[发明专利]制备有序多孔氧化铝模板的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，涉及一种低成本规模化制备有序多孔氧化铝模板的方法及相应电化学装置。

背景技术

有序多孔氧化铝是高纯铝箔经电化学阳极氧化后得到的一种具有纳米有序孔道结构的氧化膜。早在1953年，美国学者Keller等人就采用电化学阳极氧化法制备出多孔氧化铝膜，但孔的有序性不佳，未能引起科学界的重视。1978年以来，Wood教授课题组在Nature杂志上发表了利用阳极氧化高纯铝的方法制备出有序多孔氧化铝，引起科学界的广泛关注。1995年，Masuda等在Science杂志上发表了利用两次阳极氧化高纯铝的方法制备出高度有序的多孔氧化铝，这一方法成为随后制备有序的多孔氧化铝的主要方法。两次阳极氧化法制备的有序多孔氧化铝，其孔径在20nm-200nm范围内，孔间距在50nm-400nm范围内连续可调。

由于阳极氧化铝具有较高的硬度和强度，优良的热稳定性，均匀的气孔尺寸和高的气孔密度以及制备方法简单、成本低等优点，被广泛用作模板和基质材料。将将电化学方法、溶胶凝胶法、物理或化学气相沉积法与有序多孔氧化铝模板技术相结合，通过对氧化铝模板的填充，可以制备出金属、半导体陶瓷和高分子材料的纳米线或纳米管，材料直径可以通过调节有序多孔氧化铝孔洞大小来控制，材料长度可以通过控制复合物沉积量多少来控制。由于纳米材料的尺寸效应、量子限制效应、主/客体间界面的耦合效应，使得这类材料表现出特殊的光学、电学、磁学、催化等性能。另外，有序多孔材料的孔道是开放并互相连通的，组装体系中纳米材料与孔壁间存在着界面，孔内颗粒自身存在着自由表面，并与环境介质相接触。由于纳米颗粒表面的高活性，对周围的气氛、温度、相对湿度等环境条件十分敏感，构成的微腔反应器可以形成一系列既不同于纳米颗粒也不同于介孔材料性能的独特的传感材料。目前市场上能买到的有序多孔氧化铝模板，价格昂贵，导致大多研究人员只好自制纳米有序多孔氧化铝模板，因而，需要耗费大量的时间、精力与实验材料，严重制约了研究课题的进展速度。因此，低成本规模化制备有序多孔氧化铝模板已成为当前一项紧迫的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备有序多孔氧化铝模板的方法及装置，其实现了以较低的成本且规模化的制备有序多空氧化铝模板的电化学装置。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种制备有序多孔氧化铝模板的方法，其包括以下步骤：

1)去除高纯铝片上的污渍及氧化膜，并抛光；

2)用步骤1)中的铝片作为阳极，贱金属片作为阴极，采用两次阳极氧化法制备有序多孔氧化铝模板；

进一步，步骤1)中铝片在450～550℃马弗炉中保温3～8h，随炉冷却至室温后取出，依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗3～5min，去除铝表面的污渍；

前述铝片置于50～60℃的5-10wt％氢氧化钠溶液中腐蚀1～3分钟，去除其上氧化膜；

将以上铝片进行电化学抛光，抛光液为90-95vol％磷酸+3-6vol％硫酸+15-20g/L CrO₃混合液，在70-90℃水浴池中，保持电流在0.5～0.9A之间，抛光时间在3～7min之间；

将以上铝片作为阳极，贱金属片作为阴极，用0.2～0.4M草酸为电解液，电解液温度控制在0～5℃之间，在20V-140V直流电压下进行第一次阳极氧化，其氧化时间控制在4～8h之间；然后将阳极铝片取出，在5～8wt％的磷酸与1～2wt％的铬酸的混合溶液中浸泡7～12小时，温度控制于45～70℃之间，去除第一次阳极氧化产生的多孔氧化膜；将以上处理后的铝片放入阳极，以与第一次不同类型的电解液及电压进行第二次阳极氧化，其电解液温度同样控制在0～5℃之间，氧化时间也同样控制于4～8h之间。

第二次阳极氧化的电解液为硫酸时，其对应电压为18～25V；电解液为草酸时，其对应电压为30～50V；电解液为磷酸时，其对应电压为100～150V。

所述的贱金属片为铝、铜、铁。

所述的阴极、阳极均为多个，采用导线分别并联控制对铝片进行阳极氧化。

一种制备有序多孔氧化铝模板的装置为槽结构，两侧设有若干对小孔，两侧小孔内分别放置与电源连接的阴极和阳极对，阳极、阴极分别并联控制，槽内容纳电解液。

所述槽结构为长方体形，其采用有机玻璃制作，或者采用特氟隆等具有一定机械强度和化学稳定性的高分子材料。

用抛光后的高纯铝片作为阳极，贱金属片(如高纯铝、铜、铁等)作为阴极；

可通过控制调节氧化电压和时间等参数，可制备出不同孔径及膜厚的纳米有序多孔氧化铝膜。