多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备纳米线的研究进展_倪似愚

多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备

纳米线的研究进展

倪似愚1郑国渠2曹华珍2郑华均2张九渊2

(1.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;2.浙江工业大学材料科学与工程研究所,浙江杭州310032)

摘要:多孔阳极氧化铝为模板制备纳米结构材料具有独特的优越性,颇受人们的关注,近年来获得了深入的研究.介绍了以多孔阳极氧化铝为模板采用电化学沉积方法制备各种有序纳米线阵列结构材料的最新研究进展,其中包括多孔氧化铝模板的制备和电沉积制备纳米材料的工艺及方法,同时展望了纳米线作为功能材料的应用前景.

关键词:金属材料;模板;多孔氧化铝;纳米线;电沉积

中图分类号:TG174.451文献标识码:A文章编号:1001-7119(2003)06-0466-04

Research development of nano-wires fabrication by electrochemical

deposition into porous anodic alumina

NI Si-yu1Z HE NG Guo-qu2C AO Hua-zheng2Z HE NG Hua-jun2Z HANG Jiu-yuan2

(1.Shanghai Ins ti tute of Ceramics,Chanese Acade my of Sciences,Shanghai200050,China;

2.Ins ti tute of Material Science and Engineering,Zhejiang Uni versity of Technology,Hangz hou310032,China)

Abstract:Alumina template-synthesized nanostructured mater ial has uniq ue property,which is very attractive and has been re-searched deeply in recent years.In this paper,the latest research progress in the fabrication of various ordeded nano-wire arrays materials by electrodeposi ting into template-porous anodic aluminum,includi ng the preparation of alumina-template,electrochemical technology process and methods,is reviewed.the application prospects of nano-wire for functional materials are also discussed.

Key words:metal material;template;porous alu mina;nano-wire;electrodeposition

0前言

自1970年G.E.Possin首次提出利用多孔膜作为模板制备纳米纤维材料以来[1],利用模板法已制备了一系列的纳米结构材料.由于模板合成法制备纳米结构材料具有独特的优点[2]而引起了凝聚态物理界、化学界及材料科学界科学家们的关注,近年来成为纳米材料研究的一个热点.用作模板的材料主要有两种:一种是径迹蚀刻(track-etch)聚合物膜;另一种是多孔阳极氧化铝膜.相对于聚合物模板,氧化铝模板具有较好的化学稳定性、热稳定性和绝缘性,且采用阳极氧化法生长的有序纳米多孔氧化铝膜制备纳米材料,方法简单、可行性强.当然,模板在制备过程中仅起到模具作用,纳米材料仍然要利用常规的化学反应来制备,如电化学沉积[3,4]、化学镀[5]、溶胶-凝胶沉积[6]、化学气相沉积法[7]等.电化学沉积作为一种传统的材料制备方法,其优点是显而易见的:1工艺简单,技术灵活,容易控制金属离子的沉积量,便于实现工业化生

Vol.19No.6 Nov.2003

科技通报

B ULLETIN OF SCIENCE AND TE

C HNOLOGY

第19卷第6期

2003年11月

收稿日期:2002-11-11

基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(501071)

作者简介:倪似愚,女,1976年生,安徽淮南人,博士研究生.

产;o可以用来制备多种纳米材料,如:金属、合金、半导体、导电高分子等;?污染较小,且不需要复杂的后处理过程,可直接获得纳米材料.本文将综述以多孔阳极氧化铝为模板,采用电沉积方法制备纳米材料的研究进展.

1多孔氧化铝模板的制备

多孔阳极氧化铝膜(porous anodic aluminum ox-ide)简称AAO,是典型的自组织生长的纳米结构多孔材料[8],一般在酸性溶液中由金属铝经过电化学阳极氧化制备而成,根据用途不同,可分别选用硫酸、草酸,也可采用磷酸、铬酸等多质子酸.与其它多孔材料相比,AAO具有孔径大小一致、排列有序、孔道严格垂直于表面且孔径分布范围大、孔隙率高等特点.

现已制备的AAO模板孔径在5~420nm[9]范围内可调,膜厚可达100L m以上[10],孔密度从109 ~1012c m-2[11],这些参数可通过改变电解液的种类、浓度、温度、电压、电解时间等工艺条件以及最后的扩孔工序来调节[12].电压[13]对膜厚及孔径的影响起主导作用,影响阳极氧化的自组织过程,进而影响最终纳米孔排列的有序度.已有研究证实,电压[13]、表面状态、结晶度[14]对孔排布都有不同程度的影响.Muller的体膨胀模型可很好地理解孔排列的自组织过程[8].扩孔过程是通过磷酸或草酸溶液对铝阳极氧化膜多孔质结构的晶胞壁进行浸蚀而使孔径增大.徐洮的研究表明,经草酸阳极氧化的多孔膜放入1mol P L的草酸溶液中进行扩孔处理,随着扩孔时间的延长,氧化膜的孔径是近线性增长的,孔径从25nm左右,经4h扩孔处理后,扩大至接近100nm,孔隙率已达到80%以上,氧化膜表面已基本上被六边形的孔所占有[15].20世纪90年代Hideki Masuda等人提出的二次阳极氧化法,可大大提高孔的有序度[13],从而为有序纳米线阵列的制备提供了很好的模板.

2电化学沉积制备纳米材料

将电化学方法与模板技术相结合利用对AAO 的填充和孔洞的空间限制就可以制备纳米线和纳米管材料.材料的直径可以通过AAO孔洞的大小来调节,材料的长度可以通过金属的沉积量来控制,金属电沉积的量增多时,其纵横比(即长度与直径比)增加,反之则减小.由于纳米金属材料的某些性能主要取决于其纵横比,因此控制纳米线材料的纵横比显得尤其重要.而通常认为:在控制纳米线生长速度方面,电沉积是一种有效的方法,已被广泛用来制备各种纳米线.

2.1电沉积制备纳米材料的工艺过程

图1是在AAO模板内电沉积制备纳米线及纳米元器件的示意图.有研究表明纳米线可看作由一连串微小的球状纳米颗粒构成,如果改变孔中粒子组装方式,由于纳米颗粒的表面、界面、及量子尺寸效应,就可能得到材料的新奇特性[16].目前基本的合成步骤分为三步:一是铝阳极氧化膜的制备及孔径的调节;二是金属或半导体(SC)在孔内电沉积;三是对氧化铝模板及阻挡层的径蚀,释放出有序的纳米线阵列,再经后序处理,获得所需纳米材料.基于第三步处理方法的不同,就可以开发出各种纳米元器件

.

图1纳米线阵列制备示意图

Fig.1Processing steps in the fabrication

of nano-wire arrays

2.2电沉积制备纳米材料的方法

电沉积获得纳米线有序系列的方法按所采用的电源可以分为直流电沉积和交流电沉积.

