[发明专利]一种阶梯降压扩孔制备氧化铝模板的方法

说明书

技术领域

本发明属于制备纳米介孔材料的技术领域，涉及一种阶梯降压扩孔制备氧化铝模板的方法。

背景技术

模板法是一种制备一维纳米材料的重要方法，在制备二次阳极氧化铝模板的过程中，可以通过控制不同实验条件（如沉积时间、温度、PH值等）得到具有不同几何参数和形貌的氧化铝模板。制备的氧化铝模板的特性直接影响到后续一维纳米材料（纳米线、纳米管等）的制备，因此，模板的制备在合成一维纳米材料的过程中显的尤为重要。

目前，使用较多的模板主要有草酸模板、硫酸模板以及磷酸模板,在这三种模板中草酸模板由于氧化电压相对比较适中而得到广泛应用，硫酸模板的氧化电压比较低，而磷酸模板的氧化电压相对较高。对于同一种模板，氧化电压与孔洞的直径成正比，即氧化电压越大孔洞直径就会越大。氧化过程的温度基本维持在0-10℃之间，温度过高会使反应过于剧烈迅速而不易形成孔洞结构，在0-10℃之间，电解液的温度越高制备的模板的孔洞越大，这是由于温度越高电解液的腐蚀性越强。氧化时间随实验要求可以自主调节，氧化时间主要是影响制备的模板的厚度，时间越长厚度越大。两次氧化所使用的氧化电压需要保持相同。

当前所制备的二次氧化铝模板在孔洞底部和铝基底之间都存在一层阻挡层，阻挡层的厚度在很大程度上影响了后续一维纳米材料的沉积，若阻挡层厚度过大使电子很难穿越，沉积过程就不能发生，因此，减小氧化铝模板阻挡层的厚度是沉积之前的必需过程。然而目前所制备的氧化铝模板在第二次氧化完成以后没有做后续的减小阻挡层的处理，使得制备的氧化铝模板虽然在形貌上排列整齐但却不利于一维纳米材料的沉积，而且阻挡层较厚会导致沉积电压偏大，容易破坏模板结构。此外，经过二次阳极氧化制备的草酸氧化铝模板由于孔洞直径较小，在沉积过程中不利于溶液的扩散使得沉积过程缓慢而且沉积的纳米材料致密度不高，沉积效率偏低。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种阶梯降压扩孔制备氧化铝模板的方法，能够实现对氧化铝模板的阻挡层厚度、模板孔洞的长度和直径的精确控制；所需设备简单，操作工艺便利，实验参数易于控制。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种阶梯降压扩孔制备氧化铝模板的方法，包括以下步骤：

1）抛光后的铝箔作为阳极，铂电极作为阴极，将阳极、阴极放入酸性电解溶液中并连通电源后，进行第一次阳极氧化，氧化时间为1～5h；

2）第一次阳极氧化完成后，除去阳极表面的氧化铝膜后，进行第二次阳极氧化，氧化时间为1～5小时；

3）第二次氧化完成后，进行阶梯降压处理：阳极、阴极之间的电压按1～3V/min的速率降压，直至降到16V以下，然后断开电源；

4）阶梯降压处理完成后，将铝箔用水清洗后放入扩孔液中进行扩孔处理10～60min。

所述的铝箔在抛光前还进行以下处理：

1）将铝箔在350～580℃的温度下退火处理0.5～3h；

2）退火后的铝箔在丙酮溶液中超声处理去除表面油污；

3）去除表面油污后，将铝箔放入氢氧化钠溶液中去除表面氧化铝，然后进行电化学抛光。

所述的铝箔在抛光前的处理为：

1）将铝箔在400～450℃的温度下退火处理1～2h；

2）退火后的铝箔在丙酮中超声处理10～15min去除表面油污；

3）去除表面油污后，将铝箔放入质量浓度为10～30％的氢氧化钠溶液中处理5～10min去除表面氧化铝；然后进行电化学抛光：

以质量分数计，抛光液包括：40～60%的磷酸、4～10%的铬酸和10～15%的硫酸，其余为水；电化学抛光时铝箔为阳极，阴极为环形电极，抛光温度为60～80℃，电压为12～16V，抛光时间为5～10min。

所述的酸性电解溶液为0.2～0.4mol/L的草酸溶液，温度为0～10℃；电源的电压为30～50V。

第一次阳极氧化完成后，除去阳极表面的氧化铝膜为：将阳极放入60～80℃的除膜液中处理1～2h；将阳极放入60～80℃的除膜液中处理1～2h；所述的除膜液包括10～20g/L的铬酸和40～60g/L的磷酸。

所述的扩孔液为质量浓度为1～5%的磷酸溶液，其温度控制为20～50℃。

所述的铝箔的纯度为99.99%以上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：