氧化鋁模板的制備及其應(yīng)用.doc

AAO模板的制備及其應(yīng)用李曉潔 張海明 胡國峰 李育潔（天津工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 天津 300160）摘要：AAO模板由于其價(jià)廉，制備工藝簡單，以及特殊的結(jié)構(gòu)和多樣的組裝方法得到了廣泛的研究和應(yīng)用。本文主要介紹了AAO模板的制備方法、影響因素，和其在納米組裝體系中的應(yīng)用，包括納米線，納米管，量子點(diǎn)和“電纜式”層狀納米材料等。關(guān)鍵詞：二次陽極氧化 氧化鋁模板（AAO） 納米材料Fabrication and application of AAO templateLi Xiaojie Zhang Haiming Hu Guofeng Li Yujie(TianJin Polytechnic University College of Science 300160)Abstract:Key words:圖1 AAO模板微結(jié)構(gòu)Fig.1 The microstructure of AAO template自1953年Keller等1首先報(bào)道了用電化學(xué)的方法制備了多孔氧化鋁膜以來，這種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的被廣泛用于各種納米結(jié)構(gòu)材料的制備。多孔氧化鋁模板（AAO）具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，緊靠鋁基體表面是一層薄而致密的氧化鋁阻擋層，上面則是較厚且疏松的多孔層，多孔層的膜胞是六角密堆排列，每個(gè)膜胞中心有一個(gè)納米級(jí)的孔道，孔徑一般為5-200nm，多孔層的厚度一般為1-50m，且孔基本與表面垂直。這種特異的結(jié)構(gòu)使得這種多孔膜在納米結(jié)構(gòu)有序陣列的制備中發(fā)揮著獨(dú)特的優(yōu)勢，因而也成為當(dāng)前納米材料與技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。它的優(yōu)點(diǎn)是：(1)制備工藝簡單、孔徑大小均勻可調(diào)、價(jià)廉；(2)AAO模板本身耐高溫、絕緣、在可見和大部分紅外光區(qū)透明；(3)適用于金屬、合金、非金屬、半導(dǎo)體氧化物和硫化物、導(dǎo)電高分子、高分子聚合物等多種材料的組裝；(4)適合制備納米粒子直徑大小一致的單分散陣列體系，去除AAO模板得到納米粒子、線、棒和管納米結(jié)構(gòu)單元，復(fù)制金屬和高分子聚合物等模板；(5)采用層層組裝，可制備同軸納米套管(或電纜)等納米結(jié)構(gòu)材料；(6)可通過改變模板內(nèi)被組裝物質(zhì)的成分和納米顆粒的形狀比來調(diào)節(jié)納米結(jié)構(gòu)材料的性能。21.AAO模板的制備1.1 AAO模板制備的一般流程制樣清洗拋光一次氧化去除一次氧化膜二次氧化去除鋁基底去除阻擋層得到AAO模板圖二.AAO模板的制備流程Fig.1 fiow of fabricationAAO模板的制備一般都采用二次陽極氧化法。二次陽極氧化法是由一次氧化法改進(jìn)而來。在去除一次氧化膜的鋁片上留下的一次氧化后的凹坑上繼續(xù)二次氧化，得到的AAO模板的孔洞排列更加均勻，有序。1.2 影響AAO模板孔徑和質(zhì)量的因素 實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中我們要根據(jù)需要調(diào)節(jié)AAO模板的孔徑大小和孔洞長度，這就需要考慮AAO模板生長的影響因素。大量試驗(yàn)得到如下幾個(gè)影響因素：電解質(zhì)類型：現(xiàn)在常用的電解液主要有硫酸、鉻酸、草酸、磷酸，以及它們之間的混合酸6，還有磷酸和乙醇的混合溶液3等。所選電解質(zhì)類型不同，AAO模板的孔徑范圍及有序性也會(huì)不同。電解溫度：電解溫度是根據(jù)電解液的不同而不同的，但是對(duì)于現(xiàn)在常用的幾種電解液電解溫度都不高。都在室溫以下。溫度過高直接影響AAO模板孔洞排列有序性，和成孔質(zhì)量。氧化電壓：在電解液類型和濃度一定的情況下，隨著氧化電壓的升高，孔徑和孔間距也隨之增大。氧化時(shí)間：氧化時(shí)間越長成膜越厚，AAO孔道越長，孔洞的排列越趨向周期性的規(guī)則排列。根據(jù)大量報(bào)道在下表列出了不同條件下AAO模板孔徑的典型范圍：電解質(zhì)類型電解質(zhì)溫度氧化電壓（V）孔徑（nm）10%wt硫酸0-1520200.3Mol/L草酸0-15405010%wt磷酸0100100磷酸+乙醇-10-1019525042.AAO模板的應(yīng)用 在20世紀(jì)70年代，人們開始利用AAO模板來生長其它材料。Masuda等利用AAO模板，采用二步復(fù)制過程成功的生長了量子尺寸的CdS，用真空蒸鍍的方法制備了高度有序的Cu納米線點(diǎn)陣列。1994年，Martin報(bào)道了利用AAO模板進(jìn)行納米功能結(jié)構(gòu)的合成，引起人們的廣泛關(guān)注5。由于AAO模板的特殊物理結(jié)構(gòu)，使它主要應(yīng)用于納米材料的生長.包括納米管，納米線，以及量子點(diǎn)。2.1，納米管1991年日本科學(xué)家(Iijima)發(fā)現(xiàn)碳納米管。目前利用AAO模板制備納米管的方法主要有模板浸潤法，電化學(xué)法 ，化學(xué)沉積法，溶膠凝膠法等2.2 納米線2.3 量子點(diǎn)參考文獻(xiàn)1 吳玉程，馬杰等，氧化鋁納米有序陣列模板的制備工藝及應(yīng)用，中國有色金屬報(bào)，2005，15(5):681687.2 利用aao模板合成納米材料 張吉林，洪廣言 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所稀土化學(xué)與物理開放實(shí)驗(yàn)室長春3 Fabrication of highly ordered nanoporous lumina films by stable high-field anodization Nanotechnology 17 (2006) 510151054多孔陽極氧化鋁膜的生長規(guī)律 黃伯賢 井紅旗 河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol. 30 No. 3 May. 20065 胡慧芳，氧化鋁陣列模板制備及機(jī)理研究，重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.10,11166Pore diameter control of a