铝在阳极氧化过程中,表面生成由致密阻挡层

第6期倪似愚等.多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备纳米线的研究进展467

和多孔外层组成的氧化铝膜,极薄的阻挡层具有半导体特性,因此采用直流电沉积的方法时一般是将氧化铝模板从铝基体上剥离、通孔,然后通过离子喷射或热蒸发先在模板的表面及孔壁上涂上一层金属薄膜作为电镀的阴极,在一定的电解条件下进行纳米材料的合成,该方法操作工序比较复杂. Shoso Shingubara等研究了在不剥离膜的条件下直流电沉积金属,关键是采用磷酸进行化学腐蚀,减薄阻挡层的厚度,使得电子透过阻挡层到达氧化膜孔底,与迁移至孔底的金属离子发生反应,使其还原而沉积[17].但该方法不易控制,腐蚀过程既减薄了阻挡层,同时也使得氧化膜的厚度降低,孔洞不深,继而影响了纳米线的纵横比.

交流电沉积的方法操作工艺简单,可行,且在铝阳极氧化形成有序纳米孔后,不需将膜板与铝基体分离,通过控制电流、电压、频率、时间等参数,可合成各种纳米线有序阵列,其缺点是只能在孔中组装单一的金属或合金.为什么采用交流电沉积,不需要预先对氧化铝模板进行特殊处理,就可以直接电沉积金属离子?电流是如何通过阻挡层,吸引金属离子使其还原而沉积在孔底?虽然在这方面作了大量研究,但尚无统一定论[18].目前解释金属离子还原沉积的学说大体有五种:双极学说,氧化膜难以导电,在对其施加电压时,能引起电介质极化,并在负电荷端析出金属;裂口学说,阻挡层中存在缺陷,允许电子通过,引起金属沉积;金属杂质学说,阻挡层中存在未被氧化的金属杂质,电子可通过这部分金属迁移,使金属沉积于孔底;半导体学说,氧化膜作为半导体,电子可以通过隧道效应在阻挡层中移动;固体电解质学说,金属离子借助阻挡层中的阴离子而还原,沉积于孔底.交流电沉积过程中的阳极电压作用至关重要.

2.3电沉积制备纳米线材料

电沉积法制备各种纳米线,早在20世纪80年代,已有大量文献报道.Dmitri Routevitch等详细介绍了在孔径从5nm到几百个纳米变化的AAO模板中采用电化学方法合成了磁性金属Fe、Ni以及半导体镉的硫族化合物CdS、CdSe、CdSxSe1-x、CdxZn1-xS、GaAs的系列有序纳米线,并研究了有序纳米线的单电子隧道(SE T)效应导致的静电极化作用[19].Shoso Shingubara、Forred P等采用电化学方法成功制备了Au纳米线[17,20].D.Alma wla wi,N.Tsuya 等在AAO模板中沉积Fe,并探讨了孔径对Fe纳米线的生长及磁性能的影响[21,22]. D.N.Davydov等在多孔阳极氧化铝纳米孔中制备了Ni纳米线,并研究了其电学性能[23].M.Saito等先采用直流电沉积,然后交流电沉积在AAO中也合成了Ni纳米线,并研究了其光学性能[24].

国内学者近几年来在这方面做的工作也较多,于冬亮等人分别在AAO模板中采用电沉积方法制备了Co、Ni、Bi、Au单质金属纳米线[25~28].覃东欢等对Co-Ni合金纳米线系列进行了详细研究[29,30].徐雅杰等采用直流电在AAO孔内分别得到了CdS, CdSe半导体纳米线[31,32].由此可见,以多孔氧化铝为模板,通过电沉积方法制备纳米材料已成为近年来的研究热点.

3电沉积制备纳米材料的

性能及应用

采用电沉积技术结合AAO模板的空间限制作用制备纳米线材料可操作性强,虽然在工业上还没有广泛实际应用,但其奇异的物性已显示出广阔的应用前景.张亚利等详细总结了纳米线的性能,如纳米线的电导量子化效应、超导性以及光学性能、磁性能和巨磁电阻等现象[33].例如在孔中沉积单质Fe、Co、Ni以及它们与其它金属的合金,测试结果表明这种纳米阵列结构具有不同的垂直磁各向异性[25,26,29],为磁传感器、随机存贮器、高密度读出磁头等方面的应用开发了一类新颖的功能材料.纳米线材料还具有常规材料所不具备的新的光学物性,如光学非线性响应及(室温)光致发光[34],这些都为其以后在光电子材料方面的应用奠定了基础.单根金属纳米丝如镍[35]、金、铂等具有较高的活性可用制作纳米功能电极.纳米金属线露头点的有序阵列可以作为大规模集成线路的接线头[33].多孔氧化铝孔中两种金属交替沉积,获得的纳米丝,可作为巨磁电阻传感器[36].总之,在多孔阳极氧化铝模板中制备纳米线材料,并进一步开发多种纳米元器件装置已显示出巨大的应用潜力.

参考文献:

[1]Whitne t T M,Ji ang J S,Searson P C,et al.Fabrication and mag-

netic properties of arrays of metallic nano-w i res[J].Science,1993

(261):1316~1319.

[2]Marti n C R,Nanomaterials:A membrane-based synthe tic approach

468科技通报第19卷

[J].Science,1994,266:1961~1966.

[3]Doudin B,Wegro w e J E,Gil bert S E,et al.M agnetic and transport

properties of electrodeposited nanostructured nanowires[J].IEEE Transacti ons O n M agnetics,1998,34(4):968~972.

[4]Li u K,Chien C L,Sears on P C,et al.Struc tural and magneto-

trans port properties of electrodeposited bismuth nano w i res[J].Ap-plied Physics Letters,1998,73(10):1436~1438.

[5]刘磊,胡文彬,沈彬,等.氧化铝纳米模板及N-i P纳米管

组装体系[M].2002年上海纳米科技发展研讨会论文集:238 ~242.

[6]Laks hmi B B,Dorhout P K,Martin C R.So-l gel te mplate synthesis

of s emiconductor Nanos truc tures[J].Chem Mater,1997,9:857~

862.

[7]Pan Z W,Xie S S,Chang B H,et al.Direc t gro wth of aligned open

carbon nanobubes by chemical vapor deposition[J].Chemical Physics Letter,1999,299:97~102.

[8]Jessensky O,M ller F,Gosele U.Sel-f organized formati on of hexag-

ona pore arrays in anodic alumi na[J].Applied Physics Letters,1998, 72(10):1173~1175.

[9]Li A P,Muller F,Birner A,et al.Hexagonal pore arrays w i th A50

~420nm i nterpore dis tance formed by sel-f organiz ati on i n anodic alumina[J].J of appl phys,1998,84(11):6023~6027.

[10]李淑英,赫荣晖.纳米孔洞阳极氧化铝膜的制备及应用[J].

全面腐蚀控制,1999,15(2):6~8.

