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1、第24卷 第2期 许昌学院学报 Vol.24.No.22005年3月 JOURNALOFXUCHANGUNIVERSITYMar.,2005文章编号:1671-9824(2005)02-0028-09多孔阳极氧化铝研究综述陈新华(许昌学院化学系,河南许昌461000) 摘 要:多孔阳极氧化铝由于其在制备纳米结构材料方面的重要应用而引起了人们的广泛关注.一般认为:多孔阳极氧化铝多孔层的膜胞以六角形紧密堆积排列,每个膜胞中心都有一个纳米级的微孔,孔径大小和孔间距可以通过制备条件加以控制.文章综述了多孔阳极氧化铝的
2、结构、合成、形成机理和应用等方面的研究现状.关键词:多孔阳极氧化铝;结构;制备;机理;应用+中图分类号:O614.31;O488文献标识码:A 早在19世纪中期,人们就发现铝的表面通过电化学阳极氧化可以形成一层致密的氧化膜,并发现这层氧化膜极大地提高了铝表面的耐腐蚀性和耐磨性.铝的阳极氧化工艺最早出现在20世纪20年代,在不同的氧化条件下,会产生致密型和多孔型两种氧化结果.形成这种不同结构的条件主要取决于氧化时所用电解质的类型:一般来说,采用硼酸等几乎不溶解氧化膜的酸作为电解质会形成致密无孔的阳极氧化膜;采用硫酸、磷酸、草酸等溶解能力较强的酸作为电解质则会形成多
3、孔型的阳极氧化膜.多孔型阳极氧化铝膜过去主要用作着色层和粘接工艺的过渡层.但近年来,人们逐渐认识到多孔阳极氧化铝(porousanodicalumina/PAA)膜的独特结构可以制备大范围的自组织生长的规则排列的纳米材料阵列,这对于纳米科学的研究有着非常重要的意义.由于所制备的纳米结构阵列尺寸微小,并且有着一致的方向性和形状特征,[1～3][4,5]具有非常高的纵横比,因此在光谱特性、磁性、场[6～9][10][11]发射特性、电容特性、生物酶活性和化学催[12～14]化等方面都表现出了惊人的独特性质.目前的研究[15][16]领域已经扩展到太阳能电池、磁性存储、
4、高密度场发[17,18][19]射、纳米半导体材料、纳米电容、碳纳米管、人造类[20]脂化合物模板、多孔型纳米材料制备等诸多领域.1 结构特征1953年,Keller首次提出了多孔阳极氧化铝(PAA)膜[21]的结构模型-Keller模型,此模型的明显特征是每个呈六边形的膜胞中含有一个孔洞,同时他还提出每个孔具有星形横断面.后来Wood和O′Su11ivan又对Keller模型进[22]行了改进,认为PAA膜的孔形应该是圆形,星形的孔洞很少遇到.基于以上的认识提出了新的PAA膜的结构模型,这个模型一直受到大家的认同和接受.目前比较基本图1 多孔阳极氧化铝六边形结构
5、示意图的认识是:阳极氧化铝膜由阻挡层(BarrierLayer)和多孔层(PorousLayer)构成.紧靠金属铝一侧是薄而致密的阻挡层,而在其上是比较厚而疏松的多孔层.阻挡层致密无收稿日期:2004-12-25作者简介:陈新华(1971-),男,河南虞城人,硕士,讲师,主要研究方向:纳米结构材料和功能界面材料1 第24卷第2期 陈新华:多孔阳极氧化铝研究综述29孔,具有很高的电阻,其厚度与阳极氧化电压和氧化时间有关,一般为几到几十纳米;多孔层的膜胞以六角形紧密堆积排列,每个膜胞中心都有一个纳米级的微孔,孔大小均匀,且与铝基体表面垂直,彼此平行排布(如图1所示)
6、.-+孔壁氧化物上存在着羟基,可以与一些有机基团结合而修饰孔内壁,但H2O、OH、H的含量<1%.2-电解液的阴离子会嵌入孔壁的微晶中,如H2SO4作电解液时,膜中SO4含量可高达11%,只有经过多次[23]洗涤才有可能降低.2 制备技术2.1 制备方法目前普遍采用纯度在99.99%以上的高纯铝箔作为反应材料,铝箔厚度一般在(0.1～1)mm之间.一般来说,PAA膜的制备主要包括以下工艺步骤:高温退火(可选)→机械抛光(可选)→超声或化学去脂→去除自然氧化层→化学抛光→阳极氧化→化学腐蚀去除剩余铝基→通孔及扩孔.[24]高温退火可以在500°C的空气中退火4h,高
7、温退火能够消除铝基体内部应力和其他缺陷,防止氧[25]对铝内部的进一步氧化.去脂工艺一般采用在有机溶剂中超声去脂的方法.化学抛光工艺目前多采用”[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.化学抛光效果的优劣将影响膜表面的性质和孔的形成,因为有序孔阵列仅在光滑的抛光铝表[27]面上获得.阳极氧化过程在恒温环境中进行,反应液一般采用酸性较强的能够溶解氧化铝的多元酸(如[28]草酸、硫酸、磷酸、铬酸等或者其混合酸),也可以采用碱性溶液(如氢氧化钠溶液),但成孔质量不如酸性溶液.根据反
8、应液的不同
