[发明专利]一种自支撑通孔氧化铝膜的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及物理材料领域中制备氧化铝膜的工艺方法，尤其是一种采用在中性水溶液中阴极电解工艺制备自支撑通孔氧化铝膜的方法。

背景技术：

阳极氧化铝膜(Anodic Alumina Membrane，AAM)是一种在阳极氧化过程中自组织生长的具有有序孔洞的纳米结构，因具有高纵横比、高有序性、纳米孔洞尺寸可调、耐高温、绝缘性好等特点而倍受人们青睐。利用模板组装技术获得纳米有序阵列，对于规模化功能器件，如场发射器件、传感器、存储器件、光电器件等的研制具有特别重要的意义。常用的基于多孔氧化铝膜的模板合成方法，如电化学沉积法、电泳沉积法和化学气相沉积法等，通常要使用去除阻挡层的具有通孔结构的有序氧化铝膜。

二步化学腐蚀去除铝基底和阻挡层是制备有序通孔氧化铝膜的常用方法。由于此技术常使用HgCl₂、CuCl₂或SnCl₄等腐蚀液长时间浸泡样品，会在氧化铝膜中引入金属杂质离子，且容易污染环境甚至对人身造成伤害；强脉冲电化学剥离法常在HClO₄的混合液中进行，虽然剥膜时间短，但要求使用较高电压(一般比成膜电压高5～10V)，利用还原反应产生的气体压力将氧化铝膜从铝基底上剥离；逆电剥离法虽然操作简便，但剥膜时间长(超过12小时)，且剥离后的氧化铝膜依然保留了阻挡层，没有形成通孔结构，仍需化学腐蚀以去除阻挡层；采用氩离子轰击技术，沿封闭孔底端的切线方向溅射可以去除阻挡层，但这种方法仍需预先用HgCl₂饱和溶液腐蚀铝基底。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提出一种在中性水溶液中采用阴极电解法制备自支撑通孔有序氧化铝膜的新方法，该方法能实现低能耗、工艺简便、减少环境污染的目标，容易推广实施并适于工业化生产，在纳米结构组装及其器件开发方面具有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明的技术方案中包括预处理、电化学抛光、阳极氧化、减薄阻挡层和电解剥膜与通孔五个工艺步骤。

(1)预处理：先将厚度为0.1mm、纯度为99.5％的金属铝片，依次在丙酮和乙醇中清洗去除表面油污，在大气中晾干后在氧气气氛下500℃退火2小时；

(2)电化学抛光：在高氯酸和乙醇体积比为1∶9的混合液中对预处理后的金属铝片进行电化学抛光3分钟，电压为15V；

(3)阳极氧化：选取电解液为0.3摩尔/升草酸，电压为40V，对抛光后的金属铝片进行阳极氧化6小时；

(4)减薄阻挡层：采用电流回复法减薄阻挡层，每次降低电压1V，直至1V后关闭电源；

(5)电解剥膜与通孔：选取电解液为0.5摩尔/升氯化钾水溶液，保持溶液温度为10℃，以减薄阻挡层处理后的氧化铝膜(AAM/Al)为阴极，以石墨为阳极，电压为-4～-5V，电解3～10分钟。一步法阴极电解即可剥离氧化铝膜，获得自支撑通孔氧化铝膜产品。

本发明在电化学过程中采用的电压均由DH1716型直流稳压稳流电源提供。

本发明制备的产品可用扫描电子显微镜JSM-6390表征氧化铝膜的形貌和结构，其制备工艺方法和产品与现有技术相比具有阴极电解法操作简便、低能耗和无环境污染等优点，制备的通孔氧化铝膜在纳米材料的合成、纳米器件应用开发方面具有广阔的应用前景。

附图说明：

图1为本发明的原理性工艺流程示意图。

图2为本发明在电压为-4V，电解10分钟条件下制备的自支撑氧化铝膜的电镜照片。

图3为本发明在电压为-5V，电解3分钟条件下制备的自支撑氧化铝膜的电镜照片。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例做进一步说明。

实施例1：

本实施例按下列步骤和条件具体制备自支撑通孔氧化铝膜。

(1)预处理：首先将厚度为0.1mm、纯度为99.5％的金属铝片，依次在丙酮和乙醇中清洗以去除表面油污，在大气中晾干，然后在氧气气氛下500℃退火2小时；

(2)电化学抛光：在高氯酸和乙醇体积比为1∶9的混合液中对预处理后的金属铝片进行电化学抛光3分钟，电压为15V；

(3)阳极氧化：选取电解液为0.3M草酸，电压为40V，对抛光后的金属铝片进行阳极氧化6小时；

(4)减薄阻挡层：采用电流回复法每次降低电压1V，直至1V后关闭电源；