专利名称：一种三维氧化铝纳米模板的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种三维氧化铝纳米模板的制备方法，属于电化学技术领域。
背景技术：
众所周知，在制备纳米材料时通常需使用纳米结构模板。由于氧化铝模板结构有序，能够制造出有序的纳米结构组装体系，且制备氧化铝纳米模板的操作简单、成本低，所以，目前多使用氧化铝模板来制备纳米材料。但人们现在所用的电化学沉积、化学沉积、气相沉积等制备氧化铝纳米模板的方法还只能制备出长度和直径可控的一维纳米管线材料及其阵列，现有的这些制备方法无法制得具有其它微观结构的氧化铝纳米模板，因此也极可能会限制氧化铝纳米模板在一些特殊领域，如电输运过程、场发射、紫外光谱等方面的应用。
发明内容
为了克服现有方法只能制备一维氧化铝纳米模板的不足，本发明提供一种能制备三维氧化铝纳米模板的方法，用该方法制备的氧化铝纳米模板具有一分三的微观结构，而且有序程度高。
本发明解决问题的方案是在适当环境温度下采用如下步骤制备(1)对铝片依次用常规方法进行去油、表面清洗、电化学抛光、阳极氧化、溶解氧化铝膜的处理。
(2)在恒定的电压下将处理过的铝片再次进行阳极氧化，并使电压保持恒定适当时间至氧化充分，电压选择在40伏到65伏之间。
(3)以0.1v/s～3v/s的速度将电压降到25伏到40伏之间，并使降低后的电压也保持恒定适当时间至纳米模板完全形成，即得到三维氧化铝纳米模板。
最后将制得的三维氧化铝纳米模板置入饱和HgCl溶液中去掉模板上剩余的铝后，将模板取出清洁并干燥即可。
其中，步骤(2)所用电压与步骤(3)中所用电压的比值在1.5∶1到2.0∶1之间。
用上述方法制备三维氧化铝纳米模板时，铝片通常应选择纯度较高的铝片，环境温度一般应在0到30摄氏度之间，并且通常使用丙酮去油，分别用浓度低于1mol/L的稀强酸和稀强碱溶液对铝片进行表面清洗，使用0.2-0.5mol/L的草酸做电解液，抛光后的铝片做阳极，铂片做阴极，对铝片进行阳极氧化，用4～10wt％磷酸和1～3wt％铬酸的混和溶液溶解在铝片表面形成的氧化铝膜。
本发明通过改变一维氧化铝纳米模板的制造工艺，在阳极氧化过程中从一个较高的电压改变到一个较低的电压，因氧化铝纳米孔洞的面密度与阳极氧化的电压的平方成反比，在氧化铝模板的生长过程中，如果降低阳极氧化电压，会使氧化铝纳米孔洞的面密度增大，孔洞的数目增多，从而使模板中的纳米孔洞发生分叉，每条孔洞由一条分叉为数条，形成立体的三维纳米孔洞结构，此即三维氧化铝纳米模板。用这种模板制备出的纳米材料由于其结构特殊，完全有可能在电输运过程、场发射、紫外光谱等方面存在特殊性质，从而在相关领域有广泛的应用前景。而且，本发明提供的制备三维氧化铝纳米模板的方法还具有成本低、操作方便的优点。
图1为本发明制备的三维氧化铝纳米模板的正面俯视图。
图2为本发明制备的三维氧化铝纳米模板的侧面劈裂图。
图3为本发明制备的三维氧化铝纳米模板的反面俯视图。
具体实施例方式
本发明制备三维氧化铝纳米模板的方法是在0℃～30℃的环境温度下按如下步骤操作步骤一将一纯度最高可达99.99％的铝片依次经过去油、稀强酸清洗、稀强碱清洗、电化学抛光，从而形成清洁光亮的表面。
步骤二使用0.2-0.5mol/L的草酸做电解液，抛光后的铝片做阳极，铂片做阴极，对铝片进行一次或数次阳极氧化，然后使用磷酸和铬酸的混和溶液溶解在铝片表面形成的氧化铝膜。
步骤三再次进行阳极氧化，并使电压在40v～60V间的一恒定电压下持续适当时间至氧化充分。
步骤四以0.1v/s～3v/s之间的速度，将电压降到40v～25v之间一电压值，步骤三中恒定电压与该电压的比值应在1.5∶1到2.0∶1之间，并将该电压持续适当时间至纳米模板完全形成。
步骤五使用饱和氯化汞溶液溶解掉氧化铝模板上的铝。
下面提供具体实施例如下实施例一在环境温度为20摄氏度左右，按如下步骤操作(1)将厚度为0.2mm的铝片裁成2.5cm×3cm的形状。
(2)使用丙酮去油，然后分别使用浓度为0.3mol/L的稀硫酸和稀氢氧化钠溶液洗涤该铝片。
(3)在80wt％无水酒精和20wt％高氯酸混合溶液的电解液中，将处理过的铝片做阳极，铂片做阴极进行电化学抛光，电压为16v，时间3分钟。
(4)使用0.3mol/L的草酸做电解液，抛光后的铝片做阳极，铂片做阴极，对铝片进行阳极氧化。电压52v，时间6小时。
(5)使用6wt％磷酸和1.8wt％铬酸的混和溶液溶解在铝片表面形成的氧化铝膜。
(6)使用草酸做电解液，在52v的恒定电压下再次进行阳极氧化40分钟。
然后以0.5v/s的速度将电压降低到30v，然后固定在30v，持续80分钟。
(7)将所制备的三维氧化铝纳米模板置入饱和HgCl溶液中去掉模板上剩余的铝，将氧化铝模板取出清洁并干燥。
