多孔阳极氧化铝形成机理的研究综述

铝阳极氧化已经研究了五十多年,涉及铝阳极氧化膜的实验数据十分丰富,然而阳极氧化过程的本质特别是多孔氧化膜的生长机制迄今为止还远未认识清楚。近些年,随着纳米技术的兴起,多孔氧化铝膜作为理想的纳米结构模板材料倍受国内外学者的关注,对多孔氧化铝膜形成机理的研究显得尤为重要。本文对多孔阳极氧化铝的结构、形成机制方面的历史发展和现状进行了综述。指出了大多数学者认同的“酸性场致溶解”理论的缺陷。作者认为铝多孔氧化膜形成机理的研究具有重大的理论意义和实际应用价值,同时也会促进其他多孔阳极氧化物形成机理的认识。     

多孔阳极氧化铝孔道形成的电化学反应探讨

分析了多孔阳极氧化铝(PAA)形成过程中,传统"酸性场致溶解"的电化学反应及其局限性。同时,为验证氧气析出反应对PAA孔道产生和发展的影响,深入探讨PAA的形成机理,分别对比了在真空、高气压条件下,铝在三种电解液中的阳极氧化过程。用扫描电子显微镜表征了各种条件下PAA的微观结构,结果表明PAA孔道形成的本质原因是氧气析出反应,而非酸性场致溶解反应。     

阳极电压对多孔阳极氧化铝薄膜光学常数的影响

根据多孔阳极氧化铝(AAO)薄膜200～2500nm波段透射谱,计算研究了AAO薄膜的重要制备工艺参数阳极电压对其光学常数的影响.结果表明随阳极电压的升高,AAO薄膜的折射率和厚度增大,消光系数减小.这主要源于AAO薄膜中孔密度随阳极电压的升高而迅速下降,但AAO薄膜厚度的迅速增加,减弱了阳极电压对其光学常数的调制作用.     

两步阳极氧化法制备多孔阳极氧化铝膜

直流恒压下,在酸性溶液中对铝实施两步阳极氧化制备了多孔氧化铝膜。采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对制备的多孔氧化铝膜进行形貌分析,孔径在纳米级且孔分布具有高度均匀性。采用SEM对试样进行观察,分析了工艺对多孔氧化铝膜形貌的影响。利用阳极氧化初期电流密度的变化并结合阳极氧化过程中的试样的SEM照片,分析了多孔氧化铝膜的形成机理。     

纳米多孔铝阳极氧化膜的形成机理研究

为探讨多孔铝阳极氧化膜的形成机理,研究了不同气压条件下铝在磷酸溶液中的阳极氧化过程,发现在真空下进行阳极氧化,氧气析出非常明显。通过测定不同气压下的阳极氧化曲线,分析了致密膜向多孔氧化铝膜的转化和生长过程,结果显示氧气析出是导致氧化膜从致密膜向多孔膜转变的主要原因。提出了在氧化膜/电解液界面上氧气分子的聚集是造成表面条纹的新观点。通过氧化膜断面的SEM形貌表征,首次发现多孔膜的主孔道中存在分孔道。分孔道的产生说明析氧反应不但在致密膜/电解液界面发生,而且在多孔膜孔壁/电解液界面也同时发生。     

高度有序多孔阳极氧化铝模板的制备

为了得到纳米孔排列高度有序的多孔阳极氧化铝模板,以0.3 mol·L-1的草酸为电解液研究了模板的制备工艺.采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对多孔氧化铝模板的表面形貌进行表征,X射线衍射分析高纯铝及氧化膜的结构.实验结果表明,铝基体不经过高温退火处理,同样能够得到高度有序的氧化铝膜,简化了多孔氧化铝膜的制备工艺.分别讨论了阳极氧化电压和电解液温度对多孔阳极氧化铝膜的形貌及孔径的影响,并对一步法和两步法制得的多孔氧化铝膜进行比较,结果表明,两步阳极氧化法制备的多孔氧化铝模板的有序性优于一步氧化法.XRD分析证实,多孔氧化铝膜由非晶态的Al2O3组成.     

纳米多孔阳极氧化铝膜形貌的控制研究

采用38g／L的草酸溶液为电解液,制备了孔洞规则有序,孔径和厚度均一可控的氧化铝模板,并研究了阳极氧化工艺对阳极氧化铝膜形貌的影响。实验结果表明,采用38g／L的草酸溶液作为电解液,经两步法阳极氧化可制得孔径均一,排列规则的多孔阳极氧化铝膜。随着氧化电流密度的升高,氧化膜孔径逐渐增大。电流密度过大,反应放热严重,氧化铝膜孔径均匀性,孔洞形状规则性和有序性都下降。在恒电流密度条件下,氧化膜厚度随着氧化时问的延长呈线性增长,但对氧化铝膜孔径影响较小。     

阳极氧化法制备纳米级多孔氧化铝膜的研究

比较了电化学抛光前后铝片表面的微观结构,用阳极氧化法制备了纳米级多孔氧化铝膜,用扫描电镜研究分析了氧化铝膜孔的排列规律.结果表明其排列高度有序,呈理想的六方柱形结构.     

