一种多孔阳极氧化铝模板的制备方法与流程

本发明涉及氧化铝模板制备技术领域，尤其涉及一种多孔阳极氧化铝模板的制备方法。

背景技术：

多孔阳极氧化铝模板具有独特有序多孔结构，孔径均一、孔密度高、孔道彼此平行且与铝基座垂直，是合成各种规则纳米材料的优选。目前，制备多孔阳极氧化铝模板有方法有多种，其中，最广泛方法是电化学氧化-阳极氧化方法，具体的，其以高纯度铝的铝片作为正极(阳极)，铂电极作为负极(阴极)；将两个电极置于电解液中，然后通一定的电压，进行电化学反应，但电化学反应完成后电化学氧化-阳极氧化方法制得的多孔阳极氧化铝模板的形貌如图1所示，形成带有铝基底5的多孔阳极氧化铝模板，需要去除铝基底5。

现有技术中，通常使用含重金属离子的溶液去除铝基底；例如用氯化铜、饱和氯化汞、四氯化锡或二氯化铜等溶液去除铝基底，得到无铝基底的多孔阳极氧化铝模板。但存在反应时间长且不易去除干净，在多孔氧化铝模板上易残留金属铝，铝基底易残留以及需要使用重金属离子等弊端；而且，多孔阳极氧化铝模板的孔道内也易沾染上重金属离子，在清洗多孔阳极氧化铝模板的废液里即含有铝离子又含有重金属离子，给分离和后处理带来困难。

另外，现有技术中还可以使用浓酸的方法分离铝基底；例如使用乙醇/浓盐酸混合溶液或者采用浓硫酸再氧化阳极氧化铝膜并配合CrO3和H3PO4刻蚀液，尽管较易去除铝基底，但均需要使用危险性化工原料-浓酸，对设备要求较高，不易操作，且浓酸属于易制毒使其获取受到一定限制，也存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的至少一个缺点，提供一种免于剥离铝基底的多孔阳极氧化铝模板的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多孔阳极氧化铝模板的制备方法，包括以下步骤：

步骤10，在铝材料结构体的一面上密封设有导电部，所述铝材料结构体设有所述导电部的一面形成密封面，另一面暴露形成暴露面；

步骤20，将所述步骤10处理后的所述铝材料结构体放入电解液中，并将所述导电部与阳极连接，对所述铝材料结构体进行阳极氧化，从所述暴露面氧化，直至所述铝材料结构体被完全氧化；

步骤30，将所述多孔阳极氧化铝模板与所述导电部分离，得到无铝基底的多孔阳极氧化铝模板。

本发明的有益效果是：通过本发明的多孔阳极氧化铝模板的制备方法制备多孔阳极氧化铝模板，由于导电层将铝材料结构体的一面密封，防止电解液进入铝材料结构体和导电层之间，在对所述铝材料结构体进行阳极氧化过程中，导电层可稳定向铝材料结构体输送电流，确保铝材料结构体导电均匀，并从所述暴露面氧化，直至所述铝材料结构体被完全氧化，从而可以获得没有铝基底的多孔阳极氧化铝模板，因此，不需要剥离铝基底，可以省去剥离铝基底所带来的不便，简化多孔阳极氧化铝模板生产步骤、并提高生产效率，减省人力物力。

另外，在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进，还可以具有如下附加技术特征。

进一步，本实施例的一种多孔阳极氧化铝模板的制备方法，在所述步骤10之前，还包括步骤05，对所述铝材料结构体进行抛光、退火处理；通过对铝材料结构体进行退火处理，消除铝材料结构体表面的机械应力，提高铝材料结构体的性能，从而便于提高生成的多孔阳极氧化铝模板的品质。

进一步，在所述步骤20与所述步骤30之间，还包括步骤25，对所述步骤20形成的所述多孔阳极氧化铝模板进行清洗，干燥；本实施例通过对多孔阳极氧化铝模板进行清洗，去除多孔阳极氧化铝模板上的杂质组分，对多孔阳极氧化铝模板上进行干燥处理，增加多孔阳极氧化铝模板的强度，便于将将多孔阳极氧化铝模板与所述导电层分离。

进一步，所述步骤20中的两次阳极氧化，依次为完成第一次阳极氧化、去除第一次阳极氧化形成的氧化层及进行第二次阳极氧化；先通过第一次阳极氧化得到氧化铝模板，再将得到氧化铝模板清洗后，基底表面留下规则排列的凹形痕迹，再进行第二次阳极氧化，制得高度有序的多孔阳极氧化铝模板。

