阳极氧化法制备多孔氧化铝模板?

　　摘要：采用阳极氧化法，以硫酸为电解液制备了多孔氧化铝模板。讨论了氧化电压和电解液温度对多孔阳极氧化铝膜的孔径的影响。试验结果表明，当氧化时间为6h时，氧化膜厚度达到最大值35.6μm。XRD分析结果证实．多孔氧化铝膜由非晶态的Al2O3组成。
　　关键词：阳极氧化；多孔氧化铝模板；纳米材料
　　在20世纪80年代以后，随着纳米科学技术的崛起，有关多孔氧化铝模板的合成及其相关的组装技术逐渐成为研究的热点[1-3]。1995年，Masuda等人首次报道了两步法合成多孔阳极氧化铝，他们合成的氧化铝膜由高度有序的六角密排的孔道组成[4]。两步阳极氧化法的提出极大地推动了多孔阳极氧化铝膜的制备及应用研究。本文采用硫酸为电解液制备纳米孔阵列高度有序的多孔氧化铝模板，为进一步开展以多孔氧化铝为模板制备一维纳米材料打下基础。
　　1 试  验
　　1。1  试验试剂及材料
　　试验用铝片的纯度为w（A1）=99.99％，厚度为0.5mm，氧化区面积为100mm2。硫酸、丙酮、氢氧化钠、高氯酸、乙醇、磷酸、三氧化铬等试剂纯度均为分析纯。
　　1。2  试验方法
　　以铝片为阳极。在阳极氧化前．将铝片依次在洗涤剂和乙醇中进行除油处理，然后在w（NaOH）10％的水溶液中侵蚀5min，以上除铝片以上的自然氧化层，用蒸馏水冲洗干净后，在高氯酸：乙醇体积比为1：5的溶液中电化学抛光3min，电压为15V。以浓度为1.0mol/L的硫酸做电解液。采用两步氧化法进行多孔型氧化铝膜的制备。第-步阳极氧化的时间为5h。然后，将试样在铬酸和磷酸混合酸的溶液中化学侵蚀8 h，，完全去除掉第一步氧化所形成的氧化膜，再进行二次阳极氧化，时间为1 h～7 h。采用日本日立公司生产的S-4200型扫描电镜（SEM）对多孔型阳极氧化铝膜的表面及断面形貌进行观察；采用HCC-25A电涡流测厚仪测量氧化铝眼的厚度。方法是在样品的正面取5个点进行测量，将其平均值作为氧化膜的厚度。
　　2  试验结果与讨论
　　2。1  氧化电压对氧化铝模板的影响
　　对铝片进行阳极氧化试验时，电压低于10V情况下阴极上基本没有气泡产生，说明阳极氧化反应很缓慢，这样的多孔氧化铝哎的孔径也很小，不能作为制备纳米材料的模板；当氧化电压高于25 V时反应比较剧烈，阴极有大量气泡生成，并且电解液温度快速升高，10 min左右将已形成的氧化膜击穿。因此，以1.0mol／L的硫酸为电解液对铝片进行阳极氧化，氧化电压的范围应在10V～25 V之间。而氧化电压耐多孔阳极氧化铝模板的纳米孔孔径的影响需从电镜照片来观察。图1是氧化电压分别为10 V、15V、20V、25 V时制备的多孔氧化铝模板的SEM照片。由图1及表1可见，氧化电压为10V时，多孔氧化铝膜的孔径较小，并且孔径大小不均匀、有序性较差；随着氧化电压升高，孔径逐渐增大，孔的有序性提高。从孔的有序性看，氧化电压的范围以20V～25V为宜。

　　2.2  电解液温度对多孔氧化铝模板的影响
　　试验中发现，当电解液的温度高于25℃时，阳极氧化反应非常剧烈，试验无法正常进行，因此，以硫酸为电解液进行阳极氧化时，电解液温度不能超过25℃。电解液温度对多孔氧化铝模板的纳米孔孔径的影响见图2，孔径随电解液温度的升高而增大。这是由于当电解液温度升高时，电解液的腐蚀性增强，因而孔径增大。

　　2.3  氧化时间对氧化铝模板厚度的影响
　　氧化时间越长，氧化铝膜的厚度越厚。图3为氧化时间与氧化铝膜厚度的关系图，氧化时间在1 h～6h内，多孔氧化铝膜的厚度随氧化时间的延长而增加；当氧化时间超过6h后，氧化铝膜的厚度不再增加。这是由于当氧化时间超过6h以后，氧化铝膜的生成速度与电解液对氧化膜的溶解速度相等，体系达到了动态平衡，因此，氧化铝膜不再增厚。可以认为，阳极氧化进行到6 h时，氧化膜的厚度达到最大值35.6μm。

　　2.4 多孔氧化铝膜的XRD测试
　　图4是多孔氧化铝膜的Ⅹ射线衍射图。氧化膜的制备条件：氧化电压20Ⅴ，电解液温度10℃，二次氧化时间2 h。从图4可以看出，在2θ＝27°处均出现了一个馒头峰，为非晶态Al2O3的衍射峰，说明多孔氧化铝膜由非晶态的Al2O3组成。2θ为65°、78°的两个尖峰为基体铝的衍射峰。虽然进行XRD测试的氧化铝膜的厚度超过了10μm，但由于氧化膜为多孔结构，易于被Ⅹ射线穿透，因此XRD谱图中出现了基体铝的衍射峰。

　　3结论
　　以1.0 mol／L的硫酸为电解液制各多孔阳极氧化铝模板时，纳米孔直径随氧化电压的升高而增大，从纳米孔的有序性看，适宜的氧化电压的范围为20Ⅴ～25 V；随着电解液温度的升高，多孔阳极氧化铝膜的孔径逐渐增大；多孔氧化铝模板的厚度随氧化时间的延长而增加，当氧化时间为6 h时，氧化膜厚度达到最大值35.6μm；XRD分析结果证明阳极氧化法制备的多孔氧化铝膜由非晶态的Al2O3组成。