[11]Sui Y C,Saniger J M.Characteriz ation of anodic porous alumi na by

AFM[J].M aterials Letters,2001,48:127~136.

[12]Masuda H,Yamada H,Satoh M,et al.Highly ordered nanochan-

ne-l archi tecture in anodic alumina[J].Appl Phys Lett,1997,71

(19):2770~2772.

[13]Masuda H,Satoh M.Fabrication of gold nanodot array using anodic

porous alumina as an evaporation mask[J].Jpn J Appl Phys,1996,

35:L126~L129.

[14]吴俊辉,邹建平,濮林,等.铝的多孔阳极氧化自组织过程

结晶度依赖特性[J].化学物理学报,2000,13(2):203~206. [15]徐洮,陈建敏,赵家政,等.铝阳极氧化膜的扩孔处理[J].

材料保护,1994,27(9):18~22.

[16]李陵川,卢立柱,张懿.铝阳极氧化膜微孔内电沉积超细金

属微粒[J].过程工程学报,2001,1(3):281~284.

[17]Shoso S,Okino O,Sayama Y,et al.Ordered two-di mentional

nanowire array formation using sel-f organized nanoholes of anodica-l

ly oxi dized alumi num[J].Jpn J Appl Phys Part1,1997,36:7791

~7795.

[18]王银海,牟季美,蔡维理,等.交流电在模板中沉积金属机理

探讨[J].物理化学学报,2001,17(2):116~118.

[19]Routkevitch D,Tager A A,Haruyama J,et al.Nonlithographic

nano-wi re arrays:Fabrication,physics,and device applications[J].

IEEE Transactions on Electron Devices,1996,43(10):1646~

1658.[20]Forred P,Schlottig F,Siegenthaler H,et al.Electrochemical prep-

arati on and surface properties of gold nanowire arrays formed by the

template technique[J].Journal of Elec troc hemis try,2000,30:533~

541.

[21]Al mawla wi D,Coombs N,Moskovits M.M agnetic properties of Fe

deposited into anodic aluminum oxide pores as a functi on of particle

siz e[J].J Appl Phys,1991,70(8):4421~4425.

[22]Tsuya N,Sai to Y,Nakamura H,et al.A perpendicular magne tic

recordi ng medium by alumite[J].Journal of magneti sm and magne tic materials,1986,54-57:1681~1682.

[23]Davydov D N,Haruya ma J,Routkevitch D,e t al.Nonlithographic

nanowi re-array tunnel device:Fabricati on,zero-bias anomalies,and

coul omb blockade[J].Phys ical Review B,1998,57(21):13550~

13553.

[24]Saito M,Ki rihara M,Tani guchi T,et al.Micropolari zer made of

the anodized alumi na film[J].Appl phys Lett,1989,55(7):607~

609.

[25]于冬亮,杨绍光,朱浩,等.钴纳米线阵列的制备和磁性研

究[J].南京化工大学学报,2000,22(6):69~71.

[26]宋清涛,潘谷平,戴志晖.有序Ni纳米线阵列的样模制备法

及其磁单畴特性[J].南京师大学报,2000,23(3):63~69. [27]Wang W,Wang H,Gong Y L.Fabrication of bi nanowi re array by

electrodeposition technology[J].Transactions of ti anJin universi ty,

2001,7(3):207~209.

[28]潘善林,张浩力,鼓勇,等.模板合成法制备金纳米线的研

究[J].高等学校化学学报,1999,20(10):1622~1624.

[29]覃东欢,彭勇,王成伟,等.Co-Ni合金纳米线有序阵列的

制备与磁性研究[J].物理学报,2001,50(1):144~147. [30]Zhu H,Yang S G,Ni G,et al.Fabrication and magnetic properties

of Co67Ni33all oy nanowire array[J].Scri pta Mater,2001,44:2291

~2295.

[31]X uY J,Xu D S,Chen D P.Electrochemis try preparation and char-

acteri zati on of CdS nano wire arrays[J].Acta Physic o-Che mica Sin-i

ca,1999,15(7):577~580.

[32]Shen C M,Zhang X G,Li H L.DC electroche mical deposi tion of

CdSe nanorods array using porous andic aluminum oxide te mpl ate

[J].Materials Sci ence and Engineeri ng,2001,A303:19~23. [33]张亚利,郭玉国,孙典亭.纳米线研究进展(2):纳米线的表征

与性能[J].材料科学与工程,2001,19(2):89~94.

[34]徐春详,薛清华,巴龙.八羟基喹啉铝在多孔氧化铝纳米孔

中的光致发光[J].科学通报,2001,46(12):984~987.

[35]孙景临,薛宽宏,何春建.镍纳米线电极的电化学氧化还原行

为及其对乙醇的电化学氧化作用[J].应用化学,2001,18(6):

462~465.

[36]D ubois S,Beuken J M,Ploaux L J.Pevpendiculav giant magnetore-

sistance of NiFe P Cu and Co P Cu mul tilayer nanowires[J].Magn M a-

ter,1997,165:30~33.

第6期倪似愚等.多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备纳米线的研究进展469

多孔阳极氧化铝(AAO)模板的应用

多孔阳极氧化铝应用 简介 多孔阳极氧化铝（Porous anodic alumina, PAA, 或称为Anodic Aluminum oxide, AAO）具有精 确的，不变形的蜂窝状孔结构，孔与孔之间 在侧面没有交叉和连接。同时孔径分布均匀， 孔的高度可调，如示意图所示，这些特点使 其在多个方面有着广泛的应用。根据工艺条 件不同，孔径可以调控在10‐500nm、孔间距在30‐600nm、孔深在100nm‐150μm范围。 应用领域 ?纳米压印用模板，可以实现几个纳米到几百纳米孔径的阵列，主要用于高分子材料表面压印 ?电沉积制备纳米线 / 溅射制备纳米点阵 / MBE制备纳米点阵 / 溶胶凝胶法制备纳米结构等，可以实现几个纳米到几百纳米孔径的纳米阵列 ?纳米滤膜，可以实现几个纳米到几百纳米孔径的过滤 ?HPLC 流动过滤和排气 ?溶剂超净化 ?重量分析 ?脂质体分离 ?扫描电镜研究 ?细菌培养及分析 ?湿度传感器 ?电镜样品支撑膜 ?隔热层 ?光子晶体 ?纳米反应器

我们能够开发的产品 ?高度有序的孔结构 ?任意可调的孔径 除上图中三种孔径：40nm, 150nm, 250nm，我们已经可以实现从10纳米以下到500纳米以上任意规格的孔径：

?多样的表面结构及截面功能结构 任意厚度/孔的深度 调控精度达到10纳米，数据来源于: Nanotechnology 22 (2011) 305306，样品全部 由我们提供，与浙江大学合作。