进一步，所述导电部为导电层，所述导电层由石墨纸、石墨烯、金箔中的任意一种或几种紧密贴合在所述铝材料结构体上形成；或由炭黑、导电墨水、导电胶中的任意一种或几种涂履在所述铝材料结构体上形成；确保导电层将铝材料结构体的一面密封，防止电解液进入铝材料结构体和导电层之间，在对所述铝材料结构体进行阳极氧化过程中，导电层可稳定向铝材料结构体输送电流，确保铝材料结构体导电均匀，便于为铝材料结构体被完全氧化。

进一步，所述铝材料结构体的材质为高纯铝；提高生成的多孔阳极氧化铝模板的品质。

附图说明

图1为现有的电化学氧化-阳极氧化方法制得的多孔阳极氧化铝模板的放大后的形貌示意图；

图2为本发明实施例的多孔阳极氧化铝模板的制备方法的流程图；

图3为本发明实施例一的铝材料结构体连接在电解池装置中的示意图；

图4为本发明实施例二的铝材料结构体连接在电解池装置中的示意图；

图5为本发明实施例三的铝材料结构体连接在电解池装置中的示意图；

图6为本发明实施例一制得的多孔阳极氧化铝模板放大后的的形貌示意图；

图7为本发明实施例四的制得的多孔阳极氧化铝模板放大后的的形貌示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、阳极导电片，2、阴极导电片，3、铝材料结构体，5、铝基底，30、铝片，40、导电层，41、导电体。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

本实施例提供的一种多孔阳极氧化铝模板的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤10，在铝材料结构体的一面上密封设有导电部，所述铝材料结构体设有所述导电部的一面形成密封面，另一面暴露形成暴露面；

步骤20，将所述步骤10处理后的所述铝材料结构体放入电解液中，并将所述导电部与阳极连接，对所述铝材料结构体进行阳极氧化，从所述暴露面氧化，直至所述铝材料结构体被完全氧化；

步骤30，将所述多孔阳极氧化铝模板与所述导电部分离，得到无铝基底的多孔阳极氧化铝模板。

具体的，本实施例中的铝材料结构体为片状结构，在本实施例的所述步骤10之前，还包括步骤05，对所述铝材料结构体进行抛光、退火处理。具体的，本实施例对铝材料结构体3经过抛光处理，具体为电化学抛光处理，具体的操作为：依次向200ml烧杯中加入总量为150ml的高氯酸和乙醇的混合液，其中高氯酸与乙醇体积比1:4，接着将混合液磁力搅拌20min，使其混合更加均匀；再以直流稳压稳流电源为工作电源，铝片作为阳极连接电源正极，铂片、铝片或石墨等导电体作为阴极连接电源负极，阳极和阴极的间距为3.5cm，本实验水浴温度恒定为6℃，氧化电位设定在25V，电化学抛光处理时间为3min。

具体的，本实施例通过对铝材料结构体进行退火处理，消除铝材料结构体表面的机械应力，提高铝材料结构体的性能，从而便于提高生成的多孔阳极氧化铝模板的品质；本实施例的所述铝材料结构体3的材质为高纯铝，纯度为99.5％，先将厚度为220μm的铝材料结构体切割成20mm×20mm的规则矩形小片，退火处理的温度为510℃，退火处理的时间为2h。本实施例对退火处理后的铝材料结构体还用丙酮和乙醇超声清洗，然后用氢氧化钠溶液清洗，再进行电化学抛光处理；本实施例的氢氧化钠溶液的浓度为4.5wt％，用氢氧化钠清洗的时间为6min；具体的，铝材料结构体依次经由丙酮、酒精、蒸馏水超声清洗各20min，以去除表面油污，再进行吹干，获得表面清洁的铝材料结构体。

具体的，本实施例所述导电部为导电层，所述导电层40由石墨纸、石墨烯、金箔中的任意一种或几种紧密贴合在所述铝材料结构体上形成；或由炭黑、导电墨水、导电胶中的任意一种或几种涂履在所述铝材料结构体上形成；确保导电层40将铝材料结构体3的一面密封，防止电解液进入铝材料结构体3和导电层40之间，在对所述铝材料结构体3进行阳极氧化过程中，导电层40可稳定向铝材料结构体3输送电流，确保铝材料结构体3导电均匀，便于为铝材料结构体3被完全氧化。

