[发明专利]一种制备微曲面三维互联纳米孔阳极氧化铝模板的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备微曲面三维互联纳米孔阳极氧化铝模板的方法，特别是涉及一种利用铝的两步阳极氧化过程，扩孔腐蚀过程来制备微曲面三维互联纳米孔阳极氧化铝模板的方法。

背景技术

纳米材料如纳米点、纳米线、纳米管等由于具有独特的物理化学特性而获得了广泛应用。例如纳米半导体材料的电子能态会发生变化，与块体材料相比，其光、电、声等方面性能有显著不同，可以在光催化剂、太阳能电池、低维半导体器件、纳米集成电路、纳米集成电路等方面获得应用。目前，在已获使用的纳米材料中，三维互联纳米结构由于具有众多物理化学优点获得了广泛关注。具有三维互联纳米结构的材料在具体应用方面有很多增强的性能，可以应用在传感器，电致变色器件，太阳能电池，储能，具有特殊的力学性能的支架，光学元件和电催化等领域。目前制备三维互联纳米结构主要有直接合成法和模板合成法，而相比较前者而言，模板法由于具有应用范围广、结构参数可控性高、重复性好等优点获得了广泛应用。因此，开发合适的三维互联多孔模板，并基于模板法来合成三维互联纳米结构具有重要的科学意义和研究价值。

目前所使用的三维互联多孔模板主要来源于天然材料或光刻制备工艺，存在着原材料难以获取、应用范围窄、成本昂贵等不足，这些问题一直没有得到很好的解决。考虑到多孔阳极氧化铝模板具有许多优点：制备工艺简单、结构尺寸可调、化学性比较稳定、适用范围广等优点。因此基于铝的阳极氧化过程来制备三维互联多孔模板获得研究人员的关注。但目前所制备的三维互联多孔阳极氧化铝模板还存在问题，如容易出现过腐蚀，机械强度难以保证等。过腐蚀容易出现倒伏，机械强度低致使阳极氧化铝模板无法作为模板使用。因此，寻找合适的方法克服目前存在的不足，基于铝的阳极氧化过程来开发具有实用性的三维互联多孔阳极氧化铝模板具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种制备微曲面三维互联纳米孔阳极氧化铝模板的方法。

本发明通过在限定电流密度下进行高压阳极氧化，去除膜后进行低电压阳极氧化然后在磷酸溶液中控制腐蚀扩孔时间来完成，得到的微曲面三维互联纳米孔阳极氧化铝模板是基于微曲面在脊处形成类骨架结构，可以有效增加模板的机械强度，即使在过腐蚀情况下依然可以维持良好的机械强度，具有适用范围广、成本低廉、工艺简单以及重复性好等优势。

本发明采用如下技术方案：

一种制备微曲面三维互联纳米孔阳极氧化铝模板的方法，

(1)将高纯铝片依次置于无水乙醇和去离子水中进行清洗，从而得到干净的铝片；

(2)以步骤(1)得到的干净铝片为阳极，石墨为阴极，在高氯酸和无水乙醇混合溶液中进行恒定电压电化学抛光，得到抛光的铝片；

(3)以步骤(2)得到的抛光的铝片为阳极，石墨为阴极，草酸-乙醇-水混合溶液为电解液进行第一步阳极氧化过程，阳极氧化温度为-5～5℃，得到带有铝基底的多孔阳极氧化铝薄膜；

第一步，先采用恒电流密度升压，设定电流密度为50～70mA/cm2，当电压上升到400-600V指定数值时进入恒电压阳极氧化阶段；当电流密度下降到10～30mA/cm2指定数值时停止阳极氧化反应；

(4)将步骤(3)带有铝基底的多孔氧化铝薄膜置于温度为50～80℃的三氧化铬和磷酸混合水溶液中浸泡8～12h，之后用去离子水进行清洗，得到表面具有亚微米级、微米级凹坑的铝基底；

(5)将步骤(4)得到表面具有亚微米级、微米级凹坑的铝基地用30-50V低电压，在草酸溶液中进行第二步阳极氧化得到带有类骨架结构单元的微曲面多孔阳极氧化铝模板；

(6)将步骤(5)得到的带有类骨架结构单元的微曲面多孔阳极氧化铝模板在磷酸溶液中进行腐蚀扩孔得到微曲面三维互联纳米孔阳极氧化铝模板。

步骤(1)中，所述高纯铝片的质量分数≥99.99％。

步骤(2)中，所述恒定电压电化学抛光的电压为18～23V，所述混合溶液中高氯酸和无水乙醇的体积比值为0.2～0.4。

步骤(3)中，所述草酸-乙醇-水混合溶液为草酸水溶液和无水乙醇的混合溶液；草酸水溶液和无水乙醇按体积比为0.5～3，草酸水溶液的浓度为0.2～0.4mol/L。

步骤(4)中，所述三氧化铬和磷酸混合水溶液中三氧化铬和磷酸所占的重量百分比分别为1.5～4％和5～8％。

步骤(2)中，所述高氯酸和无水乙醇混合溶液的温度为-5～5℃，所述抛光时间为5～8min。