?超薄的多孔阳极氧化铝 转移到两英寸硅片上的超薄PAA膜及其微观结构 超薄PAA膜制备的纳米点/量子点阵列，超薄阳极氧化铝膜可以转移到任意基底

多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备纳米线的研究进展_倪似愚

多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备 纳米线的研究进展 倪似愚1郑国渠2曹华珍2郑华均2张九渊2 (1.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;2.浙江工业大学材料科学与工程研究所,浙江杭州310032) 摘要:多孔阳极氧化铝为模板制备纳米结构材料具有独特的优越性,颇受人们的关注,近年来获得了深入的研究.介绍了以多孔阳极氧化铝为模板采用电化学沉积方法制备各种有序纳米线阵列结构材料的最新研究进展,其中包括多孔氧化铝模板的制备和电沉积制备纳米材料的工艺及方法,同时展望了纳米线作为功能材料的应用前景. 关键词:金属材料;模板;多孔氧化铝;纳米线;电沉积 中图分类号:TG174.451文献标识码:A文章编号:1001-7119(2003)06-0466-04 Research development of nano-wires fabrication by electrochemical deposition into porous anodic alumina NI Si-yu1Z HE NG Guo-qu2C AO Hua-zheng2Z HE NG Hua-jun2Z HANG Jiu-yuan2 (1.Shanghai Ins ti tute of Ceramics,Chanese Acade my of Sciences,Shanghai200050,China; 2.Ins ti tute of Material Science and Engineering,Zhejiang Uni versity of Technology,Hangz hou310032,China) Abstract:Alumina template-synthesized nanostructured mater ial has uniq ue property,which is very attractive and has been re-searched deeply in recent years.In this paper,the latest research progress in the fabrication of various ordeded nano-wire arrays materials by electrodeposi ting into template-porous anodic aluminum,includi ng the preparation of alumina-template,electrochemical technology process and methods,is reviewed.the application prospects of nano-wire for functional materials are also discussed. Key words:metal material;template;porous alu mina;nano-wire;electrodeposition 0前言 自1970年G.E.Possin首次提出利用多孔膜作为模板制备纳米纤维材料以来[1],利用模板法已制备了一系列的纳米结构材料.由于模板合成法制备纳米结构材料具有独特的优点[2]而引起了凝聚态物理界、化学界及材料科学界科学家们的关注,近年来成为纳米材料研究的一个热点.用作模板的材料主要有两种:一种是径迹蚀刻(track-etch)聚合物膜;另一种是多孔阳极氧化铝膜.相对于聚合物模板,氧化铝模板具有较好的化学稳定性、热稳定性和绝缘性,且采用阳极氧化法生长的有序纳米多孔氧化铝膜制备纳米材料,方法简单、可行性强.当然,模板在制备过程中仅起到模具作用,纳米材料仍然要利用常规的化学反应来制备,如电化学沉积[3,4]、化学镀[5]、溶胶-凝胶沉积[6]、化学气相沉积法[7]等.电化学沉积作为一种传统的材料制备方法,其优点是显而易见的:1工艺简单,技术灵活,容易控制金属离子的沉积量,便于实现工业化生 Vol.19No.6 Nov.2003 科技通报 B ULLETIN OF SCIENCE AND TE C HNOLOGY 第19卷第6期 2003年11月 收稿日期:2002-11-11 基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(501071) 作者简介:倪似愚,女,1976年生,安徽淮南人,博士研究生.

多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备纳米线的研究进展解析

Vol.19No.6Nov.2003 科技通报 BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGY 第19卷第6期 2003年11月 多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备 纳米线的研究进展 倪似愚郑国渠曹华珍郑华均 1 2 2 2 2 (1.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;2.浙江工业大学材料科学与工程研究所,浙江310032) 摘要:,究.,其景. 关键词:金属材料;;电沉积 451:A文章编号:1001-7119(2003)06-0466-04 Researchdevelopmentofnano2wiresfabricationbyelectrochemical depositionintoporousanodicalumina NISi2yu ZHENGGuo2qu CAOHua2zheng ZHENGHua2jun ZHANGJiu2yuan (1.ShanghaiInstituteofCeramics,ChaneseAcademyofSciences,Shanghai200050,China; 2.InstituteofMaterialScienceandEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzho u310032,China) 2 2 2 2 Abstract:Aluminatemplate2synthesizednanostructuredmaterialhasuniqueproperty,which isveryattractiveandhasbeenre2searcheddeeplyinrecentyears.Inthispaper,thelatestresearch progressinthefabricationofvariousordedednano2wirearraysmaterialsbyelectrodepositingi ntotemplate2porousanodicaluminum,includingthepreparationofalumina2template,electr ochemicaltechnologyprocessandmethods,isreviewed.theapplicationprospectsofnano2wir

纳米氧化铝的制备

第一章文献综述 1.1关于纳米材料 1.1.1什么是纳米材料 目前，国际上将1～100 纳米（1纳米＝10-3 微米＝10-9米）范围内的微颗粒及其致密的聚集体，以及由纳米微晶所构成的材料，统称为纳米材料，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。 纳米材料具有既不同于原子、分子，又具有不同于宏观物体的特殊性质，例如：所有的金属被细分到纳米微粒时，将失去绚丽的光彩而成为对太阳光几乎全吸收的黑体。利用此特性可进行高效光热转换，可用作微波、红外隐型材料、优良的催化剂等。无机非金属材料的光学性质亦随颗粒尺寸的减小而显著变化，例如硅片是不发光的，但纳米多孔硅却能发光；金属、玻璃与氧化物、半导体等纳米颗粒组成复合材料时，可以显著地改变力学、电学和光学性质，从而开拓新的研究与应用领域。 物质到纳米级以后，具有常规粗晶粒材料不具备的奇异特性和反常特性，展现出引人注目的应用前景。如铜到纳米级就不导电，绝缘的SiO2晶体在20纳米时开始导电，高分子材料加入纳米材料制成的刃具，比金刚石制品还坚硬。目前世界上共有各种材料约百万种，其中自然材料约占1/5。纳米技术将给人类带来数10万种性能优异的材料。 1.1.2纳米材料在工业中的应用 1、纳米陶瓷材料 陶瓷有许多优良的性能而获得广泛的应用。然而它又有性脆、烧结温度高等缺点，所以其应用受到一些限制。而纳米陶瓷材料则不同，现已证实，纳米陶瓷CaF2和TiO2在常温上具有很好的韧性和延展性能。它们在80℃～180℃范围内可产生约100%的塑性形变，而且烧结温度低，能在比大晶粒样品烧成温度低600℃的温度下烧出类似普通陶瓷硬度的产品。 这些特性提供了对纳米陶瓷材料在常温或次高温下进行冷加工的可能性。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后作表面退火处理，就可以使纳米陶瓷材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学性，而内部

