[发明专利]双层自剥离纳米多孔阳极氧化铝膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳极氧化铝膜的制备方法，属于材料化学领域。 

背景技术

目前，多孔氧化铝膜作为纳米材料制备的模板以及纳米分离膜，它的可控制备与应用受到了人们广泛的关注。在这些应用中，通常需要使用通孔的多孔氧化铝膜。而通过阳极氧化制备得到的多孔氧化铝膜是与基底铝片相连的，在与铝片分离后仍有封闭的障碍层存在，无法直接获得通孔的氧化铝膜。目前采用的剥离通孔技术主要有化学刻蚀法、电化学剥离法、离子束刻蚀法等。化学刻蚀法存在化学试剂污染以及磷酸对膜孔的腐蚀，电化学剥离法对高电压下制备的膜通孔效果不佳，而离子束刻蚀法需要的设备价格昂贵，这些在很大程度上限制了多孔阳极氧化铝膜的应用范围。 

发明内容

本发明提出了一种低成本、简单、可同时获得双层自剥离多孔氧化铝膜的制备方法。 

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种双层自剥离纳米多孔阳极氧化铝膜的制备方法，它由以下步骤组成： 

步骤1.将铝片经过退火和电化学抛光处理， 

步骤2.将步骤1处理后的铝片置于恒电位电解池中，加入磷酸溶液为电解液，加入聚乙二醇-400为调节剂，进行恒电位阳极氧化，得到双层自剥离多孔阳极氧化铝膜，其中上层膜为通孔结构，下层膜为纳米管阵列结构，所述的电解液中聚乙二醇-400质量百分浓度为40-50％，电解液中所述的磷酸的浓度为0.8-2.0mol/L，氧化电压为180-260V，电解时间为2-12小时。 

按上述的双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的制备方法，制得的多孔阳极氧化铝膜的孔径与孔间距随氧化电压的增加而增大。 

按上述的双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的制备方法，制得的上层多孔阳极氧化铝膜的厚度随氧化电压的增加而减小。 

按上述的双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的制备方法，制得的多孔阳极氧化铝膜的孔径与孔间距不随氧化时间的增加而变化。 

按上述的双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的制备方法，制得的上层多孔阳极氧化铝膜的厚度不随氧化时间的增加而变化。 

按上述的双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的制备方法，制得的下层阳极氧化铝膜的厚度随氧化时间的增加而增大。 

按上述的双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的制备方法，制得的多孔阳极氧化铝膜的孔径随聚乙二醇浓度的增加而减小。 

按上述的双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的制备方法，制得的多孔阳极氧化铝膜的孔径随磷酸浓度的增加而增大。 

按上述的双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的制备方法，制得的上层多孔氧化铝膜的厚度随聚乙二醇浓度的增加而减小。 

按上述的双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的制备方法，制得的上层多孔阳极氧化铝膜的厚度随磷酸浓度的增加而减小。 

本发明报道的双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的制法，利用在高电位、高磷酸浓度条件下氧化过程产生的局部热量使多孔阳极氧化铝膜发生自剥离，形成上层通孔结构和下层纳米管阵列结构的双层膜(见图1)，聚乙二醇-400的加入可有效避免在高电压下氧化时发生的老化和击穿现象。通过以下方法可调控上层通孔膜的厚度：(1)改变氧化电压；(2)改变磷酸的浓度；(3)改变聚乙二醇-400的浓度。上层通孔膜的厚度随氧化电压增大而减小(见图2)，随磷酸浓度的增大而减小(见图6)，随聚乙二醇-400浓度的增大而减小(见图7)。上层通孔膜的厚度不随氧化时间的增加而发生改变，下层膜的厚度随氧化时间的增加而增大(见图5)。 

由上述技术方案可知，本发明所述的多孔阳极氧化铝膜的制备方法是利用在高电位、高磷酸浓度条件下氧化过程产生的局部热量使多孔阳极氧化铝膜发生自剥离，形成上层通孔结构和下层纳米管阵列结构的双层膜。聚乙二醇-400的加入可有效避免化学腐蚀扩孔作用，所得到的上层通孔膜的背面孔径规整，可直接用于纳米分离膜或者纳米材料制备模板。 

附图说明

图1A为双层自剥离多孔阳极氧化铝膜的示意图；图1B-图1E为扫描电镜图(氧 化电位190V，电解液为1.0mol/L磷酸，聚乙二醇-400浓度为50％，温度为15℃，电解时间6小时)。图1B为上层膜正面；图1C为上层膜背面；图1D为下层膜正面；图1E为下层膜背面。 

图2为氧化电压对上层通孔膜厚度的影响曲线(电解液为1.0mol/L磷酸，聚乙二醇-400浓度为50％，温度为15℃，电解时间6小时)。 

图3为氧化电压对膜(a)孔径和(b)孔间距的影响曲线(电解液为1.0mol/L磷酸，聚乙二醇-400浓度为50％，温度为15℃，电解时间12小时)。