專利名稱：在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔Al₂O₃膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多孔八1203膜的制備方法。
背景技術(shù)：
多孔陽極氧化鋁膜(anodic aluminum oxide，簡稱AA0)能夠自組織生長成六度 對(duì)稱的有序多孔結(jié)構(gòu)，將它作為模板已經(jīng)制備出各種光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等納米結(jié)構(gòu)材料和器 件。但是傳統(tǒng)的AAO模板法電化學(xué)組裝納米陣列存在一些缺點(diǎn)鋁陽極氧化過程中生成的 致密阻擋層導(dǎo)電性極差，不能直接用于電化學(xué)組裝，要將氧化鋁膜從鋁基體上剝離、去阻擋 層、導(dǎo)電化處理后，才可在一定的電解條件下進(jìn)行納米材料的合成，操作非常復(fù)雜，模板脆 而且易碎；由于剝膜的限制，模板需保持一定厚度(幾十微米以上)，給后續(xù)納米線和模板 的分離帶來困難，去除模板只能得到無序的納米線，同時(shí)納米線過長在實(shí)際應(yīng)用中也存在 諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有制備多孔八1203膜的方法復(fù)雜，膜厚度大、脆且易碎，采用這 種膜制備的納米線無序且長度過大的問題，而提供在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔八1203 膜的制備方法。 非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔A1^3膜的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、取基 片進(jìn)行表面清洗，然后烘干，再采用磁控濺射的方式在基片上濺射Al膜，然后在氬氣保護(hù) 及500 70(TC下熱處理1 2h，得鍍有Al膜的基片；二、以鍍有Al膜的基片為陽極，不 銹鋼片為陰極，草酸溶液為電解液進(jìn)行陽極氧化，即完成非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔 A1203膜的制備；其中步驟一中基片為陶瓷基片或玻璃基片；步驟一中Al膜的質(zhì)量純度為 99. 99% ;步驟一中磁控濺射的條件氬氣流量為14. 0 20. O，壓強(qiáng)為0. 5 1Pa，電壓為 180 220V，電流為0. 15 0. 28A，鍍膜時(shí)間為3 7h，在磁控濺射過程中基片需加熱，溫 度為500 70(TC;步驟二中陽極氧化條件陰陽極間距為3cm，電解液濃度為0. 035 2g/ L，電解液溫度為(TC，電源為直流穩(wěn)壓穩(wěn)流源，電壓恒定在240V，陽極氧化時(shí)間為6 12h， 陽極氧化過程中 一直對(duì)電解液進(jìn)行磁力攪拌。 本發(fā)明采用磁控濺射的方式在基片上得到的鋁膜具有良好的表面性質(zhì)，故不需再 經(jīng)陽極氧化單晶鋁片時(shí)所需的脫脂、電化學(xué)拋光等處理過程，可以直接用于進(jìn)行陽極氧化， 簡化了步驟，操作簡單，易于控制，加工成本低廉。本發(fā)明制備的八1203膜，厚度可通過控制 濺射A1膜的厚度而精確控制，精度是±0. 005mm。本發(fā)明制備的A1203膜厚度為6 10 y m、 膜的韌性好，采用本發(fā)明中的A1203膜制備納米線，所得納米線有序且長度在3 5 ii m可 控。本發(fā)明制備的八1203膜具有以下特性(1從1203膜結(jié)構(gòu)的多孔性^1203膜具有圓孔狀結(jié) 構(gòu)，膜層的空隙率決定于電解液的類型和氧化的工藝條件^1203膜的多孔結(jié)構(gòu)，可使膜層 對(duì)各種有機(jī)物、無機(jī)物等表現(xiàn)良好的吸附能力。(2)A1^膜的耐磨性A1^膜具有很高的硬 度，硬度在HV300 HV500，使A1203膜表面有良好的耐磨性。(3) A1203膜的耐蝕性A1203膜在大氣中很穩(wěn)定，因此具有較好的耐蝕性，抗酸、堿、鹽腐蝕能力強(qiáng)。(4從1203膜的電絕緣性 八1203膜具有很高的絕緣電阻和擊穿電壓，可以用為介質(zhì)層或電器制品的絕緣層，絕緣擊穿 電壓在30V/ii m 200V/ii m。 (5) A1203膜的絕熱性A1203膜是一種良好的絕熱層，其穩(wěn)定 性可達(dá)1500°C，因此適用于在瞬間高溫下工作的零件；A1203膜的熱導(dǎo)率很低，為0. 419 1. 26W/(m *K) 。 (6)A1203膜透明性A1203膜本身的透明度很高，且鋁膜的純度越高，則A1203 膜透明度越高。(7從1203膜功能性利用八1203膜的多孔性，在微孔中沉積功能性微粒，可以 得到多種功能材料，如電磁功能、催化功能、傳感功能和分離功能。(8)適應(yīng)溫度范圍A1203 膜適應(yīng)溫度為-200 800°C。 (9)適應(yīng)濕度范圍A1203膜適應(yīng)濕度為0 100% RH。本 發(fā)明制備的八1203膜，可以制作微型敏感器件和微電子器件的微結(jié)構(gòu)體，具有廣闊的應(yīng)用前 景，將推進(jìn)傳感器和微電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。


圖1是具體實(shí)施方式
十一中所得A1203膜的掃描電鏡圖；圖2是具體實(shí)施方式
十二 中所得八1203膜的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的 任意組合。
