多孔氧化铝薄膜的纳米结构和光谱特性研究.pdf

第26卷，第3期 光谱学与光谱分析 2Oo a11d March。2006 6年3月 SpectroscopySpectralAnalysis 多孔氧化铝薄膜的纳米结构和光谱特性研究 张冬仙，章海军，林晓峰，何玉琳 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，浙江杭州 310027 摘要利用阳极氧化的方法制备出几种表面结构和尺度不同的多孔氧化铝薄膜，用原子力显微镜扫描获 得了这些薄膜表面的纳米结构图像，并采用光谱仪测定了它们的反射光谱。实验表明，平均孔径为26和39 000咖波长范围内呈周期性地密集峰一谷分 啪的多孔氧化铝薄膜表面具有独特的反射光谱，在500至1 布，峰一谷的密集度或数量取决于薄膜表面纳米结构的尺度。讨论了纳米结构尺度与反射光谱之间的相互 关系，并给出了适当的解释。 主题词 多孔氧化铝；原子力显微镜；纳米结构；反射光谱 中图分类号：0657．3文献标识码：A 文章编号：1000—0593(2006)03一0411一04 (对应于样品形貌)决定原子力的大小，而原子力的大小又与 引 言 微悬臂(探针)的偏转量成正比。为了检测这一极其微小的偏 转量，将一束激光投射到微悬臂的外端，再反射到位置敏感 纳米技术是20世纪90年代以来迅速发展起来的前沿学元件(PSD)上。显然，PSD光敏面上的光斑的偏转位移量， 科，纳米材料的研究和应用是纳米技术领域的一个重要分 与微悬臂的偏转量成正比，但前者比后者放大了一千至数千 支。其中，纳米结构材料因其具有独特的物理学、化学、电 倍，放大后的位移量可以直接通过检测PSD输出光电流的 学、磁学、机械学和光谱学性能[1’z]而在诸多领域获得广泛 大小而精确测定。当样品扫描时，作用于针尖上的原子力随 almina)薄膜是在酸性溶液中由样品表面的起伏而变化，检测PSD输出的光电流大小，即可 应用。多孔氧化铝(Porous 金属铝经过电化学阳极氧化制备而成的[3“]，它含有孔径大 推知原子力的大小，最终获得样品表面的微观形貌。 小一致、排列有序、分布均匀的柱状孔，现正被越来越多地 本文采用A聊小Ⅱa型原子力显微镜系统[12]测定样品的 用来作为纳米结构材料的模板[5。]，同时也应用于多种功能 纳米结构。实验条件为：激光光源波长650m，位置敏感元 材料及器件的研发，已有研究者开展以多孔氧化铝为基底的 件为日本滨松公司的S1743型二维PSD，采用美国DI公司 光致发光研究[8’9]。此外，作为当前的一个热门研究方向， 的MLS型微探针，其微悬臂呈“v，，字形，有效长度200肛m， 多孔氧化铝模板还被用作高性能燃料电池载体[1…。但是，有 弹性系数o．06N·m～，所有扫描实验均在室温和大气环境 关多孔氧化铝本身的光谱特性及其与纳米结构的关系研究未 下进行。 见系统的报道。本文借助于原子力显微镜(舭、M)[11]与光纤 利用0ceall 光谱仅等开展这方面的研究，发现多孔氧化铝具有独特的反 定反射光谱，采取正入射／反射测量方式，测定的波长范围 射光谱，这种光谱特性可望使其作为特种发光器件、波长调 为200～1100呦。 制器件或光子晶体器件而获得新的应用。 1．2多孔氧化铝薄膜的制备 采用直流恒压电解的方法对纯铝片进行阳极氧化n…。 1实验 把厚度o．5mm、纯度99．99％的铝片剪成一定的形状和面 积，放在高氯酸乙醇混合液中进行电抛光，