氧化铝模板制备和其应用.doc

AAO模板的制备及其应用 李晓洁 张海明 胡国峰 李育洁 （天津工业大学 理学院 天津 300160） 摘要：AAO模板由于其价廉，制备工艺简单，以及特殊的结构和多样的组装方法得到了广泛的研究和应用。本文主要介绍了AAO模板的制备方法、影响因素，和其在纳米组装体系中的应用，包括纳米线，纳米管，量子点和“电缆式”层状纳米材料等。 关键词：二次阳极氧化 氧化铝模板（AAO） 纳米材料 Fabrication and application of AAO template Li Xiaojie Zhang Haiming Hu Guofeng Li Yujie (TianJin Polytechnic Abstract: Key words: 图1 AAO模板微结构F 图1 AAO模板微结构 Fig.1 The microstructure of AAO template 自1953年Keller等[1]首先报道了用电化学的方法制备了多孔氧化铝膜以来，这种具有独特结构的被广泛用于各种纳米结构材料的制备。多孔氧化铝模板（AAO）具有独特的结构，紧靠铝基体表面是一层薄而致密的氧化铝阻挡层，上面则是较厚且疏松的多孔层，多孔层的膜胞是六角密堆排列，每个膜胞中心有一个纳米级的孔道，孔径一般为5-200nm，多孔层的厚度一般为1-50μm，且孔基本与表面垂直。这种特异的结构使得这种多孔膜在纳米结构有序阵列的制备中发挥着独特的优势，因而也成为当前纳米材料与技术研究的热点之一。 它的优点是：(1)制备工艺简单、孔径大小均匀可调、价廉；(2)AAO模板本身耐高温、绝缘、在可见和大部分红外光区透明；(3)适用于金属、合金、非金属、半导体氧化物和硫化物、导电高分子、高分子聚合物等多种材料的组装；(4)适合制备纳米粒子直径大小一致的单分散阵列体系，去除AAO模板得到纳米粒子、线、棒和管纳米结构单元，复制金属和高分子聚合物等模板；(5)采用层层组装，可制备同轴纳米套管(或电缆)等纳米结构材料；(6)可通过改变模板内被组装物质的成分和纳米颗粒的形状比来调节纳米结构材料的性能。[2] 1.AAO模板的制备 1.1 AAO模板制备的一般流程制样清洗 制样 清洗 抛光 一次氧化 去除一次氧化膜 二次氧化 去除铝基底 去除阻挡层 得到AAO模板 图二.AAO模板的制备流程 Fig.1 fiow of fabrication AAO模板的制备一般都采用二次阳极氧化法。 二次阳极氧化法是由一次氧化法改进而来。在去除一次氧化膜的铝片上留下的一次氧化后的凹坑上继续二次氧化，得到的AAO模板的孔洞排列更加均匀，有序。 1.2 影响AAO模板孔径和质量的因素 实验和生产中我们要根据需要调节AAO模板的孔径大小和孔洞长度，这就需要考虑AAO模板生长的影响因素。大量试验得到如下几个影响因素： ⑴电解质类型：现在常用的电解液主要有硫酸、铬酸、草酸、磷酸，以及它们之间的混合酸[6]，还有磷酸和乙醇的混合溶液[3]等。所选电解质类型不同，AAO模板的孔径范围及有序性也会不同。 ⑵电解温度：电解温度是根据电解液的不同而不同的，但是对于现在常用的几种电解液电解温度都不高。都在室温以下。温度过高直接影响AAO模板孔洞排列有序性，和成孔质量。 ⑶氧化电压：在电解液类型和浓度一定的情况下，随着氧化电压的升高，孔径和孔间距也随之增大。 ⑷氧化时间：氧化时间越长成膜越厚，AAO孔道越长，孔洞的排列越趋向周期性的规则排列。 根据大量报道在下表列出了不同条件下AAO模板孔径的典型范围： 电解质类型 电解质温度 氧化电压（V） 孔径（nm） 10%wt硫酸 0-15 20 20 0.3Mol/L草酸 0-15 40 50 10%wt磷酸 0 100 100 磷酸+乙醇 -10-10 195 250 [4] 2.AAO模板的应用 在20世纪70年代，人们开始利用AAO模板来生长其它材料。Masuda等利用AAO模板，采用二步复制过程成功的生长了量子尺寸的CdS，用真空蒸镀的方法制备了高度有序的Cu纳米线点阵列。1994年，Martin报道了利用AAO模板进行纳米功能结构的合成，引起人们的广泛关注[5]。 由于AAO模板的特殊物理结构，使它主要应用于纳米材料的生长.包括纳米管，纳米线，以及量子点。 2.1，纳米管 1991年日本科学家(Iijima)发现碳纳米管。 目前利用AAO模板制备纳米管的方法主要有模板浸润法，电化学法 ，化学沉积法，溶胶凝胶法等． 2.2 纳米线 2.3 量子点 参考文献 [1] 吴玉程，马杰等，氧化铝纳米有序阵列模板的制备工艺及应用，中国有色金属报，2005，15(5):681~687. [2] 利用aao模板合成纳米材料 张吉林，洪广言 中国科学院长