纳米氧化铝制备工艺技术

1. 200780101735 用于制备有控制结构与粒度的纳米多孔氧化铝基材料的方法和利用所述方法获得的纳米多孔氧化铝 2. 92104368 尺寸可控纳米、亚微米级氧化铝粉的制备方法 3. 95105843 纳米级氧化铝的生产工艺 4. 96117151 纳米添加氧化铝陶瓷的改性方法 5. 00125966 一种形态松散的纳米、亚微米级高纯氧化铝的制备方法 6. 01134059 纳米氢氧化铝的制备方法 7. 01126878 纳米尺寸的均匀介孔氧化铝球的合成方法 8. 01124685 一种作催化剂载体用的纳米级氧化铝及其制备方法 9. 01121545 高纯纳米级氧化铝的制备方法 10. 01113724 去除纳米氧化铝模板背面剩余铝的方法 11. 01132376 导电性纳米氮化钛－氧化铝复合材料的制备方法 12. 02139370 氧化铝纳米纤维的制备方法 13. 02138470 制备纳米材料的氧化铝模板及模板的制备方法 14. 02136111 利用氧化铝模板生长锗纳米线的方法 15. 02129021 纳米羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷的制备方法 16. 02116802 超纯纳米级氧化铝粉体的制备方法 17. 02109247 一种带有氧化铝壳的复合金属纳米粉末材料及其制备方法 18. 02138014 醇铝气相法制取纳米高纯氧化铝的方法 19. 200310106128 高纯纳米氧化铝纤维粉体制备方法 20. 03141495 一种氧化铝纳米纤维的制备方法 21. 03140530 一种表面包膜氧化铝的纳米二氧化钛颗粒的制备方法 22. 03129084 纳米氧化铝材料的制造方法 23. 03117871 纳米氧化铝胶体功能陶瓷涂料生产方法 24. 03800065 α-氧化铝纳米粉的制备方法 25. 03136606 一种纳米孔氧化铝模板的生产工艺 26. 03133529 纳米氧化铝浆组合物及其制备方法 27. 03102045 一种含有改性纳米级氧化铝的半合成烃类转化催化剂 28. 200480009462 纳米多孔超细α－氧化铝粉末及其溶胶－凝胶制备方法 29. 200420080270 一种去除纳米氧化铝模板背面铝层的装置 30. 200410063067 纳米氧化铝铜基体触头材料 31. 200410019998 一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法 32. 200410013256 一种无硬团聚的纳米氧化铝的制备方法 33. 200410010510 阳极氧化铝模板中一维硅纳米结构的制备方法 34. 200410067540 纳米氢氧化铝的制备方法 35. 200410077970 纳米氢氧化铝、粘土与乙烯-醋酸乙烯共聚物的阻燃复合材料

铝的阳极氧化与表面着色

铝的阳极氧化与表面着色 ——添加剂甘油对氧化膜性能的影响 08化二蔡乐浩（20082401157） 指导老师：孙艳辉实验时间：2011年5月13日 摘要本实验中主要介绍了在固定铝的阳极氧化的其他最佳工艺条件下，探讨甘油添加剂对氧化膜性能的影响。并对氧化膜进行有机着色、耐腐蚀性、氧化膜厚度测定表征。 关键词铝的阳极氧化氧化膜甘油添加剂 Abstract: This experiment explores the oxalic acid additives on the properties of oxide film in a fixed optimum condition of the anodized aluminum. And organic coloring oxide, Corrosion resistance test,oxide film thickness measurement. Keywords: the Anodic of Aluminum;Anodic Film; Glycerin 1研究进展 近年来，多孔氧化铝膜由于其多孔的结构特性和良好的应用前景受到了广泛关注和深入研究。多孔阳极氧化铝膜是通过电化学氧化的方法在纯铝表面形成具有高度规整孔结构的氧化铝薄膜。其膜的结构为六角形紧密堆积的柱形胞膜，每个胞膜的中心都有一个纳米级微孔。阳极氧化铝膜是热和电的良好绝缘体，具有硬度高、耐磨性好等特点；有很好的耐蚀性，其抗蚀能力决定于膜层厚度、组成、孔隙率以及基体材料的合金成分；与基体金属的结合力也很强，即使膜层随基体弯曲至断裂，膜层仍可与基体金属保持着良好的结合。 阳极氧化铝膜的性能和应用如下: (1) 氧化铝膜具有多孔性，利用这一特点可研制出新型超精密分离膜。与有机膜相比，它具有良好的耐热性、化学稳定性、较高的机械强度及纳米尺寸孔径等优点。除可用作常温条件下的气体分离、超滤、微滤、渗透蒸发以及血液分离膜外，多孔阳极氧化铝膜还可考虑应用于高温气体的分离，烟道气体的脱氧、脱硫以及二氧化碳的去除等。 (2) 氧化铝膜的有序孔径可达纳米级，在孔内沉积出各种不同性质的物质(如金属、半导体、高分子材料和磁性材料等) ，可作为模板应用于研制开发各种新型功能材料。 (3) 氧化铝膜有很好的吸附性能，对各种染料、盐类、润滑剂、石蜡、干性油、树脂等表现出很高的吸附能力，可用于装饰或是制成具有润滑性的功能膜。 (4) 可通过在氧化铝多孔膜上沉积不同金属，得到对光具有选择吸收特性的功能膜，并应用到光学、磁学等领域。 随着阳极氧化机理及工艺研究的进一步成熟，改善铝阳极氧化膜的性能成为该研究领域的一个焦点，添加剂法是其中最简单易行的方法之一。杨哲龙等人通过在硫酸-草酸、硫酸-苹果酸体系中加入稀土添加剂进行硬质阳极氧化的方法使氧化膜的硬度和耐磨性得到改善，同时提高了成膜速率，但没有提出其作用机理。

多孔阳极氧化铝AAO模板的制备与特性研究.

①文章编号:1009-0568(200403-0024-05 多孔阳极氧化铝(AAO 模板的制备与特性研究 张景川石鲁珍 (塔里木农垦大学文理学院,新疆阿拉尔843300 1引言 阳极氧化通常指通过电化学氧化使作为阳极的金属表面生成氧化膜的工艺。这一工艺已广泛应用于铝、铜、镁以及其他各种合金的表面精饰,在电解电容的制造、金属装饰材料的表面染色、提高零件的 表面性能(抗蚀、耐磨、绝缘等以及制造光电介层等方面得到了大量的应用[1]。 阳极氧化铝(Anodizing Aluminum Oxide 简称AAO 模板,按照其结构特征可以分为致密无孔的“障壁型”膜和有均匀空洞的“多孔型”膜两种。形成的阳极氧化层的类型依赖于氧化时的各种因素。其中最重要的因素是电解质类型。在对氧化层溶解能力差的电解溶液中,阳极氧化形成被称为“障壁型”的无孔膜。而在对氧化层稍有溶解的溶液中,阳极氧化则形成“多孔型的氧化膜”。这类电解质很多,工业常用的有硫酸、铬酸、草酸、磷酸等。 图1多孔阳极氧化铝结构示意图“多孔型”氧化膜在氧化形成过程中有相对稳定且高的电流 通过,由此可得到连续膜层的生长。其结构如图1所示:多孔阳 极氧化铝具有较高的研究价值。前人对阳极氧化多孔层的特征 参数受各种条件的影响已有很多报道[2]。 阳极氧化铝模板的形成涉及到物理、化学方面诸多复杂的