具體實(shí)施方式
一 本實(shí)施方式非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔八1203膜的制備方 法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、取基片進(jìn)行表面清洗，然后烘干，再采用磁控濺射的方式在基片上 濺射A1膜，然后在氬氣保護(hù)及500 70(TC下熱處理1 2h，得鍍有Al膜的基片；二、以鍍 有Al膜的基片為陽極，不銹鋼片為陰極，草酸溶液為電解液進(jìn)行陽極氧化，即完成非鋁基 底上電化學(xué)定向生長多孔A1^J莫的制備；其中步驟一中基片為陶瓷基片或玻璃基片；步驟 一中Al膜的質(zhì)量純度為99. 99% ;步驟一中磁控濺射的條件氬氣流量為14. 0 20. O，壓 強(qiáng)為0. 5 1Pa，電壓為180 220V，電流為0. 15 0. 28A，鍍膜時(shí)間為3 7h，在磁控濺 射過程中基片需加熱，溫度為500 700°C ;步驟二中陽極氧化條件陰陽極間距為3cm，電 解液濃度為0. 035 2g/L，電解液溫度為(TC ，電源為直流穩(wěn)壓穩(wěn)流源，電壓恒定在240V，陽 極氧化時(shí)間為6 12h，陽極氧化過程中一直對(duì)電解液進(jìn)行磁力攪拌。
本實(shí)施方式步驟一中基片的表面光滑。 本實(shí)施方式步驟一中鍍膜時(shí)間為3 7h，得到的Al膜厚度為6 10 ii m。 本實(shí)施方式步驟二中草酸濃度越低，所得A1203膜的孔密度越低，但是孔越圓；草
酸濃度不同，陽極氧化時(shí)間不同，草酸濃度越低，氧化時(shí)間就要越長。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中清洗是采用丙 酮或酒精進(jìn)行超聲清洗，然后用去離子水超聲清洗。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相 同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中鍍膜時(shí)間為 5h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中鍍膜時(shí)間為 6h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中鍍膜時(shí)間為 7h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。 具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三、四或五不同的是步驟一中在氬 氣保護(hù)及60(TC下熱處理1. 5h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
三、四或五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是步驟二中電解液濃度為 0. 05 1. 5g/L。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是步驟二中電解液濃度為 0.5g/L。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七或八不同的是步驟二中陽極氧化 時(shí)間為8h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
七或八相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七或八不同的是步驟二中陽極氧化 時(shí)間為10h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
七或八相同。
具體實(shí)施方式
i^一 本實(shí)施方式非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔八1203膜的制備 方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、取基片進(jìn)行表面清洗，然后烘干，再采用磁控濺射的方式在基片 上濺射Al膜，然后在氬氣保護(hù)及45(TC下熱處理2h，得鍍有Al膜的基片；二、以鍍有Al膜 的基片為陽極，不銹鋼片為陰極，草酸溶液為電解液進(jìn)行陽極氧化，即完成非鋁基底上電化
學(xué)定向生長多孔八1203膜的制備；其中步驟一中基片為陶瓷基片或玻璃基片；步驟一中A1
膜的質(zhì)量純度為99. 99%;步驟一中磁控濺射的條件氬氣流量為14. O，壓強(qiáng)為0. 7Pa，電壓 為210V，電流為0. 2A，鍍膜時(shí)間為4h，在磁控濺射過程中基片需加熱，溫度為500 700°C; 步驟二中陽極氧化條件陰陽極間距為3cm，電解液濃度為0. 28g/L，電解液溫度為0°C，電 源為直流穩(wěn)壓穩(wěn)流源，電壓恒定在240V，陽極氧化時(shí)間為10. 5h，陽極氧化過程中一直對(duì)電 解液進(jìn)行磁力攪拌。 本實(shí)施方式所得孔八1203膜，由圖1所示^1203膜具有圓孔狀結(jié)構(gòu)；經(jīng)測(cè)試A1^J莫
的硬度為HV350，絕緣擊穿電壓為150V/iim，熱導(dǎo)率為0. 698W/(m K)。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔八1203膜的制備
方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、取基片進(jìn)行表面清洗，然后烘干，再采用磁控濺射的方式在基片
