[发明专利]一种通孔阳极氧化铝模板的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种通孔的多孔阳极氧化铝模板的制备方法，具体涉及一种无需特殊后处理，仅通过单面阳极氧化双层复合铝箔，从而得到不带阻挡层的通孔阳极氧化铝模板的简易电化学制备方法。

背景技术

多孔阳极氧化铝(PAA)是一类在适当的电解液中通过电化学阳极氧化得到的，具有规则孔道排布且元胞呈六棱柱密堆积的多孔材料。PAA作为纳米模板材料，具有制备工艺简单、孔密度高、长径比大、孔道排布规则、孔径大小可控等特点，被广泛应用于金属、合金、非金属、非金属氧化物、聚合物等各类材料的低维纳米结构的制备，在非线性光学、纳电子学、电化学等众多领域都具有广阔的应用前景。

就PAA模板的应用而言，大多数情况下需要通孔模板。然而，由于在PAA膜的多孔层底部存在一层致密的氧化铝阻挡层，欲得到通孔的PAA模板必须设法去除这层阻挡层。目前，制备通孔PAA模板的通用方法是：首先采用CuCl₂、HgCl₂或者SnCl₄溶液将制备好的PAA膜底部的铝基体腐蚀溶解掉，得到纯PAA膜；再将其浸泡在磷酸溶液中，通过化学腐蚀法去除PAA膜的阻挡层，最终得到通孔的PAA模板。然而，这种方法在去除铝基体的过程中，不可避免地会在纳米孔洞内带入一些重金属杂质，这可能对模板的应用带来限制。另外，磷酸溶液去除阻挡层的化学腐蚀过程不可控，且PAA膜浸泡在磷酸溶液中孔道亦受到腐蚀，因此此法制备的通孔PAA模板会发生不同程度的扩孔。另一种去除PAA膜阻挡层的方法是所谓的阶梯降压法：根据阻挡层厚度与电压呈正比的原理，通过逐步降低阳极氧化电压，使阻挡层逐步减薄，直至通孔。Furneaux等最早报道了通过阶梯降压法，使磷酸溶液中制备的PAA膜通孔(Furneaux, et al. Nature, 1989, 337: 147)。但该方法必须严格控制降压幅值、电解液温度等工艺参数，整个降压过程十分复杂，耗时较长，并且很难保证阻挡层100%穿孔。因此，多数情况下，仍需要再用磷酸溶液浸泡处理以得到完全通孔的PAA模板。

制备PAA通孔模板还有一种较简便的电化学方法：在高氯酸/甲醇混合液中，以样片为阳极，大面积铝片为阴极，在直流电压下通电很短时间，即可获得较大面积的通孔PAA模板(Yuan, et al. Chem. Mater., 2004, 16: 1841)。但该法对PAA膜层厚度和性质均有要求，且PAA膜阻挡层一侧开孔尺寸很难控制，操作难度很大，电解液不环保，膜孔的形貌尺寸可能有所破坏。

综上所述，目前制备PAA通孔模板的方法，存在各种缺陷，如：重金属杂质污染、去除阻挡层工艺复杂、耗时长、开孔尺寸难以控制和电解液不环保等。因此，寻找一种简便高效地制备PAA通孔模板，且不破坏膜的固有结构和尺寸，同时适用于不同厚度PAA膜的方法，成为迫切需要解决的难点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需要特别后处理，在阳极氧化过程中直接制备出通孔PAA模板的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种通孔阳极氧化铝模板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、去除高纯铝箔表面的天然氧化膜；

步骤2、对相叠的两片高纯铝箔进行加压复合，加压压力为5-10 MPa，保压时间为30-60 min；

步骤3、对复合的高纯铝箔进行单面阳极氧化；

步骤4、当阳极氧化曲线上的电压出现突变后，则将恒流阳极氧化的电流减半，或当阳极氧化曲线上的电流出现突变后，则维持恒压阳极氧化的电压不变，再继续氧化半小时后结束；

步骤5、最后，通过机械剥离即获得完全通孔的PAA模板。

步骤1中所述的去除天然氧化膜是将铝箔浸入70℃的2wt %的氢氧化钠溶液中2分钟。

步骤2中所述的加压是采用油压机。

步骤3中所述的被单面阳极氧化的复合铝箔的适宜厚度为20-150 μm。

步骤3中所述的单面阳极氧化可采用温和阳极氧化或高场阳极氧化。

步骤3中所述的单面阳极氧化可采用一次阳极氧化或二次阳极氧化。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）第一层铝箔完全氧化并过渡到第二层铝箔后，阻挡层随之转移至第二层铝箔，通过机械剥离，使第一层PAA膜脱离，直接得到通孔状态的PAA模板，无需考虑阻挡层的去除问题。