步骤中4)中的装置中的铝片取出并用饱和氯化铜浸泡，至没有气泡冒出时立即取出，得到了氧化铝膜。6)去阻挡层 将步骤5)得到的产品浸泡在5重量％的磷酸水溶液中60分钟。通过场发射扫描电镜(Hitachi S4800)观察形貌，证明多孔氧化铝薄膜的平均孔径为45nm，平均孔间距为78nm。通过实施例1-6可以看出，采用本发明的装置进行阳极氧化，可以很容易地在低温下(-20 -5°C )进行，得到的多孔氧化铝薄膜的面积以及平均孔间距均要大于对比例1，特别适用于大面积大孔间距多孔氧化铝薄膜的制备。
权利要求
1.一种制备多孔氧化铝薄膜的装置，其中，该装置包括有机玻璃基板(1)，该有机玻璃基板(I)在相邻的第一表面(12)和第二表面(13)的拐角处具有凹陷部(2)，且所述有机玻璃基板(I)具有与所述凹陷部(2)相通的通孔(11);有机玻璃挡板(3)，该有机玻璃挡板(3)贴合在所述有机玻璃基板(I)的所述第一表面(12)上并在其中间具有通孔(31);模板(4)，该模板(4)具有至少一个贯穿该模板(4)厚度方向的通孔(41)且可活动地位于所述凹槽⑵内；以及固定件(5)，该固定件(5)与通孔(11)螺合，且在长度方向的长度要长于通孔(11)的孔深度。
2.根据权利要求I所述的装置，其中，该装置还包括有机玻璃垫板(6)，该有机玻璃垫板(6)位于模板(4)与所述第一表面(12)相对的凹槽(2)内表面之间。
3.根据权利要求I所述的装置，其中，模板(4)上的通孔(41)为圆形、矩形或三角形中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，模板(4)上的通孔(41)为圆形，且排列成阵列。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述圆形的直径为l-20cm。
6.根据权利要求3所述的装置，其中，模板(4)上的通孔(41)为矩形，且排列成阵列。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述矩形的边长为l-20cm。
8.根据权利要求3所述的装置，其中，模板(4)上的通孔(41)为正三角形，且排列成阵列。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述正三角形的边长为l-20cm。
10.一种多孔氧化铝薄膜的制备方法，该方法包括将铝片(8)依次进行以下的步骤一次阳极氧化步骤、腐蚀一次氧化膜步骤、二次阳极氧化步骤、剥离铝基底步骤以及去阻挡层步骤，其特征在于，在所述一次阳极氧化以及二次阳极氧化步骤中，使用权利要求1-9中任意一项所述的装置，通过固定件(5)将铝片和模板(4)固定在凹槽(2)内，使铝片(8)、模板(4)与有机玻璃挡板(3)紧密贴合，将该装置放入酸性电解液中，以石墨为阴极，所述铝片为阳极进行电解，所述电解在温度为-20 0°C下进行。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电解在温度为-20 _5°C下进行。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电解液的液面高于模板(4)上的通孔(41)且低于所述第二表面(13)。
13.根据权利要求10-12中任意一项所述的方法，所述酸性电解液为草酸、磷酸、硫酸中的一种或多种的水溶液；所述电解的电压高于40V。
全文摘要
本发明提供一种新的制备多孔氧化铝薄膜的装置及其制备方法。该装置包括有机玻璃基板，该有机玻璃基板在相邻的第一表面和第二表面的拐角处具有凹陷部，且所述有机玻璃基板具有与所述凹陷部相通的通孔；有机玻璃挡板，该有机玻璃挡板贴合在所述有机玻璃基板的所述第一表面上并在其中间具有通孔；模板，该模板具有至少一个贯穿该模板厚度方向的通孔且可活动地位于所述凹槽内；以及固定件，该固定件与通孔螺合，且在长度方向的长度要长于通孔的孔深度。通过使用该装置，可以很容易地在低温下进行电解，得到大面积大孔间距多孔氧化铝薄膜。
文档编号C25D11/04GK102953107SQ20111023510
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者智林杰, 贾玉莹, 罗彬 申请人:国家纳米科学中心