本实施例的步骤10中，采用导电胶作为导电层40，将导电胶涂履在经过抛光处理的铝材料结构体的一面上，对铝材料结构体的一面进行密封，防止电解液进入铝材料结构体3和导电层40之间，并确保可稳定向铝材料结构体输送电流；另外，为了保证铝材料结构体只有暴露面进行阳极氧化，在铝材料结构体的边缘也涂履有导电胶，使铝材料结构体放入电解液后只有暴露面与电解液接触。

具体的，如图3所示，将本实施例的铝材料结构体3放置在电解池装置中的阳极导电片1与电源正极连接，阴极导电片2与电源负极连接；本实施例的步骤20中，本实施例中的经过抛光处理后得到的铝材料结构体3厚度200μm；本实施例中的电解液为草酸，浓度为0.3mol/L，将铝材料结构体3连接在阳极导电片上，以石墨片与电源负极连接并作为阴极，在电解液中进行电解，溶液起点温度6℃，在以电压为60V电压下进行阳极氧化4.5小时，铝材料结构体3出现穿透现象，再持续阳极氧化3小时，铝材料结构体被完全氧化，阳极氧化结束，溶液温度为27℃。另外，本实施例中的电解液还可以为硫酸等。

具体的，铝材料结构体被完全氧化所需要的时间与铝材料结构体厚度、电解液的类别、电解液的浓度、溶液的温度、电解电压等条件有关，可以通过调节电解液的类别、电解液的浓度、溶液的温度、电解电压来控制铝材料结构体被完全氧化的时间。

本发明的一个实施例，在所述步骤20与所述步骤30之间，还包括步骤25，对所述步骤20形成的所述多孔阳极氧化铝模板进行清洗，干燥；具体的，本实施例采用蒸馏水对多孔阳极氧化铝模板进行清洗，洗除去电解液残留等杂质组分，再将多孔阳极氧化铝模板晾干，增加多孔阳极氧化铝模板的强度，便于将将多孔阳极氧化铝模板与所述导电层40分离；另外，对多孔阳极氧化铝模板干燥的方式还可以为风干、晒干等。

通过本实施例的多孔阳极氧化铝模板的制备方法制备多孔阳极氧化铝模板，由于导电层40将铝材料结构体3的一面密封，防止电解液进入铝材料结构体3和导电层40之间，在对所述铝材料结构体3进行阳极氧化过程中，导电层40可稳定向铝材料结构体3输送电流，确保铝材料结构体3导电均匀，从而可以获得无铝基底的多孔阳极氧化铝模板，如图6所示；多孔阳极氧化铝模板完全没有铝基底，因此，不需要剥离铝基底。

本实施例的阳极导电片1为导电金属片，另外本实施例也可以以惰性金属直接作为阴极，例如采用铂片作为阴极。

本发明的一个实施例，所述步骤20中的阳极氧化包括两次阳极氧化，依次为完成第一次阳极氧化、去除第一次阳极氧化形成的氧化层及进行第二次阳极氧化；先通过第一次阳极氧化得到氧化铝模板，再将得到氧化铝模板清洗后，基底表面留下规则排列的凹形痕迹，再进行第二次阳极氧化，制得高度有序的多孔阳极氧化铝模板。

实施例二：

本实施例二是实施例一的一种改进技术方案，与实施例一不同的是：本实施例中的所述导电部为导电体；如图4所示，本实施例的导电体41为导电金属，为了便于将贴合连接在导电体41上。

本发明的一个实施例，所述导电体上设有适配安装所述铝材料结构体的安装槽，通过在导电体41上设有可以适配安装铝材料结构体3的安装槽，安装槽的尺寸略大于铝材料结构体3的尺寸，将铝材料结构体3安装在导电体41上的安装槽后，铝材料结构体3与安装槽的边缘之间形成间隙，再用密封胶将铝材料结构体3与安装槽边缘存在的间隙密封，只让铝材料结构体3位于电解液的一侧面暴露且与电解液接触，通电后铝材料结构体3从位于电解液的一侧面被阳极氧化形成多个孔道，直到铝材料结构体3被完全氧化形成多孔阳极氧化铝模板；再将填充在铝材料结构体3与安装槽的边缘之间的间隙内的密封胶去掉，取出多孔阳极氧化铝模板；具体的，本实施例的导电体41上的安装槽的尺寸根据需要进行阳极氧化的铝材料结构体3的尺寸进行对应开设；进一步的，本实施例可以直接将导电体41作为阳极导电片1，而将导电体41与电源正极连接。另外，铝材料结构体3贴合连接在导电体41上可以采用其它的方式；具体的，本实施例可以采用没有经过抛光处理的铝材料结构体作为导电体41，也可以采用其它的导电金属。

