[发明专利]纳米结构化的材料、获得该材料的方法及该材料的用途

说明书

发明目的

本发明的目的是纳米结构化的阳极氧化的铝材料，此外，本发明的目的涉及纳米结构化的阳极氧化的铝材料的相应制造方法及最终用途，其特别适于用作用于纳米结构生产的模具。

本发明的材料对象由平行圆筒形纳米管的同质六角形网格构成，其中所述的纳米管垂直于阳极氧化的表面排布，并且是通过位于平面内的孔而形成相互连接的，其中所述的平面与阳极氧化的表面平行。

背景技术

阳极氧化是电解钝化方法，其用于增加金属部件表面上天然氧化物层的厚度。该技术通常在铝上使用，由此生成人工保护性氧化物层，称为阳极氧化铝(AAO)。该层是使用电化学方法取得的，并且提供具有更高化学和机械抗性的电绝缘表面，所述的抗性增加了铝的耐久性。所述的方法可以将其名称归功于这样的事实：待使用所述的材料进行处理的部件在电解方法中在电路中用作阳极。

阳极氧化用于防止诸如铝和钛之类的金属被磨损和腐蚀，从而通过将表面染色而提供除了保护以外的美学优点。阳极氧化技术进行相当长的时间，由其天然白色的氧化铝层直至在形成所述的层后使用颜色(例如金色、青铜色、黑色和红色)染色。

在铝的阳极氧化方法中，生成其之间平行的且垂直于初始基材表面的孔。这些孔被称为纵向孔，并且表征为它们构成了六角形网格。在本领域的状态下，详细地描述了用于调制阳极氧化铝膜纵向孔直径的形状的方法。该纵向孔的直径为低于0.5pm，其为亚微米直径的孔，甚至达到100nm以下的纳米直径。通过在阳极氧化方法中使用的电解质的类型来控制孔的直径。通过再现温度状况、电解质浓度、电压、搅拌控制、受影响的加载表面和合金特征而取得微孔的改进。

具有多种用于染色在阳极氧化方法过程中形成的氧化物层的方法，染色是由无机或有机物质的颜料构成。基于光干涉方法的最新技术可以提供处理(finish)，例如蓝色、珠光灰和绿色。通过光干涉的处理基于对在阳极氧化阶段形成的氧化铝孔进行的随后的改变。

目前，已知纳米管形式的纳米结构化的AAO的制备，以及用于阳极氧化的多种酸性介质(H₂SO₄,H₃PO₄,H₂C₂O₄)(除了阳极氧化条件，例如电压、电流密度、温度等)的特征。事实上，以下文件描述了使用轻度阳极氧化(MA)条件和备选的硬质阳极氧化(HA)来构造纳米管内部直径的差异和可能的优点：

·W.Lee；K.Schwirn；M.Steinhart；E.Pippel；R.Scholz；U.(Nat Nano 2008,3(4),234-239.25)

·W.Lee；R.Scholz；U.Gol'sele(Nano Letters 2008,8(8),2155-2160.26.GD Sulka；A.Brzózka；L.Liu,Electrochimica Acta 2011,56(14)4972-4979)

通常，在较低的阳极氧化电位(轻度阳极氧化(MA))下，阳极氧化的氧化铝膜的生长方法是缓慢的，并且为了达到几十微米厚度需要几天的过程。在使用较高的阳极氧化电位中，硬质阳极氧化(HA)可以增加生长的速率，由此得到更高的厚度。在硬质阳极氧化中，通常使用比轻度阳极氧化更高的电流密度，从而可以改进纵向纳米结构的直径，由此生产具有更大直径的孔。还描述了交替脉冲(一种称为脉冲阳极氧化的方法，其为周期性地交替“轻度阳极氧化”(MA)阶段和“硬质阴极氧化”(HA)方案中的脉冲)制造多孔膜会产生这样的孔，其在硬质阴极氧化区中比轻度阳极氧化区中的直径更宽。就此而言，已知WO2008014977公开的文件，其尤其详细描述了交替MA和HA阶段的应用，其中不同的酸性介质用于阳极氧化，使得纳米管的直径得以调制，这是因为通过HA获得的直径比通过MA生产的直径更小。

EP1884578A1公开的文件描述了基于用于有序的氧化铝薄膜的草酸的阳极氧化方法，其可以容易地在纳米技术和工业中实施。所述的方法为所谓的“硬质阳极氧化”的改进，自二十世纪60年代以来，其已经广泛用于快速制造具有良好的机械特征、较高的厚度(>100pm)和较低的阳极氧化铝膜孔隙率的元件。