上濺射A1膜，然后在氬氣保護(hù)及50(TC下熱處理2h，得鍍有Al膜的基片；二、以鍍有Al膜的
基片為陽極，不銹鋼片為陰極，草酸溶液為電解液進(jìn)行陽極氧化，即完成非鋁基底上電化學(xué)
定向生長多孔八1203膜；其中步驟一中基片為陶瓷基片或玻璃基片；步驟一中A1膜的質(zhì)量
純度為99. 99% ;步驟一中磁控濺射的條件氬氣流量為14. O，壓強(qiáng)為0. 7Pa，電壓為210V， 電流為0. 2A，鍍膜時(shí)間為5h，在磁控濺射過程中基片需加熱，溫度為500 700°C ;步驟二 中陽極氧化條件陰陽極間距為3cm，電解液濃度為0. 035g/L，電解液溫度為(TC，電源為直 流穩(wěn)壓穩(wěn)流源，電壓恒定在240V，陽極氧化時(shí)間為8h，陽極氧化過程中一直對(duì)電解液進(jìn)行 磁力攪拌。 本實(shí)施方式所得孔八1203膜，由圖2所示^1203膜具有圓孔狀結(jié)構(gòu)；經(jīng)測(cè)試A1^J莫 的硬度為HV500，絕緣擊穿電壓為200V/iim，熱導(dǎo)率為0. 726W/(m K)。
權(quán)利要求
在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔Al2O3膜的制備方法，其特征在于非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔Al2O3膜的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、取基片進(jìn)行表面清洗，然后烘干，再采用磁控濺射的方式在基片上濺射Al膜，然后在氬氣保護(hù)及500～700℃下熱處理1～2h，得鍍有Al膜的基片；二、以鍍有Al膜的基片為陽極，不銹鋼片為陰極，草酸溶液為電解液進(jìn)行陽極氧化，即完成非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔Al2O3膜的制備；其中步驟一中基片為陶瓷基片或玻璃基片；步驟一中Al膜的質(zhì)量純度為99.99％；步驟一中磁控濺射的條件氬氣流量為14.0～20.0，壓強(qiáng)為0.5～1Pa，電壓為180～220V，電流為0.15～0.28A，鍍膜時(shí)間為3～7h，在磁控濺射過程中基片需加熱，溫度為500～700℃；步驟二中陽極氧化條件陰陽極間距為3cm，電解液濃度為0.035～2g/L，電解液溫度為0℃，電源為直流穩(wěn)壓穩(wěn)流源，電壓恒定在240V，陽極氧化時(shí)間為6～12h，陽極氧化過程中一直對(duì)電解液進(jìn)行磁力攪拌。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔A1^膜的制備方法，其 特征在于步驟一中清洗是采用丙酮或酒精進(jìn)行超聲清洗，然后用去離子水超聲清洗。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔八1203膜的制備方法，其 特征在于步驟一中鍍膜時(shí)間為5h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔八1203膜的制備方法，其 特征在于步驟一中鍍膜時(shí)間為6h。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔八1203膜的制備方法，其 特征在于步驟一中鍍膜時(shí)間為7h。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔A1203膜的制備方 法，其特征在于步驟一中在氬氣保擴(kuò)及60(TC下熱處理1. 5h。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔八1203膜的制備方法，其 特征在于步驟二中電解液濃度為0. 05 1. 5g/L。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔八1203膜的制備方法，其 特征在于步驟二中電解液濃度為0. 5g/L。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔A1^膜的制備方法， 其特征在于步驟二中陽極氧化時(shí)間為8h。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔A1203膜的制備方 法，其特征在于步驟二中陽極氧化時(shí)間為10h。
全文摘要
在非鋁基底上電化學(xué)定向生長多孔Al2O3膜的制備方法，它涉及多孔Al2O3膜的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有制備多孔Al2O3膜的方法復(fù)雜，膜厚度大、脆且易碎，采用這種膜制備的納米線無序且長度過大的問題。方法一、取基片進(jìn)行表面清洗，然后烘干，再采用磁控濺射的方式在基片上濺射Al膜，然后在氬氣保護(hù)下熱處理，得鍍有Al膜的基片；二、以鍍有Al膜的基片為陽極，不銹鋼片為陰極，草酸溶液為電解液進(jìn)行陽極氧化，即完成。本發(fā)明簡化了制備步驟，操作簡單，易于控制，加工成本低廉，制備的Al2O3膜厚度為6～10μm、膜的韌性好，采用本發(fā)明中的Al2O3膜制備納米線，所得納米線行序且長度在3～5μm可控。
文檔編號(hào)C23C14/18GK101775586SQ20101003248
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者修德斌, 馮僑華, 孫立寧, 施云波, 趙文杰 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)