实施例三：

本实施例三是实施例一的一种改进技术方案，与实施例一不同的是：本实施例中的铝材料结构体包括多片拼接在一起的铝片，多片所述铝片之间密封贴合。

具体的，本实施例三与实施例一不同的是，本实施例三的中的铝材料结构体3设有多片，如图5所示，多片铝片30拼接在一起，将导电部与阳极连接，多片所述铝片30之间密封贴合，多片铝片30之间相互导电；本实施例通过边缘密封对多片所述铝片30进行密封并将多片铝片30拼接在一起。

本实施例三进行阳极氧化的时间与拼接在一起的铝片30的数量相关，具体的，通过本实施例三的多孔阳极氧化铝模板的制备方法制备多孔阳极氧化铝模板，由于导电部在位于最外侧的一片铝片的外侧面密封，防止电解液进入铝片30和导电部之间，在对所述铝片30进行阳极氧化过程中，导电部可稳定向铝片30输送电流，确保铝片30导电均匀，位于最外侧的另一铝片30的的外侧面暴露在电解液中并被氧化，随着通电时间的延长，多片铝片30依次暴露在电解液中的并被氧化，穿透部分或全部的铝片30形成若干多孔阳极氧化铝模板完成。

实施例四：

本实施例四是实施例一的一种改进技术方案，与实施例一不同的是：本实施例四提供的多孔阳极氧化铝模板的制备方法，所述步骤20中还包括以下步骤：

步骤20.5，所述铝材料结构体从所述暴露面氧化至部分被阳极氧化后，停止阳极氧化，取下所述铝材料结构体，将所述导电部分离；

步骤20.6，在所述铝材料结构体已经被阳极氧化的一面上密封设有导电部；

步骤20.7，将所述铝材料结构体放入电解液中，并将步骤20.6中所述导电部与阳极连接，对所述铝材料结构体继续进行阳极氧化，直至所述铝材料结构体被完全氧化。

具体的，本实施例四与实施例一不同的是，本实施例四中从铝材料结构体3的两面对铝材料结构体进行阳极氧化，具体的，所述铝材料结构体从所述暴露面氧化至部分被阳极氧化后，停止阳极氧化，取下所述铝材料结构体，将所述导电部分离；让未进行阳极氧化的面暴露；接着，在所述铝材料结构体已经被阳极氧化的一面上密封设有导电部，从而可以对所述铝材料结构体已经被阳极氧化的一面上密封，防止电解液再进入到氧化形成的孔道内；将所述铝材料结构体放入电解液中，并将步骤20.6中所述导电部与阳极连接，由于铝材料结构体3贴合连接在导电部上，在对所述铝材料结构体3继续进行阳极氧化过程中，导电部可稳定向铝材料结构体3输送电流，确保铝材料结构体3导电均匀，从而可以对所述铝材料结构体继续进行阳极氧化，直至所述铝材料结构体被完全氧化被完全氧化，获得具有两面的孔径不同的多孔阳极氧化铝模板，如图7所示，多孔阳极氧化铝模板完全没有铝基底，因此，不需要剥离铝基底。

具体而言，通过本发明的多孔阳极氧化铝模板的制备方法制备多孔阳极氧化铝模板，在对所述铝材料结构体进行阳极氧化过程中，导电部可稳定向铝材料结构体输送电流，确保铝材料结构体导电均匀，并从所述暴露面氧化，直至所述铝材料结构体被完全氧化，从而可以获得没有铝基底的多孔阳极氧化铝模板，因此，不需要剥离铝基底，可以省去剥离铝基底所带来的不便，简化多孔阳极氧化铝模板生产步骤、并提高生产效率，减省人力物力。

另外，除本实施例公开的技术方案以外，对于本发明中的阳极氧化、抛光处理等工艺可参考本技术领域的常规技术方案，而这些常规技术方案也并非本发明的重点，本发明在此不进行详细陈述。

在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。