制備納米材料的橢球面形氧化鋁模板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及用于制備納米材料的橢球面形氧化鋁模板以及該模板的制備方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多新的學(xué)科不斷興起。納米材料學(xué)便是其中一例。納米材料的制備是納米材料應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前制備納米材料多采用的方法有:模板法、氣相沉積法、光刻法、液相法、離子束刻蝕法等等。而其中的模板法是一種最基本的方法。目前較成熟的模板大約有四種:碳納米管、離子束刻蝕碳膜、生物微膠束和氧化鋁模板。氧化鋁模板由于具有孔密度大、納米孔長(zhǎng)徑比(孔長(zhǎng)度/孔直徑)可調(diào)等特點(diǎn)，使其成為目前應(yīng)用最為廣泛的模板之一。它是將99.99%的純鋁片放在適當(dāng)?shù)乃嵝匀芤?如草酸、硫酸或磷酸等)中，通過(guò)陽(yáng)極氧化得到的納米孔洞陣列體系。上世紀(jì)90年代初以來(lái)，人們已經(jīng)利用氧化鋁模板成功合成了許多納米結(jié)構(gòu)材料，如:納米纖維、納米棒、納米管和納米線等。這些納米材料展現(xiàn)出令人心儀的應(yīng)用前景，有些甚至已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室階段，如碳納米管用于場(chǎng)發(fā)射、半導(dǎo)體納米線激光器等。
[0003]但是，關(guān)于氧化鋁模板，目前得到應(yīng)用的是平面形氧化鋁模板，即它的上下兩個(gè)表面都是平面，不利于納米材料實(shí)現(xiàn)功能的器件化。不僅如此，平面形氧化鋁模板中的納米孔洞呈現(xiàn)直筒狀并且平行排列，利用這種模板組裝的納米材料的功能單一。依照現(xiàn)有的方法，實(shí)現(xiàn)圓錐形納米孔洞輻射狀有序排列的氧化鋁模板是不可能的。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備納米材料的橢球面形氧化鋁模板及其制備方法。為納米材料的合成提供一種便利的途徑。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明橢球面形氧化鋁模板的特點(diǎn)是模板的內(nèi)外兩面均為橢球面，以橢球面長(zhǎng)軸為中心，圓錐形納米孔洞沿橢球面短軸輻射狀有序排列，圓錐形納米孔孔徑大小及變化率沿橢球面經(jīng)線、緯線的切向和橢球面垂直方向三維漸變，并且還可以通過(guò)改變陽(yáng)極氧化時(shí)間以及橢球面長(zhǎng)軸、中軸、短軸的大小調(diào)節(jié)。橢球面形鋁片經(jīng)過(guò)拋光、陽(yáng)極氧化、去除阻礙層后得到橢球面形氧化鋁模板。
[0007]本發(fā)明的具體制備方法包括如下順序的步驟:
[0008]①將平面形高純鋁片覆蓋在橢球體模具表面，經(jīng)過(guò)鍛壓定型后得到橢球面形鋁片，或者在橢球體模具表面真空蒸鍍鋁后再去掉橢球體模具得到橢球面形鋁片；
[0009]②橢球面形鋁片在乙醇與高氯酸的混合液中拋光4-5分鐘；
[0010]③取出鋁片用去離子水沖洗3-5次；
[0011]④將橢球面形鋁片放入草酸溶液中陽(yáng)極氧化20小時(shí)；
[0012]⑤去掉橢球面形鋁片上的氧化層；
[0013]⑥橢球面形鋁片在草酸溶液中進(jìn)行第二次陽(yáng)極氧化8小時(shí)；
[0014]⑦去掉未氧化的鋁層以及阻礙層，
[0015]⑧用去離子水沖洗3-5次，在室溫下晾干。
[0016]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下技術(shù)效果:
[0017]1、幾何特性。橢球面形氧化鋁模板的內(nèi)外表面都是橢球面，相對(duì)于平面模板在納米材料的器件化方面具有較大優(yōu)勢(shì)，比如由橢球面形模板可以制成橢球面鏡、橢球面透鏡坐寸ο
[0018]2、電學(xué)性質(zhì)。平行排列、直徑均勻的納米線(管、棒)和輻射狀有序排列、圓錐形納米線(管、棒)的電學(xué)性質(zhì)有很大的差異。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不同直徑鉍納米線的電子輸運(yùn)性質(zhì)不同，或?yàn)榘虢饘倩驗(yàn)榘雽?dǎo)體，利用橢球面形氧化鋁模板可以組裝得到輻射狀有序排列且直徑在三維方向(橢球面經(jīng)線、緯線切向和橢球面垂直方向)漸變的納米線(管、棒)陣列，從而可以在一根納米線上實(shí)現(xiàn)半金屬到半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，為納米材料的器件化奠定了基礎(chǔ)。
[0019]3、光學(xué)性質(zhì)。理論和實(shí)驗(yàn)都已證明，輻射狀有序排列、直徑漸變的納米線(管、棒)具有奇異的光學(xué)性質(zhì)。比如，輻射狀排列的銀納米線陣列可以實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)超分辨放大成像等。利用橢球面形氧化鋁模板可以組裝得到輻射狀有序排列且直徑在三維方向(橢球面經(jīng)線、緯線切向和橢球面垂直方向)漸變的納米線(管、棒)陣列，可以實(shí)現(xiàn)納米材料優(yōu)異的光學(xué)性能。
[0020]本制備方法的有益效果體現(xiàn)在:
[0021]橢球面形氧化鋁模板的制備方法操作簡(jiǎn)單、可靠、錐形孔徑大小及孔徑變化率可以在三維方向(橢球面經(jīng)線、緯線切向和橢球面垂直方向)漸變，并且還可以通過(guò)改變陽(yáng)極氧化時(shí)間以及橢球面的長(zhǎng)軸、中軸、短軸的大小調(diào)節(jié)。
【附圖說(shuō)明】
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[0022]圖1為本發(fā)明橢球面形鋁片經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化后的實(shí)物圖。
[0023]圖2為本發(fā)明橢球面形氧化鋁模板的實(shí)物圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0024]本實(shí)施例中的橢球面形氧化鋁模板的內(nèi)外兩面都是橢球面，以橢球面長(zhǎng)軸為中心，圓錐形納米孔洞沿橢球面短軸輻射狀有序排列，圓錐形納米孔的孔徑大小及孔徑變化率在三維方向(橢球面經(jīng)線、緯線的切向和橢球面垂直方向)漸變，并且還可以通過(guò)改變陽(yáng)極氧化時(shí)間以及橢球面長(zhǎng)軸、中軸、短軸的大小調(diào)節(jié)。圖1中的虛線分別表示橢球面形模板的經(jīng)線、緯線和橢球面垂直方向。圖2中的虛線分別表示橢球面形模板的經(jīng)線和緯線。
[0025]針對(duì)本實(shí)施例中的氧化鋁模板，其制備方法的具體步驟為:
[0026](I)將平面形高純鋁片覆蓋在橢球體模具表面，經(jīng)過(guò)鍛壓定型后得到橢球面形鋁片，或者在橢球體模具表面真空蒸鍍鋁后再去掉橢球體模具得到橢球面形鋁片；
[0027](2)橢球面形鋁片在乙醇與高氯酸(體積比為5: I)的混合液中拋光4-5分鐘，電壓為14-15伏特，溫度為10攝氏度；
[0028](3)取出鋁片用去離子水沖洗3-5次；
[0029](4)將橢球面形鋁片放入0.3M草酸溶液中陽(yáng)極氧化20小時(shí)，氧化電壓為40伏特，溫度為5攝氏度；