原理,对其形成机理的研究已有很多报道[3~4]。多孔阳极氧化 铝(AAO 成为一种广泛研究课题已具有40多年的历史。1955 年加拿大R oycspooner 以硫酸溶液作为电解液,深入讨论了影响 阳极氧化铝模板生长的电解液浓度、温度、氧化时间、电流密度 等因素,[6]1970年,O ’sullivan 和W ood [7]利用孔尖的电场分布模 型理论解释了阳极氧化铝模板生长机理和阳极氧化铝模板具有较小孔径、较高孔隙率的成因,[8]1990年Digbyd.macdonald [9]就氧化层孔洞形成提出了如下机理:因为点阵排布高度混乱,金属空位缺陷成正 离子在易于缺陷扩散的氧化层下凝聚,由此引起氧化层局部脱离金属基板,从而在锥形脊部位的金属层较其他周围金属极板难以氧化。这一机理解释了在某些电解质中氧化层孔隙的存在和方棱柱形孔洞的形成过程。 近年来,随着对阳极氧化铝研究的深入,出现了许多报道有关模板成孔机理的文章,并且在此研究的基础上制备孔洞高度有序、孔径可调的阳极氧化铝模板。1995年Masuda 和Fukuda K 等人[10]首次采用二次氧化法过程制备了孔道近乎六边形结构紧密排布的阳极氧化铝模板,他们将氧化时间延长到10个小时用化学方法除去氧化层,然后在相同的条件下再一次氧化几分钟,得到高度有序的多孔氧化铝模层。后来很多文章重复报道了此方法,取得了很好的结果 [8,11]。1997年Masuda [12]等人在J.Electrochem. ①收稿日期:2003-12-09作者简介:张景川(1977-,男,助教,主要从事大学物理的教学与研究工作。 第16卷第3期2004年9月塔里木农垦大学学报Journal of T arim University of Agricultural Reclamation V ol.16N o.3Sep.2004

纳米氧化铝项目可行性研究报告

纳米氧化铝项目 可行性研究报告 xxx科技发展公司

纳米氧化铝项目可行性研究报告目录 第一章概况 第二章项目必要性分析 第三章市场研究分析 第四章产品规划方案 第五章选址评价 第六章土建方案说明 第七章工艺技术方案 第八章环境保护概述 第九章职业保护 第十章项目风险评价 第十一章节能说明 第十二章实施计划 第十三章投资情况说明 第十四章项目经营收益分析 第十五章招标方案 第十六章项目总结、建议

第一章概况 一、项目承办单位基本情况 （一）公司名称 xxx科技发展公司 （二）公司简介 公司全面推行“政府、市场、投资、消费、经营、企业”六位一体合作共赢的市场战略，以高度的社会责任积极响应政府城市发展号召，融入各级城市的建设与发展，在商业模式思路上领先业界，对服务区域经济与社会发展做出了突出贡献。 公司拥有优秀的管理团队和较高的员工素质，在职员工约600人，80%以上为技术及管理人员，85%以上人员有大专以上学历。 公司将加强人才的引进和培养，尤其是研发及业务方面的高级人才，健全研发、管理和销售等各级人员的薪酬考核体系，完善激励制度，提高公司员工创造力，为公司的持续快速发展提供强大保障。 （三）公司经济效益分析 上一年度，xxx有限公司实现营业收入13688.62万元，同比增长 31.01%（3240.38万元）。其中，主营业业务纳米氧化铝生产及销售收入为11931.28万元，占营业总收入的87.16%。

根据初步统计测算，公司实现利润总额2992.25万元，较去年同期相比增长379.29万元，增长率14.52%；实现净利润2244.19万元，较去年同期相比增长229.81万元，增长率11.41%。 上年度主要经济指标 二、项目概况

铝合金的阳极化处理

铝合金的阳极化处理 铝制品表面的自然氧化铝既软又薄，耐蚀性差，不能成为有效防护层更不适合着色。人工制氧化膜主要是应用化学氧化和阳极氧化。化学氧化就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中，部分基体金属发生反应，使其表面的自然氧化膜增厚或产生其他一些钝化膜的处理过程，常用的化学氧化膜有铬酸膜和磷酸膜，它们既薄吸附性又好，可进行着色和封孔处理，表-1介绍了铝制品化学氧化工艺。化学氧化膜与阳极氧化膜相比，膜薄得多，抗蚀性和硬度比较低，而且不易着色，着色后的耐光性差，所以金属铝着色与配色仅介绍阳极化处理。 一、阳极氧化处理的一般概念 1、阳极氧化膜生成的一般原理 以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜的过程，称为铝及铝合金的阳极氧化处理。其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料，如铅、不锈钢、铝等。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时，在阴极上，放出氢气；在阳极上，析出的氧不仅是分子态的氧，还包括原子氧（O）和离子氧，通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化，形成无水的氧化铝膜，生成的氧并不是全部与铝作用，一部分以气态的形式析出。 2、阳极氧化电解溶液的选择 阳极氧化膜生长的一个先决条件是，电解液对氧化膜应有溶解作用。但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。适用于阳极氧化处理的酸性电解液见表-2。 化。按电解液分有：硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性子分有：普通膜、硬质膜（厚膜）、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。铝及铝合金常用阳极氧化方法和工艺条件见表-3。其中以直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍。 4、阳极氧化膜结构、性质 阳极氧化膜由两层组成，多孔的厚的外层是在具有介电性质的致密的内层上成长起来的，后者称为阻挡层（也称活性层）。用电子显微镜观察研究，膜层的纵横面几乎全都呈现与金属表面垂直的管状孔，它们贯穿膜外层直至氧化3、阳极氧化的种类 阳极氧化按电流形式分为：直流电阳极氧化、交流电阳极氧化、脉冲电流阳极氧膜与金属界面的阻挡层。以各孔隙为主轴周围是致密的氧化铝构成一个蜂窝六棱体，称为晶胞，整个膜层是又无数个这样的晶胞组成。阻挡层是又无水的氧化铝所组成，薄而致密，具有高的硬度和阻止电流通过的作用。阻挡层厚约 0.03-0.05μm，为总膜后的0.5%-2.0%。氧化膜多孔的外层主要是又非晶型的氧化铝及小量的水合氧化铝所组成，此外还含有电解液的阳离子。当电解液为硫酸时，膜层中硫酸盐含量在正常情况下为13%-17%。氧化膜的大部分优良特性都是由多孔外层的厚度及孔隙率所觉决定的，它们都与阳极氧化条件密切相关。 二、直流电硫酸阳极氧化 1、氧化膜成长机理 在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极的铝制品，在阳极化初始的短暂时间内，其表面受到均匀氧化，生成极薄而有非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生局部溶解，而出

