[发明专利]孔径和厚度呈梯度变化的多孔氧化铝模板的制备方法

说明书

本发明公开了一种孔径和厚度呈梯度变化的多孔氧化铝模板的制备方法，即在双极电化学阳极氧化的条件下，铝片在草酸的乙二醇溶液中反应生成孔径和厚度大小呈梯度分布的PAA膜。在同一块铝片上，PAA膜上最大孔径与最小孔径的最大比值为6.0，最大厚度与最小厚度的最大比值为6.4，而且通过改变电压和草酸浓度可调控孔径和厚度的大小以及梯度变化的大小，该方法可以在铝片上一次性制备得到规整的孔径和厚度大小呈梯度分布的PAA膜，并且铝片不需要直接连电源线，工艺简单可控。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种多孔阳极氧化铝模板的制备方法，具体涉及一种具有孔径和厚度呈梯度变化的多孔氧化铝模板的电化学制备方法。

背景技术

通过阳极氧化法制备的多孔阳极氧化铝(PAA)膜，是一种自组装的六边形密排纳米孔阵列结构，具有制备工艺简单、成本低廉、孔径大小可控、孔密度高、易被酸或碱化学溶解等优点。近年来，用PAA作模板，结合电化学沉积、化学或电化学聚合、化学气相沉积、溶胶-凝胶和电泳沉积等方法已成功合成和组装了由金属、合金、非金属、聚合物及其它物质构成的纳米管、纳米线和量子点阵列。目前，这种模板在纳米结构制备科学领域中已经占有极其重要的地位并被广泛应用。

在传统的电化学阳极氧化法中，铝片作为阳极，电压直接加在阳极和对电极之间。制备出的PAA膜，其纳米孔孔径大小由阳极氧化电压决定。当阳极氧化工艺参数确定时，在同一块铝片上制备得到的PAA膜具有单一分布的孔径尺寸和均匀膜厚（例如专利公开号：CN102888642A和CN102864476A）。因此，当利用这种PAA膜作模板制备纳米材料时，一次只能获得一种尺寸的纳米材料。而在研究纳米材料的尺寸效应时，需要制备不同尺寸的纳米材料。这样就需要改变阳极氧化参数，进行一系列的阳极氧化实验获得不同孔径的PAA模板。这大大增加了研究成本和时间消耗。如果能够制备出孔径呈梯度分布的PAA膜，则可利用这种纳米模板一次性得到不同尺寸的纳米材料。由于PAA膜的纳米孔孔径大小由阳极氧化电压决定，要得到孔径呈梯度分布的PAA膜，则必须使加在阳极铝片上的电压呈梯度分布。Kant等将铝片相对于阴极倾斜45^o使铝片表面各处相对于阴极的间距呈线性梯度变化，从而使实际加在铝片表面的电压呈梯度变化，成功获得孔间距大小呈梯度分布的PAA膜（KantK, et al. ACS applied materials interfaces, 2010, 2(12): 3447）。但是，这种方法制备出的PAA膜的孔径梯度变化较小，且孔径较大（130~305纳米），不适合作为纳米材料制备模板的研究。因此，如何制备孔径较小且孔径呈梯度变化的PAA膜是一个具有挑战性的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备孔径呈梯度变化的PAA膜的简便方法，即采用双极电化学阳极氧化的方法，使铝片表面各处的电压在草酸的乙二醇电解液中呈梯度分布，从而在阳极氧化过程中生成孔径呈梯度变化的PAA膜。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种孔径和厚度呈梯度变化的多孔氧化铝模板的制备方法，包括以下步骤：

（1）将抛光的铝片，以其长度方向为纵向，将其纵向置于两块平行设置的石墨板电极组成的电解池中间，并且铝片所在的平面与石墨板电极垂直，铝片到两块石墨板电极的距离相等；

（2）加载在两块石墨板电极上的总电压为200~400 V，通电时间为1 h，电解液温度控制在4~6 ℃，制备PAA膜；

（3）将所得PAA膜在5 wt% H₃PO₄溶液中30℃下浸泡30min进行扩孔处理。