[0030](5)將(4)得到的鋁片放入按體積比1:1混合的磷酸(1.6% wt)和鉻酸(6%wt)的溶液中，在60攝氏度下，放置2個(gè)小時(shí)，去掉橢球面形鋁片上的氧化層；
[0031](6)橢球面形鋁片在0.3M草酸溶液中進(jìn)行第二次陽(yáng)極氧化8小時(shí)，電壓為40伏特，溫度為5攝氏度；
[0032](7)將(6)得到的橢球面形氧化鋁片放入飽和氯化汞溶液中2小時(shí)，去掉未氧化的鋁層；
[0033](8)將(7)得到的橢球面形氧化鋁片用去離子水沖洗3-5次；
[0034](9)將(8)得到橢球面形氧化鋁片放入0.1M的磷酸溶液中，在30攝氏度下放置20分鐘，去掉阻礙層；
[0035](10)將(9)得到的橢球面形氧化鋁片用去離子水沖洗3-5次，在室溫下晾干。
[0036]實(shí)驗(yàn)表明:
[0037]在相應(yīng)條件的草酸溶液中陽(yáng)極氧化得到的橢球面形氧化鋁模板完成以上步驟后，錐形孔洞以橢球面長(zhǎng)軸為中心，沿橢球面短軸呈現(xiàn)輻射狀有序排列。在圖2所示的A點(diǎn)附近，其錐形孔沿模板表面垂線方向的最小和最大直徑分別為:56nm和78nm，納米孔徑的變化率為0.55nm/ μ m，在圖2所示的B點(diǎn)附近，其錐形孔沿模板表面垂線方向的最小和最大直徑分別為:60nm和80nm，納米孔徑的變化率為0.50nm/ μ m,即沿模板經(jīng)線切向和模板表面垂線方向，納米孔的孔徑及孔徑變化率漸變；在圖2所示的C點(diǎn)附近，其錐形孔沿模板表面垂線方向的最小和最大直徑分別為68nm和84nm,納米孔徑的變化率為0.AQxm/ μ m,在D點(diǎn)附近，其錐形孔沿模板表面垂線方向的最小和最大直徑分別為65nm和73nm，納米孔徑的變化率為0.45nm/ μ m,即沿模板緯線切向和模板表面垂線方向，納米孔的孔徑及孔徑變化率漸變，所以模板上圓錐形納米孔的孔徑大小及孔徑變化率在三維方向漸變，也可以通過(guò)改變陽(yáng)極氧化時(shí)間以及橢球面長(zhǎng)軸、中軸、短軸的大小調(diào)節(jié)錐形孔孔徑的大小和孔徑變化率，掃描電子顯微鏡的直接觀察可以證實(shí)方法的可行性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備納米材料的橢球面形氧化鋁模板，其特征是模板的內(nèi)外兩面均為橢球面，圓錐形納米孔洞陣列以橢球面長(zhǎng)軸為中心，沿橢球面短軸輻射狀有序排列，圓錐形納米孔孔徑大小及變化率沿橢球面經(jīng)線、緯線的切向和橢球面垂直方向三維漸變。2.—種權(quán)利要求1所述的制備納米材料的橢球面形氧化鋁模板的制備方法，其特征在于橢球面形鋁片是將平面形高純鋁片覆蓋在橢球體模具表面，通過(guò)鍛壓定型后得到，或者在橢球體模具表面真空蒸鍍鋁后再去掉橢球體模具得到。
【專利摘要】一種制備納米材料的橢球面形氧化鋁模板及其制備方法。其特征是模板的內(nèi)外兩面均為橢球面，圓錐形納米孔洞陣列以橢球面長(zhǎng)軸為中心，沿橢球面短軸方向輻射狀有序排列，圓錐形納米孔孔徑大小及變化率沿橢球面經(jīng)線、緯線的切向和橢球面垂直方向三維漸變。其制備方法是將橢球面形高純鋁片經(jīng)過(guò)拋光、陽(yáng)極氧化、去除阻礙層后得到。本發(fā)明中的橢球面形氧化鋁模板對(duì)納米材料的合成提供一種便利的途徑，其制備方法簡(jiǎn)單可行。
【IPC分類】C25D11/10, B82Y30/00, B82Y40/00, C25D11/12
【公開(kāi)號(hào)】CN104975321
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410152805
【發(fā)明人】龐巖濤, 趙俊卿, 張美生, 張寶金, 李魯艷, 莊世棟, 王婕, 王惠臨
【申請(qǐng)人】山東建筑大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2014年4月13日