[发明专利]一种尺寸可控的铝表面周期性纳米坑织构的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种利用电化学阳极氧化法及湿化学腐蚀法制备尺寸可控的周期性铝纳米坑织构的方法。

背景技术

铝表面周期性纳米坑织构独特的结构特性和光学特性，可应用于作为等离子基板、有机或无机纳米材料的辅助合成、抗反射器件、表面增强拉曼散射和太阳能电池等领域。铝周期性纳米坑的许多应用与其周期性纳米阵列的结构特性及被铝支持的表面等离激元特性（Aluminum Plasmonic Nanoantennas，Nano Lett，2012,Vol.12,pp6000-6004）有关，即光入射到具有周期性纳米坑的铝片表面时，铝表面周期性纳米坑织构可以将入射光耦合在其表面形成表面等离子基元模式（Localized surface plasmon，LSP）及表面等离子激化基元模式（surface plasmon polarization，SPP）。这种表面等离子激元不但会对光产生强烈的散射，使局域场增强，而且会使部分入射光耦合在纳米坑表面形成波导模式。另外，铝周期性纳米坑的光学特性与其尺寸密切相关，因此可以通过改变纳米坑的尺寸来调控其光学特性。

近年来，表面周期性微纳米织构的制备方法使用最多的是光刻技术。光刻技术是一种精密的微细加工技术，但要求工艺过程自动化和数学模型化，所以生产成本高，不适合大批量生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低、可大规模生产、大范围尺寸可控的周期性铝纳米坑织构的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是它由下述步骤组成：

1、阳极氧化处理

将电化学抛光后的铝或合金铝在酸性电解液中进行阳极氧化处理，在铝或合金铝表面形成阳极氧化铝膜。

上述的酸性电解液是质量分数为1%～15%的柠檬酸水溶液、0.1～1mol/L的磷酸水溶液、0.1～1mol/L的草酸水溶液、质量分数为5%～30%的苹果酸水溶液、质量分数为2%～15%的酒石酸水溶液、0.1～0.3mol/L的硫酸水溶液中的任意一种。

2、湿化学腐蚀法除膜

将表面形成阳极氧化铝膜的铝或合金铝浸入除膜液中，40～65℃浸泡至阳极氧化铝膜完全溶解，在铝或合金铝表面形成周期性纳米坑织构。

上述的除膜液由1.5wt.%～3wt.%重铬酸钾、0.5wt.%～1wt.%硫酸、96wt.%～98wt.%水组成。

上述的阳极氧化处理步骤1中，所述的电解液是质量分数为1%～15%的柠檬酸水溶液时，优选在氧化电压为220～310V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在电解液中20～23℃阳极氧化处理0.5～2小时；所述的电解液是0.1～1mol/L的磷酸水溶液时，优选在氧化电压为70～130V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在电解液中常温阳极氧化处理0.5～2小时；所述的电解液是0.1～1mol/L的草酸水溶液时，优选在氧化电压为35～90V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在电解液中常温阳极氧化处理0.5～2小时；所述的电解液是0.1～0.3mol/L的硫酸水溶液时，优选在氧化电压为10～70V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在电解液中常温阳极氧化处理0.5～2小时；所述的电解液是质量分数为5%～30%的苹果酸水溶液或质量分数为2%～15%的酒石酸水溶液时，优选在氧化电压为120～300V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在电解液中常温阳极氧化处理0.5～2小时。

上述的除膜液最佳由2.6wt.%重铬酸钾、0.8wt.%硫酸、96.6wt.%水组成。

上述的铝表面周期性纳米坑织构的平均直径为60～1080nm。

本发明先采用电化学阳极氧化法，以草酸、磷酸或柠檬酸等酸性溶液作为电解液，在铝或合金铝表面制备出一层阳极氧化铝膜，然后通过湿化学腐蚀法，在重铬酸钾和硫酸的混合溶液中除去阳极氧化铝膜，在铝或合金铝表面形成周期性纳米坑织构。本发明操作简单，生产成本低，所制备的铝表面周期性纳米坑的均匀性和有序性良好，且尺寸可控，平均直径为60～1080nm。

附图说明

图1是实施例1中铝表面周期性纳米坑织构的扫描电镜图。

图2是实施例1中铝表面周期性纳米坑织构的原子力显微镜图。

图3是实施例2中铝表面周期性纳米坑织构的扫描电镜图。

图4是实施例3中铝表面周期性纳米坑织构的扫描电镜图。

图5是实施例4中铝表面周期性纳米坑织构的扫描电镜图。