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      陽(yáng)極氧化法制備多孔氧化鋁模板?

      回答:1  瀏覽:11396  提問(wèn)時(shí)間:2012-7-11
      陽(yáng)極氧化法制備多孔氧化鋁模板
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        摘要:采用陽(yáng)極氧化法,以硫酸為電解液制備了多孔氧化鋁模板。討論了氧化電壓和電解液溫度對(duì)多孔陽(yáng)極氧化鋁膜的孔徑的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)氧化時(shí)間為6h時(shí),氧化膜厚度達(dá)到最大值35.6μm。XRD分析結(jié)果證實(shí).多孔氧化鋁膜由非晶態(tài)的Al2O3組成。
        關(guān)鍵詞:陽(yáng)極氧化;多孔氧化鋁模板;納米材料
        在20世紀(jì)80年代以后,隨著納米科學(xué)技術(shù)的崛起,有關(guān)多孔氧化鋁模板的合成及其相關(guān)的組裝技術(shù)逐漸成為研究的熱點(diǎn)[1-3]。1995年,Masuda等人首次報(bào)道了兩步法合成多孔陽(yáng)極氧化鋁,他們合成的氧化鋁膜由高度有序的六角密排的孔道組成[4]。兩步陽(yáng)極氧化法的提出極大地推動(dòng)了多孔陽(yáng)極氧化鋁膜的制備及應(yīng)用研究。本文采用硫酸為電解液制備納米孔陣列高度有序的多孔氧化鋁模板,為進(jìn)一步開展以多孔氧化鋁為模板制備一維納米材料打下基礎(chǔ)。
        1 試  驗(yàn)
        1。1  試驗(yàn)試劑及材料
        試驗(yàn)用鋁片的純度為w(A1)=99.99%,厚度為0.5mm,氧化區(qū)面積為100mm2。硫酸、丙酮、氫氧化鈉、高氯酸、乙醇、磷酸、三氧化鉻等試劑純度均為分析純。
        1。2  試驗(yàn)方法
        以鋁片為陽(yáng)極。在陽(yáng)極氧化前.將鋁片依次在洗滌劑和乙醇中進(jìn)行除油處理,然后在w(NaOH)10%的水溶液中侵蝕5min,以上除鋁片以上的自然氧化層,用蒸餾水沖洗干凈后,在高氯酸:乙醇體積比為1:5的溶液中電化學(xué)拋光3min,電壓為15V。以濃度為1.0mol/L的硫酸做電解液。采用兩步氧化法進(jìn)行多孔型氧化鋁膜的制備。第-步陽(yáng)極氧化的時(shí)間為5h。然后,將試樣在鉻酸和磷酸混合酸的溶液中化學(xué)侵蝕8 h,,完全去除掉第一步氧化所形成的氧化膜,再進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化,時(shí)間為1 h~7 h。采用日本日立公司生產(chǎn)的S-4200型掃描電鏡(SEM)對(duì)多孔型陽(yáng)極氧化鋁膜的表面及斷面形貌進(jìn)行觀察;采用HCC-25A電渦流測(cè)厚儀測(cè)量氧化鋁眼的厚度。方法是在樣品的正面取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,將其平均值作為氧化膜的厚度。
        2  試驗(yàn)結(jié)果與討論
        2。1  氧化電壓對(duì)氧化鋁模板的影響
        對(duì)鋁片進(jìn)行陽(yáng)極氧化試驗(yàn)時(shí),電壓低于10V情況下陰極上基本沒有氣泡產(chǎn)生,說(shuō)明陽(yáng)極氧化反應(yīng)很緩慢,這樣的多孔氧化鋁哎的孔徑也很小,不能作為制備納米材料的模板;當(dāng)氧化電壓高于25 V時(shí)反應(yīng)比較劇烈,陰極有大量氣泡生成,并且電解液溫度快速升高,10 min左右將已形成的氧化膜擊穿。因此,以1.0mol/L的硫酸為電解液對(duì)鋁片進(jìn)行陽(yáng)極氧化,氧化電壓的范圍應(yīng)在10V~25 V之間。而氧化電壓耐多孔陽(yáng)極氧化鋁模板的納米孔孔徑的影響需從電鏡照片來(lái)觀察。圖1是氧化電壓分別為10 V、15V、20V、25 V時(shí)制備的多孔氧化鋁模板的SEM照片。由圖1及表1可見,氧化電壓為10V時(shí),多孔氧化鋁膜的孔徑較小,并且孔徑大小不均勻、有序性較差;隨著氧化電壓升高,孔徑逐漸增大,孔的有序性提高。從孔的有序性看,氧化電壓的范圍以20V~25V為宜。

