陽極氧化法制備多孔氧化鋁模板?

　　摘要：采用陽極氧化法，以硫酸為電解液制備了多孔氧化鋁模板。討論了氧化電壓和電解液溫度對(duì)多孔陽極氧化鋁膜的孔徑的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)氧化時(shí)間為6h時(shí)，氧化膜厚度達(dá)到最大值35.6μm。XRD分析結(jié)果證實(shí)．多孔氧化鋁膜由非晶態(tài)的Al2O3組成。
　　關(guān)鍵詞：陽極氧化；多孔氧化鋁模板；納米材料
　　在20世紀(jì)80年代以后，隨著納米科學(xué)技術(shù)的崛起，有關(guān)多孔氧化鋁模板的合成及其相關(guān)的組裝技術(shù)逐漸成為研究的熱點(diǎn)[1-3]。1995年，Masuda等人首次報(bào)道了兩步法合成多孔陽極氧化鋁，他們合成的氧化鋁膜由高度有序的六角密排的孔道組成[4]。兩步陽極氧化法的提出極大地推動(dòng)了多孔陽極氧化鋁膜的制備及應(yīng)用研究。本文采用硫酸為電解液制備納米孔陣列高度有序的多孔氧化鋁模板，為進(jìn)一步開展以多孔氧化鋁為模板制備一維納米材料打下基礎(chǔ)。
　　1 試  驗(yàn)
　　1。1  試驗(yàn)試劑及材料
　　試驗(yàn)用鋁片的純度為w（A1）=99.99％，厚度為0.5mm，氧化區(qū)面積為100mm2。硫酸、丙酮、氫氧化鈉、高氯酸、乙醇、磷酸、三氧化鉻等試劑純度均為分析純。
　　1。2  試驗(yàn)方法
　　以鋁片為陽極。在陽極氧化前．將鋁片依次在洗滌劑和乙醇中進(jìn)行除油處理，然后在w（NaOH）10％的水溶液中侵蝕5min，以上除鋁片以上的自然氧化層，用蒸餾水沖洗干凈后，在高氯酸：乙醇體積比為1：5的溶液中電化學(xué)拋光3min，電壓為15V。以濃度為1.0mol/L的硫酸做電解液。采用兩步氧化法進(jìn)行多孔型氧化鋁膜的制備。第-步陽極氧化的時(shí)間為5h。然后，將試樣在鉻酸和磷酸混合酸的溶液中化學(xué)侵蝕8 h，，完全去除掉第一步氧化所形成的氧化膜，再進(jìn)行二次陽極氧化，時(shí)間為1 h～7 h。采用日本日立公司生產(chǎn)的S-4200型掃描電鏡（SEM）對(duì)多孔型陽極氧化鋁膜的表面及斷面形貌進(jìn)行觀察；采用HCC-25A電渦流測(cè)厚儀測(cè)量氧化鋁眼的厚度。方法是在樣品的正面取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，將其平均值作為氧化膜的厚度。
　　2  試驗(yàn)結(jié)果與討論
　　2。1  氧化電壓對(duì)氧化鋁模板的影響
　　對(duì)鋁片進(jìn)行陽極氧化試驗(yàn)時(shí)，電壓低于10V情況下陰極上基本沒有氣泡產(chǎn)生，說明陽極氧化反應(yīng)很緩慢，這樣的多孔氧化鋁哎的孔徑也很小，不能作為制備納米材料的模板；當(dāng)氧化電壓高于25 V時(shí)反應(yīng)比較劇烈，陰極有大量氣泡生成，并且電解液溫度快速升高，10 min左右將已形成的氧化膜擊穿。因此，以1.0mol／L的硫酸為電解液對(duì)鋁片進(jìn)行陽極氧化，氧化電壓的范圍應(yīng)在10V～25 V之間。而氧化電壓耐多孔陽極氧化鋁模板的納米孔孔徑的影響需從電鏡照片來觀察。圖1是氧化電壓分別為10 V、15V、20V、25 V時(shí)制備的多孔氧化鋁模板的SEM照片。由圖1及表1可見，氧化電壓為10V時(shí)，多孔氧化鋁膜的孔徑較小，并且孔徑大小不均勻、有序性較差；隨著氧化電壓升高，孔徑逐漸增大，孔的有序性提高。從孔的有序性看，氧化電壓的范圍以20V～25V為宜。

　　2.2  電解液溫度對(duì)多孔氧化鋁模板的影響
　　試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電解液的溫度高于25℃時(shí)，陽極氧化反應(yīng)非常劇烈，試驗(yàn)無法正常進(jìn)行，因此，以硫酸為電解液進(jìn)行陽極氧化時(shí)，電解液溫度不能超過25℃。電解液溫度對(duì)多孔氧化鋁模板的納米孔孔徑的影響見圖2，孔徑隨電解液溫度的升高而增大。這是由于當(dāng)電解液溫度升高時(shí)，電解液的腐蝕性增強(qiáng)，因而孔徑增大。

　　2.3  氧化時(shí)間對(duì)氧化鋁模板厚度的影響
　　氧化時(shí)間越長(zhǎng)，氧化鋁膜的厚度越厚。圖3為氧化時(shí)間與氧化鋁膜厚度的關(guān)系圖，氧化時(shí)間在1 h～6h內(nèi)，多孔氧化鋁膜的厚度隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加；當(dāng)氧化時(shí)間超過6h后，氧化鋁膜的厚度不再增加。這是由于當(dāng)氧化時(shí)間超過6h以后，氧化鋁膜的生成速度與電解液對(duì)氧化膜的溶解速度相等，體系達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，因此，氧化鋁膜不再增厚�？梢哉J(rèn)為，陽極氧化進(jìn)行到6 h時(shí)，氧化膜的厚度達(dá)到最大值35.6μm。

　　2.4 多孔氧化鋁膜的XRD測(cè)試
　　圖4是多孔氧化鋁膜的Ⅹ射線衍射圖。氧化膜的制備條件：氧化電壓20Ⅴ，電解液溫度10℃，二次氧化時(shí)間2 h。從圖4可以看出，在2θ＝27°處均出現(xiàn)了一個(gè)饅頭峰，為非晶態(tài)Al2O3的衍射峰，說明多孔氧化鋁膜由非晶態(tài)的Al2O3組成。2θ為65°、78°的兩個(gè)尖峰為基體鋁的衍射峰。雖然進(jìn)行XRD測(cè)試的氧化鋁膜的厚度超過了10μm，但由于氧化膜為多孔結(jié)構(gòu)，易于被Ⅹ射線穿透，因此XRD譜圖中出現(xiàn)了基體鋁的衍射峰。

　　3結(jié)論
　　以1.0 mol／L的硫酸為電解液制各多孔陽極氧化鋁模板時(shí)，納米孔直徑隨氧化電壓的升高而增大，從納米孔的有序性看，適宜的氧化電壓的范圍為20Ⅴ～25 V；隨著電解液溫度的升高，多孔陽極氧化鋁膜的孔徑逐漸增大；多孔氧化鋁模板的厚度隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，當(dāng)氧化時(shí)間為6 h時(shí)，氧化膜厚度達(dá)到最大值35.6μm；XRD分析結(jié)果證明陽極氧化法制備的多孔氧化鋁膜由非晶態(tài)的Al2O3組成。