管状阳极氧化铝模板的表面氧化应力分析及其应用研究.pdf

铉 材 料 文章编号：1001—9731(2013)12—1690—04 管状阳极氧化铝模板的表面氧化应力分析及其应用研究+ 乐 松1’2，章 园1’2 (1．暨南大学物理系，广东广州510632；2．暨南大学思源实验室，广东广州510632) 摘要： 通过对高纯铝片预制铝管分别进行“外表面 机械性能有了显著提高但制备工艺复杂[13I。Gong等 阳极氧化”(外氧化)和“内表面阳极氧化”(内氧化)制 尝试利用管状AAO模板进行分子缓释控制，显示了 备了管状多孔氧化铝模板(AAO)，考察了氧化过程中其在生物医药领域的潜在应用口“。Yoo等制备出圆 A1／Al：O。界面的应力影响。实验直观表明，“外氧化”柱状和五边形管状AAO模板但模板有序度较低口5。。 过程中Al／Al：O。界面产生拉伸应力易导致管状模板Sanz等对微米一毫米直径铝丝进行阳极氧化得到微型 产生轴向裂纹；而“内氧化”过程中A1／Al。O。界面产管状AAO模板，并通过电沉积方式得到放射状分布 生压缩应力使管状模板更加紧密而不易破裂。研究结 的Ni、Co纳米线阵列，但模板的制备与应用效率偏 果表明，A1／Al。O。界面上拉伸应力的有效释放是获得低‘16]。 无裂纹管状阳极氧化铝模板的关键。最后，利用管状 在阳极氧化过程中，Al被氧化成A1。O。体积膨 氧化铝模板制备了放射状Cu纳米线阵列，并对其在 胀，Al／A1。0。界面因此产生内部应力。一般认为，Al／ 膜渗透方面的应用进行了初步尝试。 Al。O。界面应力是造成管状AAO模板“内氧化”与 关键词： 阳极氧化铝；管状模板；微孔材料；纳米线； “外氧化”不同表现的根源。“外氧化”过程中，A1／ 滤透 Al。O。界面产生拉伸应力易导致管状模板产生轴向裂 中图分类号： 0734 文献标识码：A 纹；“内氧化”过程中，A1／Al：O。界面产生压缩应力使 DOI：10．3969／j．issn．1001—9731．2013．12．004管状模板更加紧密而不易破裂[1引。“内氧化”对管状 AAO模板的制备无疑更加有利，但往往受到所使用铝 1 引 言 材、阴极电极尺寸、电解液与电解电流均匀性难以保证 阳极氧化铝(AAO)模板已被广泛应用于纳米材 等条件的限制，导致制备困难或模板有序度偏低。最 料合成、超微过滤与传感器件领域[1。5]。由于其良好的 近的研究中，利用高纯铝片预制铝管，运用四电极体系 化学稳定性与热稳定性，AAO模板可用于较复杂的环 进行“外氧化”，仅通过调节二次氧化时间，成功制备出 境，如高温、酸性电解质。AAO模板的孑L径、厚度、孑L迄今有序度最高、多种几何构型的无裂纹管状AAO 间距等参数均能通过电解电压、阳极氧化时间、电解液 模板‘”]。 浓度、电解液温度等进行有效调节以满足应用所需。 由于此前管状AAO模板的制备几乎都是在封闭 相对于AAO模板的大量应用实践，对AAO模板自身曲面内进行，阳极氧化过程中A1／A1：O。界面应力的 性能的研究相对较少。人们对AAO模板的发光性质 影响只能通过模板裂纹来推断，缺乏进一步指认。本 与机制展开了较为细致的研究[6-8]。本文实验发现，文尝试在开环预制铝管上制备管状AAO模板，分别 AAO模板的结晶温度与其厚度密切相关凹]。 考察“外氧化”与“内氧化”对开环铝管的作用效果，直 随着AAO模板应用手段的不断进步，其局限性 观表现了Al／Al。0。界面应力对管状AAO模板的影 也日益凸显。例如，利用普通的二维平面AAO模板 响。还利用管状AAO模板制备了宏观尺度上放射状 难以制备出结构较为复杂或者三维的纳米结构[1…。 的Cu纳米线阵列，有利于其将来更规模化的制备与 近年来，人们开始尝试制备三维AAO模板。Jha等利更广泛的应用。最后，尝试了管状AAO模板在微滤