        2.2  電解液溫度對(duì)多孔氧化鋁模板的影響
        試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)電解液的溫度高于25℃時(shí),陽(yáng)極氧化反應(yīng)非常劇烈,試驗(yàn)無(wú)法正常進(jìn)行,因此,以硫酸為電解液進(jìn)行陽(yáng)極氧化時(shí),電解液溫度不能超過(guò)25℃。電解液溫度對(duì)多孔氧化鋁模板的納米孔孔徑的影響見圖2,孔徑隨電解液溫度的升高而增大。這是由于當(dāng)電解液溫度升高時(shí),電解液的腐蝕性增強(qiáng),因而孔徑增大。

        2.3  氧化時(shí)間對(duì)氧化鋁模板厚度的影響
        氧化時(shí)間越長(zhǎng),氧化鋁膜的厚度越厚。圖3為氧化時(shí)間與氧化鋁膜厚度的關(guān)系圖,氧化時(shí)間在1 h~6h內(nèi),多孔氧化鋁膜的厚度隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加;當(dāng)氧化時(shí)間超過(guò)6h后,氧化鋁膜的厚度不再增加。這是由于當(dāng)氧化時(shí)間超過(guò)6h以后,氧化鋁膜的生成速度與電解液對(duì)氧化膜的溶解速度相等,體系達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡,因此,氧化鋁膜不再增厚。可以認(rèn)為,陽(yáng)極氧化進(jìn)行到6 h時(shí),氧化膜的厚度達(dá)到最大值35.6μm。

        2.4 多孔氧化鋁膜的XRD測(cè)試
        圖4是多孔氧化鋁膜的Ⅹ射線衍射圖。氧化膜的制備條件:氧化電壓20Ⅴ,電解液溫度10℃,二次氧化時(shí)間2 h。從圖4可以看出,在2θ=27°處均出現(xiàn)了一個(gè)饅頭峰,為非晶態(tài)Al2O3的衍射峰,說(shuō)明多孔氧化鋁膜由非晶態(tài)的Al2O3組成。2θ為65°、78°的兩個(gè)尖峰為基體鋁的衍射峰。雖然進(jìn)行XRD測(cè)試的氧化鋁膜的厚度超過(guò)了10μm,但由于氧化膜為多孔結(jié)構(gòu),易于被Ⅹ射線穿透,因此XRD譜圖中出現(xiàn)了基體鋁的衍射峰。

        3結(jié)論
        以1.0 mol/L的硫酸為電解液制各多孔陽(yáng)極氧化鋁模板時(shí),納米孔直徑隨氧化電壓的升高而增大,從納米孔的有序性看,適宜的氧化電壓的范圍為20Ⅴ~25 V;隨著電解液溫度的升高,多孔陽(yáng)極氧化鋁膜的孔徑逐漸增大;多孔氧化鋁模板的厚度隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,當(dāng)氧化時(shí)間為6 h時(shí),氧化膜厚度達(dá)到最大值35.6μm;XRD分析結(jié)果證明陽(yáng)極氧化法制備的多孔氧化鋁膜由非晶態(tài)的Al2O3組成。 


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