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1、第24卷第2期許昌學院學報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(許昌學院化學系,河南許昌461000)摘要:多孔陽極氧化鋁由于其在制備納米結構材料方面的重要應用而引起了人們的廣泛關注.一般認為: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.文章綜述了多孔陽極氧化鋁的
2、結構、合成、形成機理和應用等方面的研究現(xiàn)狀.關鍵詞:多孔陽極氧化鋁;結構;制備;機理;應用+中圖分類號:O614.31;O488文獻標識碼:A早在19世紀中期,人們就發(fā)現(xiàn)鋁的表面通過電化學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果.形成這種不同結構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、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
3、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,人們逐漸認識到多孔陽極氧化鋁(porousanodicalumina/PAA)膜的獨特結構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,這對于納米科學的研究有著非常重要的意義.由于所制備的納米結構陣列尺寸微小,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、生物酶活性和化學催[12~14]化等方面都表現(xiàn)出了驚人的獨特性質(zhì).目前的研究[15][16]領域已經(jīng)擴展到太陽能電池、磁性存儲、高密度場發(fā)[17,18
4、][19]射、納米半導體材料、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域.1結構特征1953年,Keller首次提出了多孔陽極氧化鋁(PAA)膜[21]的結構模型-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OSu11ivan又對Keller模型進[22]行了改進,認為PAA膜的孔形應該是圓形,星形的孔洞很少遇到.基于以上的認識提出了新的PAA膜的結構模型,這個模型一直受到大家的認同和接受.目前比較基本圖1多孔陽極氧化鋁六邊形結構示意圖的認識是:陽極氧化鋁膜由阻擋層
5、(BarrierLayer)和多孔層(PorousLayer)構成.緊靠金屬鋁一側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:納米結構材料和功能界面材料第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,一般為幾到幾十納米;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
6、結合而修飾孔內(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)超聲或化學去脂去除自然氧化層化學拋光陽極氧化化學腐蝕去除剩余鋁基通孔及擴孔.[24]高溫退火可以在500C的空氣中退火4h,高溫退火能夠消除鋁基體內(nèi)部應力和其他缺陷,防止氧[25]對鋁內(nèi)部
7、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,反應液一般采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
