[发明专利]一种制备大孔径阳极氧化铝模板的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备大孔径阳极氧化铝模板的装置和方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

阳极氧化铝模板因具有高度有序的类蜂窝状六边形纳米级结构和极为稳定的物理化学特性，被广泛应用于纳米材料制备、水处理工程、光学工程、气体分离技术和生物滤膜技术等方面，尤其近年来因纳米材料的独特性能使得阳极氧化铝模板的需求得到了飞速的增长。模板的有序度参量和孔径参数都是影响后续材料产物的直接主导诱因；模板制备装置及其过程的可操作性、稳定性、便捷性和实用性更是极大地影响了模板的质量、应用范围和程度。

针对高度有序的大孔径阳极氧化铝模板的制备方法，经对现有的技术文献和公开专利检索发现，天津理工大学申请公开的《孔径大于500nm的氧化铝模板的制备方法》专利（200610130328.0）是选用柠檬酸作为电解液通过二次氧化制得大孔径模板，但其有序度低，不利于后续材料产物的制备。中国科学院理化技术研究所申请公开的《可控制孔径的氧化铝模板的制备方法》专利（200410034001.4）是选用多元酸与无水乙醇的混合液作为电解液通过对工艺条件的控制可制得大孔径模板，但其有序度也不高。哈尔滨工业大学申请公开的《混合酸电解液制备高度有序的多孔阳极氧化铝模板的方法》专利（200510010566.3）是选用硫酸和草酸的混合酸液作为电解液加以低电压通过二次氧化制备模板，然而其有序度虽高，但是孔径尺寸最大只能达到55nm，无法为模板提供更大的应用范围。吴永军在《基于阳极氧化铝模板的研究与应用》[硕士学位论文]昆明理工大学 2010中报道世界最大的阳极氧化铝模板生产商英国的Whatman公司在生产200nm及以上大孔径的模板时采用单一磷酸作为氧化剂，但所制得模板有序度极低。因此现今急需发明一种简单方便、制备环境要求低、能稳定生成规则大孔径的阳极氧化铝模板的制备方法。

针对高度有序的大孔径阳极氧化铝模板的制备装置，经对现有的技术文献、公开专利及现状调研检索可知，由于目前世界上没有专门的企业在生产阳极氧化铝模板的制备装置，故现存国内外的阳极氧化铝模板制备装置多为自行设计，它们大多都存在制备过程繁琐、不易操作、制备效率和成功率较低及产物实用性低等问题。经过对赵华在《氧化铝模板的制备以及溶液法制备氧化锌纳米棒》[硕士学位论文] 东北大学 2004 中报道的制备铝纳米凹坑的实验装置，朱静在《铝阳极氧化多孔膜的制备、表征及应用研究》[硕士学位论文] 天津大学 2003 中报道的恒压直流阳极氧化装置，倪似愚在《模板法制备纳米线阵列及磁性能研究》[硕士学位论文] 浙江工业大学 2003 中报道的电化学抛光装置，曾甜在《双面阳极氧化铝膜制备与表征》[硕士学位论文] 哈尔滨工业大学 2005 中报道的制备阳极氧化铝模板的装置，覃东欢在《化学法合成纳米有序结构材料及其磁学特性研究》[博士学位论文] 兰州大学 2004 中报道的阳极氧化装置，李东栋在《多孔阳极氧化铝模板的制备及形成机理研究》[硕士学位论文] 南京理工大学 2000 中报道的制备阳极氧化铝模板的装置，董艳锋在《多孔铝镶嵌复合材料的光学性质研究》[硕士学位论文] 曲阜师范大学 2002 中报道的多孔铝阳极氧化实验装置，惠战强在《多孔铝模板和碳纳米管的制备及性质研究》[硕士学位论文] 西北大学 2005 中报道的阳极氧化实验装置，黄伯贤在《纳米ZnO在多孔氧化铝模板内的发光特性的研究》[硕士学位论文] 天津大学 2005 中报道的制备阳极氧化铝模板的装置，陈健在《多孔阳极氧化铝薄膜的制备、表征和应用研究》[硕士学位论文] 中国科学技术大学 2005 中报道的铝阳极氧化装置，Tae-Yong Kim，Soo-Hwan Jeong在《.Highly ordered anodic alumina nanotemplate with about 14 nm diameter》 Korean J.Chem.Eng[韩国庆北国立大学化学工程系]200 8，25(3)，609-611中报道的制备阳极氧化铝模板的装置， A.Belwalkar，E.Grasing，W.Van Geertruyden等人在《Effect of processing parameters on pore structure and thickness of anodic aluminum oxide(AAO)tubular membranes》Journal of Membrane Science[里海大学金属成型研究所(美国）]2008，MEMSCI-8502中报道的制备阳极氧化铝模板的装置，Ching-Jung Yang，Shih-Wei Liang， Pu-Wei Wu等人在《Fabrication of Anodic Aluminum Oxide Film on Large-Area Glass Substrate》2007 Electrochemical and Solid-State Letters，10(12):C69-C71[中国台湾省国立交通大学材料科学与工程学院]中报道的制备阳极氧化铝模板的装置等13篇文献进行了分析。经过对天津理工大学申请公开的《孔径大于500nm的氧化铝模板的制备方法》专利（200610130328.0）中所述的溶液可循环的电解槽装置，厦门大学申请公开的《多孔氧化铝模板制备方法及其设备》专利（200510007195.3）中所述的多孔氧化铝模板制备装置，同济大学申请公开的《制备有序多孔氧化铝模板的方法及设备》专利（200910055449.7）中所述的阳极氧化实验装置等3个专利进行了分析。不但发现以上报道的装置或多或少都存在上文中提到的几种缺陷，而且所有装置皆存在的一个通病是都只能进行铝片氧化过程，所得到产物为离实际应用还有一段距离的带阳极氧化铝模板的铝片，即其都不具备独立完成氧化过程及后续所有步骤的能力，这对于阳极氧化铝模板制备过程的可操作性、稳定性、便捷性和实用性都会产生巨大的影响。因此设计一种简单方便易观察且能够独立完成氧化过程及后续所有步骤的阳极氧化铝模板制备装置已成为当前一项急待解决的课题。