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《多孔氧化鋁薄膜的制備及其應用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、福建省科協(xié)2005年學術年會“數字化制造及其它先進制造技術”專題學術會議多孔氧化鋁薄膜的制備及其應用呂文龍，陳松平，孫道恒廈門大學機電工程系，361005摘要：本文探討了陽極氧化多孔鋁的形成機理，詳細地敘述了最近常見的高度有序多孔氧化鋁薄膜的制備過程，并對多孔氧化鋁薄膜的應用作了簡要的介紹.關鍵詞：多孔氧化鋁；陽極氧化；高度有序中圖分類號：TN304.05文獻標識碼：A1前言[1]陽極氧化多孔鋁結構模型的研究最早始于1932年.1953年，Keller等人提出了比較權威的星空六角柱型模型，即氧化膜由許多含星型小孔的六角柱型單元組成（圖1），為鋁陽
2、極氧化的機理研究奠定了基礎，多孔氧化鋁包括兩層，即與鋁基相鄰的阻擋層和外表面的多孔層，多孔層一般是非晶結構，對于恒壓腐蝕條件，其厚度滿足1.4nm/V的線性關系.多孔層為六角密排的氧化鋁晶胞結構，每個晶胞中央包含一個星型圓柱孔，孔垂直于鋁襯底表面，孔徑大小取決于電解液類型，電解時的溫度、時間及所加電[2]壓.1969年Wood和O’sullivan對Keller模型進行了修正：認為氧化膜膜胞排列堆積緊密，膜孔近似于圓形.圖1多孔鋁陽極氧化膜基本結構單元的Keller模型2多孔氧化鋁的形成機理關于多孔鋁的形成機理,現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的看法,比較常見的有
3、以下幾種:[3]電場支持下的溶解模型.該模型認為,鋁的陽極氧化過程包括阻擋層的形成、阻擋層溶解和多孔層穩(wěn)定生長3個主要階段.當電壓加到電極兩端時,電路中電阻很低,電流很高,在陽極鋁膜上形成一層[4]堅固致密的非晶氧化鋁薄膜,稱為阻擋層.由于從溶液中剛生成的氧化鋁易溶于酸液中,因此部分氧化鋁發(fā)生化學溶解.當阻擋層達到某一臨界值后,電解液開始在阻擋層的表面規(guī)則排列的點處,溶解出最[5]初的孔核.孔核的形成將使原來均勻分布的電場集中在孔底部區(qū)域,從而使孔底部阻擋層的溶解速率大大增強.同時由于孔底部局域電場增強,電流增大,導致局部過熱,加速了這一溶解過程
4、.在溶解的同時,阻擋層/Al膜界面又開始形成新的阻擋層.這時,在電場作用下,Al3+向外遷移,而O2-或OH-向內遷移,從而不斷形成阻擋層.最后,阻擋層的溶解速率和生長速率將達到一動態(tài)平衡,進入多孔層的穩(wěn)定生長階段.[6]臨界電流密度效應模型.這種模型認為,對于特定的濃度與溫度的電解液,陽極氧化過程總存在一個臨界電流密度Jc,當回路的電流密度大于Jc時,生成的氧化膜為完全致密型,相應的電流效率為100%；當回路電流密度小于Jc時,生成的氧化膜為多孔型,相應的電流效率降為60%.臨界電流密度效143多孔氧化鋁薄膜的制備及其應用應勾勒出陽極氧化過程中
5、陰陽離子的動力學行為規(guī)律.[7]體膨脹應力模型.這種模型認為,在穩(wěn)態(tài)氧化過程中,Al由于被氧化成Al2O3的體積比等量Al的體積大,因此過程中由于體積膨脹而導致每個孔都對周圍產生了應力作用,是孔自組織按照六角密排方式使體系能量最低,結構最穩(wěn)定.該模型首次定性解釋了自組織原理在有序孔生長過程中的作用,但是它忽略了電場力在孔形成過程中的作用.筆者認為,陽極氧化一開始,金屬鋁迅速被氧化后,Al3+向陰極遷移,陰極附近的O2-或OH-向陽極遷移.一開始,由于金屬鋁完全暴露在溶液中,陽極附近Al3+的濃度很大,所以有很大一部分附著在鋁基片上,致使表面形成堅
6、硬致密的Al2O3層,這會使Al2O3層上的電壓升高,電場增強,結果導致Al2O3溶解速率增加,Al2O3層上的電壓降低,電場減弱,金屬鋁的氧化速率又增加,直到Al2O3形成與溶解的速率相同,多孔鋁進入了穩(wěn)定生長的階段.此后,陽極氧化平穩(wěn)進行.3多孔氧化鋁的制備3.1鋁片氧化前的預處理在實驗室中，要得到高度有序的多孔氧化鋁薄膜，鋁片氧化前的預處理至關重要.通常采用高純度的鋁片（純度為99.99％）作為實驗材料，鋁片的規(guī)格可以根據實驗條件自定.鋁片的預處理包括：首先將鋁片分別在丙酮和酒精中進行超聲波清洗，然后用去離子水沖洗并用氮氣槍吹干表面，目的是
7、去除表面的油脂等污物，保證其后堿洗操作中表面腐蝕均勻，提高制備得到的多孔鋁膜的質量；再將鋁片進行退火處理，具體操作是在N2保護下以10℃/min的速度加熱到400℃保溫（退火）4小時，N2流量為1.5L/min，然后自然降至室溫，其目的是改善鋁的晶體狀態(tài)，消除鋁片在軋制過程中形成的內應力，并使晶粒粗大化（因為內應力的存在對生成均勻規(guī)則的氧化鋁孔膜非常不利）.最后將鋁片表面進行拋光，拋光可分為電化學拋光和化學拋光，實驗表明電化學拋光的效果更好一些.化學拋光是指先把鋁片放在堿溶液中進行堿蝕，目的是消除鋁表面存在的氧化膜，接著用去離子水沖洗，然后置于酸
8、溶液中進行酸蝕，從而達到鋁表面拋光的目的.具體的實驗參數可以根據具體條件決定，如在1mol/L的NaOH溶液中（溫度50℃）侵蝕1～2m