铝的阳极氧化实验报告

物理化学实验报告 学生姓名：学号： 专业：化学年级，班级： 课程名称：中级物化实验组员： 实验项目：铝的阳极氧化与表面着色——电解液浓度对氧化膜性能的影响 指导老师：孙艳辉 一、研究进展 近年来，铝的阳极氧化由于其氧化膜多孔的特性及良好的应用前景受到广泛的关注和深入研究。目前，国内外广泛应用的阳极氧化技术主要有硫酸阳极氧化,铬酸阳极氧化,草酸阳极氧化, 瓷质阳极氧化和硬质阳极氧化等，这些方法都有成熟的工艺规范[1]。而且，大都采用二次氧化的方法[2]。在电解液浓度的影响方面，张莹[2]等认为对于酸性电解液来说，随着其浓度的不断增大，氧化膜的极限厚度先增大而后减小，因此电解液的浓度应控制在一定的范围内。张勇[3]等用磷酸做电解液时发现当磷酸的浓度为0. 4 mol/ L 时,生成的氧化膜厚度最大。巩运兰[4]等用铬酸做电解液时发现随着铬酸浓度的增加，铝的氧化膜阻挡层厚度变薄。 二、实验部分 1.实验原理 1.1铝的阳极氧化 将铝制品作阳极，以硫酸、铬酸、磷酸、草酸等为电解液进行阳极氧化，可形成较厚的氧化膜，膜的主要成分是Al2O3，其反应历程比较复杂。以Al为阳极，Pb为阴极，H2SO4溶液为电解质为例，电解时的电极反应为： 阴极： 阳极： 阳极上的Al被氧化，且在表面上形成一层氧化铝薄膜的同时，由于阳极反应生成的H+和电解质H2SO4 中的H+都能使所形成的氧化膜发生溶解：

在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极的铝制品，在阳极化初始的短暂时间内，其表面受到均匀氧化，生成极薄而又非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生局部溶解，而出现大量孔隙，即原生氧化中心，使基体金属能与进入孔隙的电解液接触，电流也因此得以继续传导，新生成的氧离子则用来氧化新的金属，并以孔底为中心而展开，最后汇合，在旧膜与金属之间形成一层新膜，使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。随着氧化时间的延长，膜的不断溶解或修补，氧化反应得以向纵深发展，从而使制品表面生成又薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。要使Al2O3氧化膜顺利形成，并达到一定厚度，必须使电极上氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率，这可以通过控制一定的氧化条件来实现。 1.2着色原理 氧化膜的表面是由多孔层构成的，其比表面积大，具有很高的化学活性。利用这一特点，在阳极氧化膜表面可进行各种着色处理。一般有三种着色类型：浸渍着色、电解着色和整体着色。本实验采用浸渍着色。浸渍着色的原理主要是氧化膜对色素体的物理吸附和化学吸附。无机盐浸渍着色主要是靠化学反应沉积在多空层。有机染料的着色通常认为既有物理吸附也包括有机染料官能团与氧化铝发生络合反应形成。 1.3封闭原理 氧化膜的表面是多孔的，在这些孔隙中可吸附染料，也可吸附结晶水。由于吸附性强，如不及时处理，也可能吸附杂质而被污染，所以要及时进行填充处理，从而提高多孔膜的强度等性能。 封闭方法：封闭处理的方法很多，如沸水法、高压蒸气法，浸渍金属盐法和填充有机物（油，合成树脂）等。众多方法中应用最广的是沸水法。 封闭原理： 沸水法是将铝片放入沸水中煮，其原理是利用无水三氧化二铝发生水化用。由于氧化膜表面和孔壁的Al2O3水化的结果，使氧化物体积增大，将孔隙封闭。 2.实验方案设计 2.1探讨因素 这次实验我们组探讨的是电解液（硫酸）浓度对阳极氧化膜性质的影响，在固定

阳极氧化铝模板制备过程的分析和应用

文章编号:1003 1545(2007)03 0024 04 阳极氧化铝模板制备过程的分析和应用 闫红丹,刘丽来,张鹏翔,谈松林 (昆明理工大学,云南昆明 650093) 摘 要:用电化学法制备了阳极氧化铝模板,采用计算机对反应电流监控的方法,分析电流曲线与模板生长过程的关系,实现了模板生长过程的精密控制。关键词:纳米技术;A AO 模板;计算机;电流曲线中图分类号:T Q 133.1 文献标识码:A 收稿日期:2006 12 01 纳米结构材料和器件因具有独特的性能而广泛应用于电子学、光学、机械装置、药物释放和生 物化学等方面,近年来掀起了对纳米材料研究的热潮[1,2]。目前也有许多企业在从事纳米材料的生产,但小型化本身并不代表纳米技术,纳米材料和纳米科技有着明确的尺度和性能方面的定义。制造纳米器件目前主要的方法还是通过 由上而下 (top dow n)尽力降低物质结构维数来实现,而纳米科技未来发展方向是要实现 由下而上 (bottom up)的方法来构建纳米器件。目前此方面的尝试有两类,一类是人工实现单原子操纵和分子手术,日本大阪大学的研究人员利用双光子吸收技术在高分子材料中合成了三维的纳米牛和纳米弹簧,使功能性微器件的制备有了新的突破;另一类是各种体系的自组装技术,已有分子自组装构建的纳米结构,包括纳米棒、纳米管、多层膜、孔洞结构等。美国贝尔实验室的科学家利用有机分子硫醇的自组装技术制备出直径为1~2nm 的单层场效应晶体管,这种单层纳米晶体管的制备是研制分子尺度电子器件重要的一步,这方面的工作现在还仅限于实验室研究阶段[3]。在纳米材料和器件的制备中,模板法是关键技术之一。目前常用的模板有硬模板和软模板两种。其中以阳极氧化铝模板(AAO)为代表的硬模板应用最为广泛。多孔阳极氧化铝(AAO)模板具有规则排列的六角形孔洞结构,且孔洞直径可控生长在20~200nm 的范围内,模板厚度也可控制在1~10 m 之间,孔密度为109~1012个/cm 2,AAO 模 板的孔洞孔径大小一致、排列有序、分布均匀,可用于合成零维纳米材料、一维纳米材料(纳米线,纳米管),国内外已有报道[4~6]。然而在试验制备中,阳极氧化电压、电流、温度的控制决定着最终AAO 模板中纳米孔洞的大小、分布及模板的厚度等重要参数,这一方面的控制还没解决,本文拟采用计算机实时监控阳极氧化过程中各主要参数,利用所得数据来影响、控制阳极氧化铝片中的自组织过程,实现可控、重复、批量地自组织生长各种尺寸、形貌的模板,为实现纳米产业化提供一条可行的技术途径。 1 试验方法 将厚度为0 1mm,纯度为99 99%(质量分数)的铝箔剪成35mm !45mm 的铝片,然后将其放入丙酮中用超声波清洗120s 后在400?的温度下退火3h,以增大晶格的尺寸,退火后的铝片用电化学抛光法去除表面的氧化层,抛光液为乙醇和高氯酸的混合液,用去离子水冲洗抛光铝片后将其装入特制的仪器中进行氧化处理。将铝片接入阳极,铂电极为阴极,将计算机串联接入电路当中,收集实时的电流数据,并用自编的软件将数据直接转化为实时电流曲线输出,以便实时监控反应电流。一次氧化的电压在30~80V 之间,电解液为0 4mol/L H 2C 2O 4,氧化温度恒为0?,并不断用搅拌器搅拌使温度均匀,氧化时间为2h 。

