[发明专利]利用微纳球排列进行图案预制制备多级结构氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化铝模板技术领域，具体涉及一种利用微纳球排列进行图案预制制备多级结构氧化铝模板的方法。

背景技术

氧化铝薄膜(AAO)是通过电化学方法氧化高纯铝得到的自有序纳米孔材料，因为其作为模板材料在多功能纳米结构的制备方面具有广泛应用而备受关注。选择不同的电解液，调节电压可以较容易的调控模板的周期，薄膜的厚度以及孔径的大小，尺寸分布可从几十纳米到几百纳米。

已有的制备氧化铝模板的方法主要分为两种。一种是两次氧化法，即把第一次氧化得到的薄膜去掉后，在其基础上重新氧化。另外一种则是预先在铝箔上给定一个结构，然后按照这个结构进行氧化，这种方法主要分为压印和光刻技术。两种方法各有优势，也都存在问题。两次氧化法得到的氧化铝模板存在部分缺陷，不能够实现高度有序结构，而压印和光刻的方法虽然能够实现高度有序的周期结构，却存在着成本高，效率低，不容易实现的问题。

此外，现有的制备氧化铝的方法只能得到具有普遍特性的六方结构。在开发新型结构的氧化铝模板方面存在空缺，研究出新型结构将开拓氧化铝的更为广泛的应用。

发明内容

本发明目的是提供一种利用微纳球二维排列图案预制方法制备复式周期多级结构的氧化铝模板的方法。

该方法的优点和特点是：1、该方法可以实现AAO较大面积的孔道有序度；

2、利用该方法可以得到一种具有复式周期多级结构的氧化铝孔道薄膜。

本发明以高纯铝为原料，经过退火，清洗和抛光处理后，以聚苯乙烯小球或其它材质微球为掩膜，在表面进行图案化，最后在磷酸的电解液中进行氧化，得到孔径周期可调的多级结构的氧化铝模板，其步骤为：

1)铝片预处理：将厚度为0.2～0.4mm的铝片在氮气保护、450～550℃温度条件下退火处理4～5小时除去铝片应力，随后在丙酮中超声30～60min去除表面油脂，干燥处理后对其进行电化学抛光；电化学抛光选择体积比为1∶3.5～1∶4.5的高氯酸与乙醇的混合溶液为电解液，电化学抛光的电压为15～19V，温度为0～7℃；

2)铝片的图案化预制：将粒径350nm～830nm的微纳球排列成有序六方结构的单层膜，并转移到步骤1)处理好的铝片表面；使用离子束刻蚀的方法使微纳球的体积减小20％～40％，再在载有体积缩小的微纳球的铝片表面真空蒸镀一层厚45～80nm的铝膜；然后将铝片在乙醇与水的混合溶液中超声处理，将微纳球去除，即得到图案化的铝基底；微纳球可选用聚苯乙烯微球，二氧化硅微球等；有序六方结构的排列方法为界面组装方法、滴涂控制溶剂挥发速度的方法等；而对于不同材料的微纳球刻蚀条件不同，如聚苯乙烯微球选用O₂为刻蚀气体，二氧化硅微球选用CHF₃为刻蚀气体；

3)以步骤2)得到的图案化的铝基底为阳极，惰性金属为阴极，采用一次阳极氧化的方法制备氧化铝模板；以磷酸为电解液，温度为0～4℃，根据图案化的周期大小选择相应的氧化电压，电压范围为50V～125V；再将得到的氧化铝模板经过磷酸扩孔处理后，即制备得到复式周期的多级结构氧化铝模板。

本发明方法的优势在于得到了多级结构的氧化铝模板，能够调控结构形貌、孔径及孔间距，得到的模板在较大范围内高度有序。

附图说明

图1：制备图案化铝基底的过程示意图；

图1A是在铝基底的表面载有体积缩小的有序六方结构的微纳球示意图；

图1B是在载有体积缩小的有序六方结构微纳球的铝基底表面蒸镀一层铝膜；

图1C是去掉微纳球后的图案化铝基底；

其中，1是铝片；2是体积缩小的微纳球；3是铝膜；

图2：六方堆积的聚苯乙烯微球的SEM图片；

图3：六方结构的图案化铝基底的SEM图片；

图4：实施例1得到的六方结构多级结构的氧化铝模板的SEM图片；

图5：实施例1得到的多级结构氧化铝模板的反射光谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

1、将纯度为99.999％、厚度为0.3mm的铝片切割成1cm×2cm的小片，在500℃高纯氮气的保护下退火4小时，取出按压平整后在丙酮中超声清洗1小时。将上述处理的铝片在4℃的乙醇和高氯酸(体积比4∶1)的混合溶液中进行阳极电化学抛光处理，电压为17V，然后用蒸馏水冲洗干净。