AAOAAO模板的制備與應(yīng)用模板的制備與應(yīng)用 AAO材料的制備與應(yīng)用姓名陳祥專(zhuān)業(yè)凝聚態(tài)物理學(xué)號(hào)21xx0123目錄 A AO材料的概述 1 1AAO材料的簡(jiǎn)介 1 2AAO材料的生長(zhǎng)機(jī)制 AAO材料 的制備 AAO材料的應(yīng)用AAO材料簡(jiǎn)介AAO材料即陽(yáng)極氧化鋁 是一種 多孔納米材料 將鋁置于酸溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化反應(yīng)即可獲得陽(yáng)極氧化鋁 通過(guò)對(duì)鋁氧化反應(yīng)條件的控制 可以獲得致密型及多孔型兩種陽(yáng)極 氧化鋁 其中多孔陽(yáng)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(diǎn)成為了一種有著多方面應(yīng)用前景的 材料 其中一種應(yīng)用便是將其氧化層內(nèi)高度均勻的孔作為納米材料 生長(zhǎng)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(dǎo)體 陽(yáng)極氧化鋁膜的形態(tài)主要由電解液的化學(xué)性質(zhì)決定 中性電解液 pH值5 7 生成致密無(wú)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?yàn)?陽(yáng)極氧化鋁膜不溶于這類(lèi)電解液 另一方面 酸性電解液則生成多孔型陽(yáng)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(píng)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(píng)果酸 溶液等 這是因?yàn)殛?yáng)極氧化鋁膜微溶于此類(lèi)電解液磷酸草酸硫酸AAO 薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制多孔陽(yáng)極氧化鋁膜生長(zhǎng)過(guò)程中 伴隨著陽(yáng)極電解生 產(chǎn)氧化鋁和電解液的溶解作用 電極反應(yīng)如下陽(yáng)極陰極對(duì)于其周期性六角排列的自組織結(jié)構(gòu)的形成 有以下幾種比較經(jīng)典的理論模型 例如電場(chǎng)助溶模型 臨界電流密 度效應(yīng)模型以及應(yīng)力模型等 電場(chǎng)助溶模型這種模型認(rèn)為陽(yáng)極氧化過(guò)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(zhǎng)三個(gè)階段其中 電場(chǎng)效應(yīng) 在多孔層的穩(wěn)定生長(zhǎng)中發(fā)揮了極其重要的作用 第一階段反應(yīng)開(kāi)始時(shí) 鋁與電解液發(fā)生反應(yīng) 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(huì)和電解液發(fā)生反應(yīng) 被酸部分溶解 部分溶解 第三階段當(dāng)溶解到一定程度時(shí) 鋁表面會(huì)生成規(guī)則排列的空點(diǎn) 稱(chēng) 為孔核 這是孔道生長(zhǎng)的基礎(chǔ) 因?yàn)樵诳缀死?原來(lái)均勻分布的電場(chǎng)將會(huì)集中 從而使孔核底部的 溶解速率增加在孔核里 原來(lái)均勻分布的電場(chǎng)將會(huì)集中 從而使孔 核底部的溶解速率增加 同時(shí)由于在孔核內(nèi)電場(chǎng)較其它地方更強(qiáng) 電流更大 所以局部溫度升高 加快了底部的反應(yīng)過(guò)程 于是由于孔核底部溶解速度較之側(cè)壁更快 孔核便會(huì)不斷生長(zhǎng) 成 為孔道由于孔核底部溶解速度較之側(cè)壁更快 孔核便會(huì)不斷生長(zhǎng) 成為孔道 在阻擋層的生成速度和溶解速度持平時(shí) 孔道進(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)階段 生成速度和溶解速度持平時(shí) 孔道進(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)階段 臨界電流密度模型臨界電流密度模型這種模型認(rèn)為 對(duì)于陽(yáng)極氧化 來(lái)說(shuō) 總存在一個(gè)臨界電流密度 在電流大于臨界電流時(shí) 氧化過(guò) 程為致密氧化鋁的生長(zhǎng)過(guò)程 此過(guò)程的電流效率為100 在電流小 于臨界電流時(shí) 為多孔氧化鋁的生長(zhǎng)過(guò)程 此過(guò)程的電流效率小于6 0 應(yīng)力模型這種模型認(rèn)為 在鋁與電解液發(fā)生反應(yīng)生成氧化鋁的過(guò)程 中 由于生成氧化鋁的體積比原來(lái)鋁的體積大 所以在小孔周?chē)鷷?huì) 有膨脹應(yīng)力 應(yīng)力作用使小孔按照能量最低的原則排列為六角形狀 應(yīng)力模型總結(jié)這幾種形成機(jī)理的側(cè)重點(diǎn)不同 各有優(yōu)缺 電場(chǎng)助溶模型對(duì)多孔膜的整體生長(zhǎng)作了較為完善的解釋 卻沒(méi)有提 到自組織的作用所在 電流密度模型強(qiáng)調(diào)致密膜和多孔膜生成條件 的區(qū)別 對(duì)多孔膜的生長(zhǎng)原因提到較少 應(yīng)力模型重在解釋孔道的 形狀和生成原理 卻忽視了電場(chǎng)在反應(yīng)過(guò)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(cuò) 晶界 點(diǎn)缺陷等等 首先需要退火處理 盡量 減少位錯(cuò) 晶界的數(shù)量 提高陣列的有序性 不經(jīng)過(guò)退火處理的鋁片制作成的AAO表面會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)小裂紋 這 是因?yàn)檠趸X的韌性比鋁差 鋁片中的集中應(yīng)力作用于氧化鋁時(shí) 會(huì)開(kāi)裂 退火處理一般在500 保持一段時(shí)間 使小晶粒生長(zhǎng)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(zhǔn)備 在沒(méi)有除脂的情況下 可以預(yù)期 鋁表面會(huì)有吸附的灰塵以及一些 有機(jī)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(zhì)對(duì)于體 積大小有一個(gè)分布 在納米量級(jí)以上各個(gè)階段都存在 而影響最大 的應(yīng)該是有機(jī)物 無(wú)機(jī)物在拋光過(guò)程中很可能被除去 而有機(jī)物由于附著力大以及不 參與陽(yáng)極反應(yīng)的緣故 在陽(yáng)極氧化的過(guò)程中也會(huì)存在 由于難以完全確定有機(jī)物的種類(lèi) 故它們對(duì)成核和孔道生長(zhǎng)的影響 難以判斷 不過(guò)可以相信 有機(jī)物的存在 會(huì)在一定程度上影響有序孔道的生 長(zhǎng)有機(jī)物的存在 會(huì)在一定程度上影響有序孔道的生長(zhǎng) 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(jìn)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(gè)表面的孔道 表面的粗糙還可能會(huì)引起溶液與鋁箔接觸面上離子分布的不均以及 電場(chǎng)分布的不均勻 這些會(huì)在一定程度上影響孔核的形成陽(yáng)極氧化A AO材料的應(yīng)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(diǎn)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(xué)法進(jìn)行 將預(yù)處理過(guò)的AAO模版浸泡于硝酸銀的聚乙二醇溶液中一定的時(shí)間 可以將硝酸銀分解得到的銀單質(zhì)沉積到AAO孔洞當(dāng)中 最后通過(guò)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(shí)間 再進(jìn)行高溫干燥生成硅單質(zhì) 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(jiǎn)單有效的方法 它不僅可以 合成金屬納米材料 對(duì)于氧化物 聚合物