实施例二在环境温度为15摄氏度左右，按如下步骤操作(1)将厚度为0.2mm的铝片裁成2.5cm×3cm的形状。
(2)使用丙酮去油，然后分别使用浓度为0.3mol/L的稀硫酸和稀氢氧化钠溶液洗涤该铝片。
(3)在80wt％无水酒精和20wt％高氯酸混合溶液的电解液中，将处理过的铝片做阳极，铂片做阴极进行电化学抛光，电压为16v，时间3分钟。
(4)使用0.3mol/L的草酸做电解液，抛光后的铝片做阳极，铂片做阴极，对铝片进行阳极氧化。电压60v，时间3小时。
(5)使用6wt％磷酸和1.8wt％铬酸的混和溶液溶解在铝片表面形成的氧化铝膜。
(6)使用草酸做电解液，在60v恒定电压下再次进行阳极氧化40分钟。然后以0.3v/s的速度将电压降低到35v，然后固定在35v，持续80分钟。
(8)将所制备的三维氧化铝纳米模板置入饱和HgCl溶液中去掉模板上剩余的铝，将氧化铝模板取出清洁并干燥。
实施例三在环境温度为10摄氏度左右，按如下步骤操作(1)将厚度为0.2mm的铝片裁成2.5cm×3cm的形状。
(2)使用丙酮去油，然后分别使用浓度为0.3mol/L的稀硫酸和稀氢氧化钠溶液洗涤该铝片。
(3)在80wt％无水酒精和20wt％高氯酸混合溶液的电解液中，将处理过的铝片做阳极，铂片做阴极进行电化学抛光，电压为16v，时间3分钟。
(4)使用0.3mol/L的草酸做电解液，抛光后的铝片做阳极，铂片做阴极，对铝片进行阳极氧化。电压40v，时间6小时。
(5)使用6wt％磷酸和1.8wt％铬酸的混和溶液溶解在铝片表面形成的氧化铝膜。
(6)使用草酸做电解液，在40v的恒定电压下再次进行阳极氧化40分钟。然后以0.1v/s的速度将电压降低到23v，然后固定在23v，持续80分钟。
(7)将所制备的三维氧化铝纳米模板置入饱和HgCl溶液中去掉模板上剩余的铝，将氧化铝模板取出清洁并干燥。
对实施例一制得的成品进行分析，如图1、图2、图3所示，各图标尺均为100nm，图中浅色部分为氧化铝，黑色部分为孔洞，图1中孔洞直径为60nm；图2显示将电压降低后原来的每条孔洞分叉为三条，因为三条孔洞不在同一平面上，所以图上大多只看到一条孔洞分叉成两条，左下角小图为劈裂图上一条孔洞分叉成三条的特例；图3中的孔洞直径为35nm，孔洞密度为图(1)中的三倍；从这三幅图可以说明用本发明提供的方法可以制备出具有一分三结构的三维氧化铝纳米模板。
权利要求
1.一种三维氧化铝纳米模板的制备方法，其特征在于在适当环境温度下采用如下步骤制备(1)对铝片依次用相应的常规方法进行去油、表面清洗、电化学抛光的处理。(2)对处理过的铝片用常规方法进行阳极氧化，阳极氧化的次数可为1次，也可反复进行数次。(3)用常规方法将阳极氧化后的铝片表面的氧化铝膜溶解。(4)在恒定的电压下将处理过的铝片再次进行阳极氧化，并使电压保持恒定适当时间至氧化充分，电压选择在40伏到65伏之间。(5)以0.1v/s～3v/s的速度将电压降到25伏到40伏之间，并使降低后的电压也保持恒定适当时间至纳米模板完全形成，即得到三维氧化铝纳米模板。
2.根据权利要求1所述的三维氧化铝纳米模板的制备方法，其特征在于最后将制得的三维氧化铝纳米模板置入饱和HgCl溶液中去掉模板上剩余的铝后，将模板取出清洁并干燥。
3.根据权利要求1或2所述的三维氧化铝纳米模板的制备方法，其特征在于步骤(4)所用电压与步骤(5)中所用电压的比值在1.5∶1到2.0∶1之间。
4.根据权利要求1或2所述的三维氧化铝纳米模板的制备方法，其特征在于使用丙酮去油，分别用稀强酸和稀强碱溶液对铝片进行表面清洗，稀强酸和稀强碱溶液的浓度在1mol/l以下。
5.据权利要求1或2所述的三维氧化铝纳米模板的制备方法，其特征在于使用0.2-0.5mol/L的草酸做电解液，抛光后的铝片做阳极，铂片做阴极，对铝片进行阳极氧化。
6.根据权利要求1或2所述的三维氧化铝纳米模板的制备方法，其特征在于使用4～10wt％磷酸和1～3wt％铬酸的混和溶液溶解在铝片表面形成的氧化铝膜。
7.根据权利要求1或2所述的三维氧化铝纳米模板的制备方法，其特征在于环境温度在0到30摄氏度之间。
全文摘要
本发明公开了一种制备三维氧化铝纳米模板的方法。它是将经过表面处理、阳极氧化、溶解掉氧化铝的铝片再次进行阳极氧化，在再次阳极氧化过程中先以较高电压阳极氧化然后降低到较低电压阳极氧化，使在铝片表面形成的氧化铝纳米孔洞发生分叉，一条孔洞分成三条并且三条孔洞不处在同一平面，从而形成三维纳米孔洞结构。该方法不仅操作方便、制作成本低，而且制备出的三维氧化铝纳米模板结构特殊，完全有可能在电输运过程、场发射、紫外光谱等方面存在特殊性质，从而在相关领域有广泛的应用前景。
文档编号C25D11/04GK1693539SQ20051001840
公开日2005年11月9日 申请日期2005年3月18日 优先权日2005年3月18日
发明者郭东来, 邹宪武 申请人:武汉大学