多孔氧化铝膜的制备与形成机理的研究概况

直流恒压条件下,酸性溶液中铝的阳极氧化会形成多孔阳极氧化铝(AAO)。其孔径为纳米级且分布均匀,纵横比大,是合成一维纳米材料的理想模板。本文综述了AAO的结构模型、制备方法、形成机理及其应用热点。     

多孔阳极氧化铝膜的结构修饰研究

以5%草酸为电解液,温度控制在5℃左右,采用两步阳极氧化工艺制备出多孔氧化铝膜,在1 μm范围内获得了孔径为10～60nm的多孔结构.通过原子力显微技术分析氧化时间及热处理条件对多孔氧化铝膜结构的影响,阳极氧化3h后,在0.3μm2范围内获得了有序的纳米孔阵列,当氧化时间延长至24h,有序孔阵列范围增加至～1μm2.将在聚乙烯中经过超声振荡过的样品在600～700℃中热处理3h.研究结构表明,经过适当的热处理能有效改善多孔氧化铝膜的结构特性,X射线衍射分析结果证实经过结构修饰后的样品呈非晶态结构.     

多孔型阳极氧化铝膜在纳米结构制备方面的研究和进展

铝的阳极氧化技术是一种被广泛应用的表面处理方法。近年来，人们发现用这种方法得到的多孔型阳极氧化铝膜（PAA）对于纳米材料的制备有着重要意义。成为国际研究的热点，本文回顾和介绍了铝的阳极氧化技术的机理，工艺和生长规律，介绍了多孔型阳极氧化铝膜在纳米结构制备方面的最新研究进展。     

Nanotube Arrays in Porous Anodic Alumina Membranes

This review summarizes the various techniques developed for fabricating nanotube arrays in porous anodic alumina membranes （AAMs）. After a brief introduction to the fabrication process of AAMs, taking carbons, metals, semiconductors, organics, biomoleculars, and heterojunctions as typical examples, attention will be focused on the recently established methods to fabricate nanotubes in AAM, including electrochemical deposition, surface sol-gel, modified chemical vapor deposition, atomic layer deposition, and layer-by-layer growth. Every method is demonstrated by one or two reported results. Finally, this review is concluded with some perspectives on the research directions and focuses on the AAM-based nanotubes fields.     

通孔氧化铝模板的强脉冲电化学剥离研究

利用0.3mol·L-1的草酸电解液,采用二步恒压阳极氧化法(30-50V)在高纯铝片上获得了高度有序的多孔氧化铝模板,利用HClO₄-CH₃OH混合溶液为电解液,利用还原反应产生的气体压力将多孔氧化铝膜从铝基底上剥离,获得了大面积(2cm×2cm)均匀无裂的多孔氧化铝的通孔模板,厚度为30-100μm;分析了影响孔径和阻挡层的因素和模板电化学剥离的机理;与其他剥离方法相比,该方法具有工艺简单、周期短、模板溶解少、无污染、模板韧性好, 可获得大面积均匀无裂膜,在纳米结构组装体系研究方面具有重要的实用价值.     

Synthesis and Photoluminescence Enhancement of Silver Nanoparticles Decorated Porous Anodic Alumina

Silver nanoparticles(Ag NPs) were successfully assembled in porous anodic alumina(AAO) templates via a green silver mirror reaction.The Ag NPs/AAO composite templates then were characterized by field emission scanning electron microscopy(FESEM),energy-dispersive X-ray microanalysis(EDX),and X-ray diffraction(XRD).Furthermore,the photoluminescence(PL) properties were also investigated.Compared with the blank AAO,the PL intensity of Ag NPs/AAO templates are enhanced and the maximum enhancement is 2.58 times.Based on the local electric field enhancement effect,the theoretical values were also deduced,which are basically coincident with the experimental.     

Preparation and Analysis of Porous Anodic Alumina Template on Silicon Substrate

Porous anodic alumina (PAA) template is widely used to prepare ordered nanostructure materials. But conventional PAA templates have been restricted for application in micro-electro-mechanical systems (MEMS) technology due to limitations such as shape and brittleness. In this article, a novel process of fabricating alumina porous template based on silicon wafer is described. Porous alumina films were formed by two-step anodization of aluminum layers sputter deposited on silicon wafer. The pore diameters range from 80 to 100 nm. The Pilling–Bedworth ratio of Al/Al₂O₃ was measured and calculated. Thickness of PAA template can be precisely controlled. This research provides an effective tool to nanofabrication in MEMS technology.     

预处理工艺对制备多孔阳极氧化铝膜的影响

对铝的预处理工艺进行了研究,详细探讨了高温退火、除油及电化学抛光等对多孔阳极氧化铝形貌的影响.实验结果表明,采用丙酮除油效果最好,不经高温退火和电化学抛光仍能得到高度有序的多孔阳极氧化铝膜,使制备工艺得到了简化.其原因是两步阳极氧化法可以消除铝的内部结构及表面缺陷对多孔氧化铝膜有序性的影响.     

退火对多孔氧化铝膜光致发光的影响

用电化学阳极氧化方法在草酸溶液中制备了有序多孔氧化铝膜,研究了退火对其光致发光强度和峰位的影响,研究结果表明,多孔氧化铝膜光致发光强度随着退火温度的升高而增强,当退火温度为500℃时强度最大,随后进一步升高退火温度则强度又明显下降。同时,发光谱的峰位随着退火温度升高呈现蓝移规律,bk2．83eV蓝移到2．89eV。氧化铝膜中存在两种不同的发光中心F＋（单离子氧空位）和F心（俘获两个电子的氧空位）,用退火对两种氧空位浓度的影响解释了退火对光致发光的影响。     

以修饰的PAA模板制备Ni纳米线的研究

采用直流电沉积法制备了Ni纳米线,用SEM和TEM测试手段观察产物形貌,结果表明,合成的纳米线阵列具有排列有序、彼此平行等特点,XRD、EDX、SQUID测试手段研究了产物化学成份和磁学性质,实验发现,Ni纳米线的矫顽力在退火前后分别为67 Oe和774 Oe。