多孔陽極氧化鋁研究綜述

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1、第24卷　第2期　　　　　　　　　　　　許昌學(xué)院學(xué)報　　　　　　　　　　　Vol.24.No.22005年3月　　　　　　　JOURNALOFXUCHANGUNIVERSITYMar.,2005文章編號:1671-9824(2005)02-0028-09多孔陽極氧化鋁研究綜述陳新華(許昌學(xué)院化學(xué)系,河南許昌461000)　　摘　要:多孔陽極氧化鋁由于其在制備納米結(jié)構(gòu)材料方面的重要應(yīng)用而引起了人們的廣泛關(guān)注.一般認(rèn)為:多孔陽極氧化鋁多孔層的膜胞以六角形緊密堆積排列,每個膜胞中心都有一個納米級的微孔,孔徑大小和孔間距可以通過制備條件加以控制.文章

2、綜述了多孔陽極氧化鋁的結(jié)構(gòu)、合成、形成機理和應(yīng)用等方面的研究現(xiàn)狀.關(guān)鍵詞:多孔陽極氧化鋁;結(jié)構(gòu);制備;機理;應(yīng)用+中圖分類號:O614.31;O488文獻標(biāo)識碼:A　　早在19世紀(jì)中期,人們就發(fā)現(xiàn)鋁的表面通過電化學(xué)陽極氧化可以形成一層致密的氧化膜,并發(fā)現(xiàn)這層氧化膜極大地提高了鋁表面的耐腐蝕性和耐磨性.鋁的陽極氧化工藝最早出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代,在不同的氧化條件下,會產(chǎn)生致密型和多孔型兩種氧化結(jié)果.形成這種不同結(jié)構(gòu)的條件主要取決于氧化時所用電解質(zhì)的類型:一般來說,采用硼酸等幾乎不溶解氧化膜的酸作為電解質(zhì)會形成致密無孔的陽極氧化膜;采用硫酸、磷酸

3、、草酸等溶解能力較強的酸作為電解質(zhì)則會形成多孔型的陽極氧化膜.多孔型陽極氧化鋁膜過去主要用作著色層和粘接工藝的過渡層.但近年來,人們逐漸認(rèn)識到多孔陽極氧化鋁(porousanodicalumina/PAA)膜的獨特結(jié)構(gòu)可以制備大范圍的自組織生長的規(guī)則排列的納米材料陣列,這對于納米科學(xué)的研究有著非常重要的意義.由于所制備的納米結(jié)構(gòu)陣列尺寸微小,并且有著一致的方向性和形狀特征,[1～3][4,5]具有非常高的縱橫比,因此在光譜特性、磁性、場[6～9][10][11]發(fā)射特性、電容特性、生物酶活性和化學(xué)催[12～14]化等方面都表現(xiàn)出了驚人的獨特性

4、質(zhì).目前的研究[15][16]領(lǐng)域已經(jīng)擴展到太陽能電池、磁性存儲、高密度場發(fā)[17,18][19]射、納米半導(dǎo)體材料、納米電容、碳納米管、人造類[20]脂化合物模板、多孔型納米材料制備等諸多領(lǐng)域.1　結(jié)構(gòu)特征1953年,Keller首次提出了多孔陽極氧化鋁(PAA)膜[21]的結(jié)構(gòu)模型-Keller模型,此模型的明顯特征是每個呈六邊形的膜胞中含有一個孔洞,同時他還提出每個孔具有星形橫斷面.后來Wood和O′Su11ivan又對Keller模型進[22]行了改進,認(rèn)為PAA膜的孔形應(yīng)該是圓形,星形的孔洞很少遇到.基于以上的認(rèn)識提出了新的PAA膜

5、的結(jié)構(gòu)模型,這個模型一直受到大家的認(rèn)同和接受.目前比較基本圖1　多孔陽極氧化鋁六邊形結(jié)構(gòu)示意圖的認(rèn)識是:陽極氧化鋁膜由阻擋層(BarrierLayer)和多孔層(PorousLayer)構(gòu)成.緊靠金屬鋁一側(cè)是薄而致密的阻擋層,而在其上是比較厚而疏松的多孔層.阻擋層致密無收稿日期:2004-12-25作者簡介:陳新華(1971-),男,河南虞城人,碩士,講師,主要研究方向:納米結(jié)構(gòu)材料和功能界面材料1　第24卷第2期　　陳新華:多孔陽極氧化鋁研究綜述29孔,具有很高的電阻,其厚度與陽極氧化電壓和氧化時間有關(guān),一般為幾到幾十納米;多孔層的膜胞以六

6、角形緊密堆積排列,每個膜胞中心都有一個納米級的微孔,孔大小均勻,且與鋁基體表面垂直,彼此平行排布(如圖1所示).-+孔壁氧化物上存在著羥基,可以與一些有機基團結(jié)合而修飾孔內(nèi)壁,但H2O、OH、H的含量<1%.2-電解液的陰離子會嵌入孔壁的微晶中,如H2SO4作電解液時,膜中SO4含量可高達11%,只有經(jīng)過多次[23]洗滌才有可能降低.2　制備技術(shù)2.1　制備方法目前普遍采用純度在99.99%以上的高純鋁箔作為反應(yīng)材料,鋁箔厚度一般在(0.1～1)mm之間.一般來說,PAA膜的制備主要包括以下工藝步驟:高溫退火(可選)→機械拋光(可選)→超聲或

7、化學(xué)去脂→去除自然氧化層→化學(xué)拋光→陽極氧化→化學(xué)腐蝕去除剩余鋁基→通孔及擴孔.[24]高溫退火可以在500°C的空氣中退火4h,高溫退火能夠消除鋁基體內(nèi)部應(yīng)力和其他缺陷,防止氧[25]對鋁內(nèi)部的進一步氧化.去脂工藝一般采用在有機溶劑中超聲去脂的方法.化學(xué)拋光工藝目前多采用”[25]高氯酸/乙醇”的混合配方,或者”H3PO4、HNO3、CH3COOH”的混合酸,也有人采用”磷酸/乙醇”的混[26]合配方.化學(xué)拋光效果的優(yōu)劣將影響膜表面的性質(zhì)和孔的形成,因為有序孔陣列僅在光滑的拋光鋁表[27]面上獲得.陽極氧化過程在恒溫環(huán)境中進行,反應(yīng)液一般采

8、用酸性較強的能夠溶解氧化鋁的多元酸(如[28]草酸、硫酸、磷酸、鉻酸等或者其混合酸),也可以采用堿性溶液(如氫氧化鈉溶液),但成孔質(zhì)量不如酸性溶液.根據(jù)反應(yīng)液的不同