[发明专利]一种孔径和厚度可控、通孔阳极氧化铝膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及阳极氧化铝膜的制备技术，具体为一种制备小孔径、超薄、孔径和厚度可控的通孔阳极氧化铝膜的方法。

背景技术

阳极氧化铝膜由于其高度有序的六角形周期性孔结构，孔洞大小均匀，耐高温，绝缘性好，孔间距、孔密度、孔长和孔径可调等特点，而被广泛作为制备大面积高度有序的各种金属、氧化物、半导体材料的纳米孔、纳米点、纳米棒、纳米线及纳米管阵列结构的模板材料。同时，氧化铝膜还是性能优越的过滤材料、表面防腐材料、催化剂载体、生物陶瓷材料等。

目前，阳极氧化法制得的氧化铝膜都带有铝基体和阻挡层，铝基体的存在限制了阳极氧化铝膜的很多应用，如在高温(大于600℃)条件下制备各种纳米材料；铝基体和阻挡层的存在也限制了其在过滤膜等需要两端开口微孔的应用，因此在用氧化铝膜做模板和分离用时，往往要去掉背面的铝基体，同时去除氧化铝底端的阻挡层。以往去除铝基体的方法主要是化学方法、电化学方法和等离子体刻蚀法，而去除阻挡层的通用开孔方法有离子轰击和磷酸湿化学刻蚀开孔处理；这些方法都会引入其它杂质，成本较高、过程复杂、时间较长，且对阳极氧化铝的孔道有破坏作用。近几年，发展了一种阶梯降压阳极氧化法一步去除铝基片和阻挡层技术(文献1，JH Yuan，FY He，DC Sun，XH Xia.Chem.Mater.16：1841-1844(2004)，文献2，JH Yuan，W Chen，RJ Hui，YL Hu，XH Xia.Electrochimica Acta 51：4589-4595(2006))；该技术具有过程简单、时间短、不破坏阳极氧化铝纳米孔道结构等特点。但是目前利用该方法报道的通孔阳极氧化铝膜的最小纳米孔道尺寸仅为20nm，且阳极氧化铝膜两端孔径区别较大，另外没有关于超薄、通孔、阳极氧化铝膜制备技术的报道。随着当今纳米技术的快速发展，直径小于20nm、长度可控的纳米阵列材料在电子结构、物理和化学性能等诸多方面展示了不同于块体材料的独特之处，因此获得小直径、长度可控的纳米有序材料越来越受到人们的广泛关注。基于此，阳极氧化铝膜作为模板或过滤等材料时，如何获得小尺寸、超薄、通孔、尺寸均匀、孔径和厚度可控的阳极氧化铝膜成为纳米材料制备研究中的一个重点和难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小孔径、超薄、孔径和厚度可控、孔尺寸均匀、通孔阳极氧化铝膜的制备方法，该方法简单、所需时间短、环境友好、且不破换阳极氧化铝的纳米孔道，解决了现在无法得到小孔径、超薄、孔径和厚度可控的通孔阳极氧化铝膜的技术难题。

本发明的技术方案是：

一种小孔径、超薄、孔径和厚度可控、通孔阳极氧化铝膜的制备方法，以高纯铝(铝含量≥99.9wt％)为阳极，硫酸的水溶液为电解液，选择适当的阳极氧化电压和氧化时间、电解液温度和浓度，在合适浓度的硫酸电解液中施加一恒定的直流电压进行阳极氧化；阳极氧化结束后，将电解液换为合适温度和浓度的高氯酸和丙酮的混合液，在高于阳极氧化电压5～15V的电压下进行短时间的电解处理，最后可得到小孔径、超薄、孔径和厚度可控、通孔的阳极氧化铝膜。

所述的小孔径、超薄、孔径和厚度可控、通孔阳极氧化铝膜的制备方法，电解液的种类为硫酸的水溶液，电解液浓度为5～40wt％，阳极氧化的电压为直流恒压，电压值为3～20V；电解液温度为：-10～20℃；一次阳极氧化时间为2～5小时，二次极氧化时间为15min～10h。

所述的小孔径、超薄、孔径和厚度可控、通孔阳极氧化铝膜的制备方法，高氯酸和丙酮的混合液的体积比为1～10∶1，混合液温度为20～50℃，在该混合液中电解处理的阴阳极间电压为高于阳极氧化电压5～15V的直流电压。

所述的小孔径、超薄、孔径和厚度可控、通孔阳极氧化铝膜的制备方法，通孔阳极氧化铝膜的最薄厚度为1.5μm，且其厚度在1.5～200μm范围内精确可控。所述膜的厚度精确可控是指阳极氧化铝膜的厚度在1.5μm以上，可通过控制不同阳极氧化条件下的氧化时间来精确调控，调控精度为0.1μm。

所述的小孔径、超薄、孔径和厚度可控、通孔阳极氧化铝膜的制备方法，阳极氧化铝膜的最小孔径(孔道尺寸)约为6nm，且孔径均匀、规整，孔径在6nm与20nm范围内均匀精确调控，孔隙率为20％～35％。所述孔径尺寸精确调控是指阳极氧化铝膜的孔径由阳极氧化电压和温度确定，阳极氧化铝膜的纳米孔道尺寸在6nm以上，可在0.5nm精度范围内精确调控，例如6.5nm、7nm、7.5nm、8.0nm等。