AAO模板的制备与应用

AAOAAO模板的制备与应用模板的制备与应用 AAO材料的制备与应用姓名陈祥专业凝聚态物理学号21xx0123目录 A AO材料的概述 1 1AAO材料的简介 1 2AAO材料的生长机制 AAO材料 的制备 AAO材料的应用AAO材料简介AAO材料即阳极氧化铝 是一种 多孔纳米材料 将铝置于酸溶液中进行阳极氧化反应即可获得阳极氧化铝 通过对铝氧化反应条件的控制 可以获得致密型及多孔型两种阳极 氧化铝 其中多孔阳极氧化铝有着孔高度均匀分布 孔径统 一 孔形可控 表面积大孔高度均匀分布 孔径统 一 孔形可控 表面积大等优点成为了一种有着多方面应用前景的 材料 其中一种应用便是将其氧化层内高度均匀的孔作为纳米材料 生长的模板 现在已经可以使用此方法制备多种一维纳米材料 如金属 金属氧 化物 合金及半导体 阳极氧化铝膜的形态主要由电解液的化学性质决定 中性电解液 pH值5 7 生成致密无孔的阻隔型氧化膜 如硼酸盐 草酸盐 柠檬酸盐 钨酸盐 磷酸盐 己二酸盐溶液等如硼酸盐 草酸盐 柠檬酸盐 钨酸盐 磷酸盐 己二酸盐溶液等 这是因为 阳极氧化铝膜不溶于这类电解液 另一方面 酸性电解液则生成多孔型阳极氧化铝膜 如硒酸 硫酸 草酸 磷酸 铬酸 丙二酸 酒石酸 柠檬酸 苹果酸溶液等硒 酸 硫酸 草酸 磷酸 铬酸 丙二酸 酒石酸 柠檬酸 苹果酸 溶液等 这是因为阳极氧化铝膜微溶于此类电解液磷酸草酸硫酸AAO 薄膜的生长机制多孔阳极氧化铝膜生长过程中 伴随着阳极电解生 产氧化铝和电解液的溶解作用 电极反应如下阳极阴极对于其周期性六角排列的自组织结构的形成 有以下几种比较经典的理论模型 例如电场助溶模型 临界电流密 度效应模型以及应力模型等 电场助溶模型这种模型认为阳极氧化过程包括阻挡层的生成 阻挡 层部分溶解阻挡层部分溶解和多孔层生长三个阶段其中 电场效应 在多孔层的稳定生长中发挥了极其重要的作用 第一阶段反应开始时 铝与电解液发生反应 生成致密的氧化铝膜 即阻挡层 第二阶段生成的致密氧化铝膜会和电解液发生反应 被酸部分溶解 部分溶解 第三阶段当溶解到一定程度时 铝表面会生成规则排列的空点 称 为孔核 这是孔道生长的基础 因为在孔核里 原来均匀分布的电场将会集中 从而使孔核底部的 溶解速率增加在孔核里 原来均匀分布的电场将会集中 从而使孔 核底部的溶解速率增加 同时由于在孔核内电场较其它地方更强 电流更大 所以局部温度升高 加快了底部的反应过程 于是由于孔核底部溶解速度较之侧壁更快 孔核便会不断生长 成 为孔道由于孔核底部溶解速度较之侧壁更快 孔核便会不断生长 成为孔道 在阻挡层的生成速度和溶解速度持平时 孔道进入稳定生长阶段 生成速度和溶解速度持平时 孔道进入稳定生长阶段 临界电流密度模型临界电流密度模型这种模型认为 对于阳极氧化 来说 总存在一个临界电流密度 在电流大于临界电流时 氧化过 程为致密氧化铝的生长过程 此过程的电流效率为100 在电流小 于临界电流时 为多孔氧化铝的生长过程 此过程的电流效率小于6 0 应力模型这种模型认为 在铝与电解液发生反应生成氧化铝的过程 中 由于生成氧化铝的体积比原来铝的体积大 所以在小孔周围会 有膨胀应力 应力作用使小孔按照能量最低的原则排列为六角形状 应力模型总结这几种形成机理的侧重点不同 各有优缺 电场助溶模型对多孔膜的整体生长作了较为完善的解释 却没有提 到自组织的作用所在 电流密度模型强调致密膜和多孔膜生成条件 的区别 对多孔膜的生长原因提到较少 应力模型重在解释孔道的 形状和生成原理 却忽视了电场在反应过程中的重要作用 AAO材料的制备高温退火由于高纯铝片 99 999 内部晶格存在大 量的缺陷 如位错 晶界 点缺陷等等 首先需要退火处理 尽量 减少位错 晶界的数量 提高阵列的有序性 不经过退火处理的铝片制作成的AAO表面会产生大量的细小裂纹 这 是因为氧化铝的韧性比铝差 铝片中的集中应力作用于氧化铝时 会开裂 退火处理一般在500 保持一段时间 使小晶粒生长为大晶粒 减少 缺陷 铝箔的X射线衍射图谱 a 退火前 b 退火后退火后铝箔的表面形貌图超声清洗超声清洗 主要是为了除去表面可能存在的油脂和尘埃油脂和尘埃 为获得光 滑平整的表面做准备 在没有除脂的情况下 可以预期 铝表面会有吸附的灰尘以及一些 有机物 并且难以判断它们的体积大小 最有可能的情况是各种杂质对于体 积大小有一个分布 在纳米量级以上各个阶段都存在 而影响最大 的应该是有机物 无机物在抛光过程中很可能被除去 而有机物由于附着力大以及不 参与阳极反应的缘故 在阳极氧化的过程中也会存在 由于难以完全确定有机物的种类 故它们对成核和孔道生长的影响 难以判断 不过可以相信 有机物的存在 会在一定程度上影响有序孔道的生 长有机物的存在 会在一定程度上影响有序孔道的生长 抛光未抛光的铝箔表面粗糙 微观上有起伏 在这种前提下进行氧化 由于不同起伏之间有一定夹角 所以难以 得到统一垂直于某个表面的孔道 表面的粗糙还可能会引起溶液与铝箔接触面上离子分布的不均以及 电场分布的不均匀 这些会在一定程度上影响孔核的形成阳极氧化A AO材料的应用使用AAO可以制备零维和一维纳米材料 如纳米线 纳 米棒 量子点等等 相比于离子束刻蚀等方法 AAO模版法效率更高 成本更低 适合工 业化 如银纳米线的制备可以使用湿化学法进行 将预处理过的AAO模版浸泡于硝酸银的聚乙二醇溶液中一定的时间 可以将硝酸银分解得到的银单质沉积到AAO孔洞当中 最后通过溶解模版得到银纳米线 硅纳米管的合成可以使用溶胶凝胶法在AAO模版中制备 将AAO模版浸入硅烷凝胶一定时间 再进行高温干燥生成硅单质 去 除模版后最终得到硅纳米管 以AAO为模版合成纳米材料是一种非常简单有效的方法 它不仅可以 合成金属纳米材料 对于氧化物 聚合物