[发明专利]一种快速制备纳米结构阵列的装置及方法

说明书

本发明公开了一种快速制备纳米结构阵列的装置及方法。该装置包括：夹具，夹持一金属片；喷嘴，设置成与金属片相对，以适于向金属片的表面喷射电解液；马达，与夹具相连接用以驱动夹具相对喷嘴旋转、垂直移动或者水平移动；可变直流电源，该可变直流电源的阳极电连接金属片，可变直流电源的阴极电连接喷嘴；腔体，适于回收喷射到金属片表面的电解液；及制冷装置，与腔体和喷嘴相连接，该制冷装置能够冷却腔体中的电解液并将冷却后的电解液供应给喷嘴。本发明通过将电解液回收并冷却后再次供应给喷嘴，并由喷嘴喷射至金属片的表面进行电化学阳极氧化，因而可以消除因提高电化学阳极氧化电压而产生的热量，使得可以通过提高电化学阳极氧化电压来提高纳米结构阵列的制备速率，此外，该装置也适用于制备大面积纳米结构阵列。

技术领域

本发明涉及纳米结构阵列的制备技术领域，尤其涉及一种快速制备纳米结构阵列的装置及方法。

背景技术

近些年来，纳米技术蓬勃发展，并在不同领域中展现出广阔的应用前景。其中，具有规整性、周期性的纳米结构阵列材料在光子晶体、存储器和光电子器件等领域有着很广泛的应用。周期性的纳米结构阵列通常可由聚焦离子束、模板法和电化学阳极氧化等方法制备得到，其中，电化学阳极氧化方法是一种简易的、低成本的自组装纳米结构阵列制备方法。

由电化学阳极氧化方法制备的纳米结构阵列包括多孔纳米阵列和纳米管阵列。电化学制备的多孔纳米阵列较常见的为多孔阳极氧化铝，阳极氧化铝的制备方法有恒压、恒流或脉冲氧化等形式，在草酸、硫酸或磷酸等电解液中制得。阳极氧化铝的典型制备工艺是在室温条件下，金属铝片在0.3M的草酸溶液中并在40V电压下电化学氧化制得。该制备方法虽然能够得到规整性非常好的氧化铝纳米阵列，但是由于反应速率较低，薄膜生长较慢，限制了其进一步的应用。

为了提高薄膜生长速率，在电化学阳极氧化过程中，可以通过提高电极两端的电压或改变电解液的浓度来提高薄膜的生长速率。然而，由于氧化速率增大，反应产生大量的反应热，产生的反应热会导致电解槽中局部电解液的温度迅速升高，如果不及时排除这些热量，生成的薄膜就有被击穿的可能性，同时，电解液的温度升高也会造成生成的薄膜溶解。此外，在较高的电压条件下，电流密度较大（大于20mAcm^-2），产生的反应热较多，当金属片尺寸过大时，在电解槽中不宜通过搅拌等方式移除过多的反应热，所以在电解槽中，不能阳极氧化制备大面积的纳米结构阵列。因此，在电解槽中电化学阳极氧化制备纳米结构阵列的方法因其制备的速率较低，又不能制备大面积纳米结构阵列而越来越不能满足纳米技术发展的需要。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术存在的缺陷提供一种能快速制备大面积纳米结构阵列的装置。

为实现上述目的，本发明提供的一种快速制备纳米结构阵列的装置，包括：一夹具，夹持一金属片；一喷嘴，设置成与所述金属片相对，以适于向所述金属片的表面喷射电解液；一马达，与所述夹具相连接用以驱动所述夹具相对所述喷嘴旋转、垂直移动或者水平移动；一可变直流电源，所述可变直流电源的阳极电连接所述金属片，所述可变直流电源的阴极电连接所述喷嘴；一腔体，适于回收喷射到所述金属片表面的电解液；及一制冷装置，与所述腔体和所述喷嘴相连接，所述制冷装置能够冷却所述腔体中的电解液并将冷却后的电解液供应给所述喷嘴。

本发明的又一目的是提供一种使用上述装置快速制备大面积纳米结构阵列的方法，包括如下步骤：

将金属片夹持于夹具上；

利用喷嘴向所述金属片的表面喷射电解液，润湿所述金属片的表面；

将喷射到所述金属片表面的电解液回收于腔体中；及

由制冷装置冷却所述腔体中的电解液并将冷却后的电解液重新供应至所述喷嘴。