AAO模板的制備與應用

AAOAAO模板的制備與應用模板的制備與應用 AAO材料的制備與應用姓名陳祥專業(yè)凝聚態(tài)物理學號21xx0123目錄 A AO材料的概述 1 1AAO材料的簡介 1 2AAO材料的生長機制 AAO材料 的制備 AAO材料的應用AAO材料簡介AAO材料即陽極氧化鋁 是一種 多孔納米材料 將鋁置于酸溶液中進行陽極氧化反應即可獲得陽極氧化鋁 通過對鋁氧化反應條件的控制 可以獲得致密型及多孔型兩種陽極 氧化鋁 其中多孔陽極氧化鋁有著孔高度均勻分布 孔徑統(tǒng) 一 孔形可控 表面積大孔高度均勻分布 孔徑統(tǒng) 一 孔形可控 表面積大等優(yōu)點成為了一種有著多方面應用前景的 材料 其中一種應用便是將其氧化層內(nèi)高度均勻的孔作為納米材料 生長的模板 現(xiàn)在已經(jīng)可以使用此方法制備多種一維納米材料 如金屬 金屬氧 化物 合金及半導體 陽極氧化鋁膜的形態(tài)主要由電解液的化學性質決定 中性電解液 pH值5 7 生成致密無孔的阻隔型氧化膜 如硼酸鹽 草酸鹽 檸檬酸鹽 鎢酸鹽 磷酸鹽 己二酸鹽溶液等如硼酸鹽 草酸鹽 檸檬酸鹽 鎢酸鹽 磷酸鹽 己二酸鹽溶液等 這是因為 陽極氧化鋁膜不溶于這類電解液 另一方面 酸性電解液則生成多孔型陽極氧化鋁膜 如硒酸 硫酸 草酸 磷酸 鉻酸 丙二酸 酒石酸 檸檬酸 蘋果酸溶液等硒 酸 硫酸 草酸 磷酸 鉻酸 丙二酸 酒石酸 檸檬酸 蘋果酸 溶液等 這是因為陽極氧化鋁膜微溶于此類電解液磷酸草酸硫酸AAO 薄膜的生長機制多孔陽極氧化鋁膜生長過程中 伴隨著陽極電解生 產(chǎn)氧化鋁和電解液的溶解作用 電極反應如下陽極陰極對于其周期性六角排列的自組織結構的形成 有以下幾種比較經(jīng)典的理論模型 例如電場助溶模型 臨界電流密 度效應模型以及應力模型等 電場助溶模型這種模型認為陽極氧化過程包括阻擋層的生成 阻擋 層部分溶解阻擋層部分溶解和多孔層生長三個階段其中 電場效應 在多孔層的穩(wěn)定生長中發(fā)揮了極其重要的作用 第一階段反應開始時 鋁與電解液發(fā)生反應 生成致密的氧化鋁膜 即阻擋層 第二階段生成的致密氧化鋁膜會和電解液發(fā)生反應 被酸部分溶解 部分溶解 第三階段當溶解到一定程度時 鋁表面會生成規(guī)則排列的空點 稱 為孔核 這是孔道生長的基礎 因為在孔核里 原來均勻分布的電場將會集中 從而使孔核底部的 溶解速率增加在孔核里 原來均勻分布的電場將會集中 從而使孔 核底部的溶解速率增加 同時由于在孔核內(nèi)電場較其它地方更強 電流更大 所以局部溫度升高 加快了底部的反應過程 于是由于孔核底部溶解速度較之側壁更快 孔核便會不斷生長 成 為孔道由于孔核底部溶解速度較之側壁更快 孔核便會不斷生長 成為孔道 在阻擋層的生成速度和溶解速度持平時 孔道進入穩(wěn)定生長階段 生成速度和溶解速度持平時 孔道進入穩(wěn)定生長階段 臨界電流密度模型臨界電流密度模型這種模型認為 對于陽極氧化 來說 總存在一個臨界電流密度 在電流大于臨界電流時 氧化過 程為致密氧化鋁的生長過程 此過程的電流效率為100 在電流小 于臨界電流時 為多孔氧化鋁的生長過程 此過程的電流效率小于6 0 應力模型這種模型認為 在鋁與電解液發(fā)生反應生成氧化鋁的過程 中 由于生成氧化鋁的體積比原來鋁的體積大 所以在小孔周圍會 有膨脹應力 應力作用使小孔按照能量最低的原則排列為六角形狀 應力模型總結這幾種形成機理的側重點不同 各有優(yōu)缺 電場助溶模型對多孔膜的整體生長作了較為完善的解釋 卻沒有提 到自組織的作用所在 電流密度模型強調致密膜和多孔膜生成條件 的區(qū)別 對多孔膜的生長原因提到較少 應力模型重在解釋孔道的 形狀和生成原理 卻忽視了電場在反應過程中的重要作用 AAO材料的制備高溫退火由于高純鋁片 99 999 內(nèi)部晶格存在大 量的缺陷 如位錯 晶界 點缺陷等等 首先需要退火處理 盡量 減少位錯 晶界的數(shù)量 提高陣列的有序性 不經(jīng)過退火處理的鋁片制作成的AAO表面會產(chǎn)生大量的細小裂紋 這 是因為氧化鋁的韌性比鋁差 鋁片中的集中應力作用于氧化鋁時 會開裂 退火處理一般在500 保持一段時間 使小晶粒生長為大晶粒 減少 缺陷 鋁箔的X射線衍射圖譜 a 退火前 b 退火后退火后鋁箔的表面形貌圖超聲清洗超聲清洗 主要是為了除去表面可能存在的油脂和塵埃油脂和塵埃 為獲得光 滑平整的表面做準備 在沒有除脂的情況下 可以預期 鋁表面會有吸附的灰塵以及一些 有機物 并且難以判斷它們的體積大小 最有可能的情況是各種雜質對于體 積大小有一個分布 在納米量級以上各個階段都存在 而影響最大 的應該是有機物 無機物在拋光過程中很可能被除去 而有機物由于附著力大以及不 參與陽極反應的緣故 在陽極氧化的過程中也會存在 由于難以完全確定有機物的種類 故它們對成核和孔道生長的影響 難以判斷 不過可以相信 有機物的存在 會在一定程度上影響有序孔道的生 長有機物的存在 會在一定程度上影響有序孔道的生長 拋光未拋光的鋁箔表面粗糙 微觀上有起伏 在這種前提下進行氧化 由于不同起伏之間有一定夾角 所以難以 得到統(tǒng)一垂直于某個表面的孔道 表面的粗糙還可能會引起溶液與鋁箔接觸面上離子分布的不均以及 電場分布的不均勻 這些會在一定程度上影響孔核的形成陽極氧化A AO材料的應用使用AAO可以制備零維和一維納米材料 如納米線 納 米棒 量子點等等 相比于離子束刻蝕等方法 AAO模版法效率更高 成本更低 適合工 業(yè)化 如銀納米線的制備可以使用濕化學法進行 將預處理過的AAO模版浸泡于硝酸銀的聚乙二醇溶液中一定的時間 可以將硝酸銀分解得到的銀單質沉積到AAO孔洞當中 最后通過溶解模版得到銀納米線 硅納米管的合成可以使用溶膠凝膠法在AAO模版中制備 將AAO模版浸入硅烷凝膠一定時間 再進行高溫干燥生成硅單質 去 除模版后最終得到硅納米管 以AAO為模版合成納米材料是一種非常簡單有效的方法 它不僅可以 合成金屬納米材料 對于氧化物 聚合物