铝表面阳极氧化处理方法及缺陷分析

铝表面阳极氧化处理方法 一、表面预处理 无论采用何种方法加工的铝材及制品，表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物（天然的或高温下形成的氧化铝薄膜）、残留油污、沥青标志、人工搬手印（主要成分是脂肪酸和含氮的化合物）、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。因此在氧化处理之前，用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗，使其裸露纯净的金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。 （一）脱脂 铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。在这些方法中，以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。 二）碱蚀剂 碱蚀剂是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱腐蚀或碱洗。其作用是作为制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理，以便进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。从而使制品露出纯净的金属基体，利于阳极膜的生成并获得较高质量的膜层。此外，通过改变溶液的组成、温度、处理时间及其他操作条件，可得到平滑或缎面无光或光泽等不同状态的蚀洗表面。蚀洗溶液的基本组成是氢氧化钠，另外还添加调节剂（NaF、硝酸钠），结垢抑制剂、（萄糖酸盐、庚酸盐、酒石酸盐、阿拉伯胶、糊精等）、多价螯合剂（多磷酸盐）、去污剂。（三）中和和水清洗 铝制品蚀洗后表面附着的灰色或黑色挂灰在冷的或热的清水洗中都不溶解，但却能溶于酸性溶液中，所以经热碱溶液蚀洗的制品都得进行旨在除去挂灰和残留碱液，以露出光亮基本金属表面的酸浸清洗，这种过程称为中和、光泽或出光处理。其工艺过程是制品在300-400g/L 硝酸（1420kg/立方米）溶液中，室温下浸洗，浸洗时间随金属组成的不同而有差异，一般浸洗时间3-5 分钟。含硅或锰的铝合金制品上的挂灰，可用硝酸和氢氟酸体积比为3:1 的混合液，于室温下处理5-15 秒。中和处理还可以在含硝酸300-400g/L 和氧化铬5-15g/L 的溶液或氧化铬100g/L 加硫酸（1840kg/立方米）10ml/L 溶液中于室温下进行。各道工序间的水清洗，目的在于彻底除去制品表面的残留液和可溶于水的反应产物，使下道工序槽液免遭污染，确保处理效率和质量。清洗大多采用一次冷水清洗。但碱蚀后的制品普遍采用热水紧接着是冷水的二重清洗。热水的温度为40- 60 度。中和处理后的制品经水清洗就可以进行氧化处理，所以这道清洗应特别认真，以防止清洁的表面受污染。否则前几道工序的有效处理可能会因最后的清洗不当而前功尽弃。经中和、水清洗后的制品应与上进行氧化处理。在空气中停留的时间不宜过长，如停留30-40 分钟，制品就需要重新蚀洗和中和。 二、阳极化处理 铝制品表面的自然氧化铝既软又薄，耐蚀性差，不能成为有效防护层更不适合着色。人工制氧化膜主要是应用化学氧化和阳极氧化。化学氧化就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中，部分基体金属发生反应，使其表面的自然氧化膜增厚或产生其他一些钝化膜的处理过程，常用的化学氧化膜有铬酸膜和磷酸膜，它们既薄吸附性又好，可进行着色和封孔处理，表-3 介绍了铝制品化学氧化工艺。化学氧化膜与阳极氧化膜相比，膜薄得多，抗蚀性和硬度比较低，而且不易着色，着色后的耐光性差，所以金属铝着色与配色仅介绍阳极化处理。 1、阳极氧化膜生成的一般原理

试验纳米氧化铝粉体的制备及粒度分析

实验2 纳米氧化铝粉体的制备及粒度分析 一．实验目的 1．了解纳米材料的基本知识。 2．学习纳米氧化铝的制备。 3. 了解粒度分析的基本概念和原理。 4. 掌握马尔文激光粒度分析仪的使用。 二．实验原理 纳米氧化铝因其具有耐高温、耐腐蚀、比表面积大、反应活性高、烧结温度低，比普通氧化铝粉有着更优异的物化特性，在人工晶体、精细陶瓷、催化剂等方面得到广泛的应用。到目前为止纳米氧化铝粉末的制备方法众多，大致可分为气相法、固相法和液相化学反应法等，其中液相法制备Al2O3具有平均粒径小，分布范围窄、纯度高、活性高、设备简单、制备工艺影响因素可控等优点。 许多学者就纳米氧化铝的合成进行了广泛深入的研究。采用各种方法制备出纳米氧化铝粉体，但困扰纳米超细制备和应用的一个严重问题就是由于表面能造成的粉体的团聚，转相温度高而使颗粒明显长大，人们一般通过添加分散剂来克服团聚，因此对分散剂的合理选择，制备条件的有效控制及分散机理、分散效果的研究显得十分重要。 本实验以不同聚合度的聚乙二醇(PEG)为分散剂，采用沉淀法制备氢氧化铝胶体，胶体经800~1100℃高温煅烧2 h得到纳米氧化铝粉体，其在煅烧过程中经历Al(OH)3→AlOOH(勃姆石)→γ-Al2O3→δ-Al2O3→θ-Al2O3→α-Al2O3的相变过程，此方法能得到的最小平均粒径约为25 nm。 三．仪器与试剂 试剂：硫酸铝铵、浓氨水(25-28%)、聚乙二醇(PEG，聚合度n=200、600、2000、4000)、无水乙醇等，纯度均为AR级。 仪器：集热式恒温磁力搅拌器、40ml陶瓷坩埚、陶瓷研钵、500ml烧杯、真空水泵、布氏漏斗、抽滤瓶、马弗炉、50ml量筒、分析天平、空气塞、干燥箱、磁铁、容量瓶250ml、称量纸、滤纸、玻璃棒、钥匙、表面皿、分液漏斗。 Mastersizer 2000激光粒度仪。 四．实验步骤 1．查文献

纳米氧化铝粉体

2012?2013学年秋季 “材料化学”课程 期中考试课程论文 论文题目：纳米氧化铝粉体 的制备与应用 作者唐俊 学号0910412107 授课老师柯凯

纳米氧化铝粉体的制备与应用 摘要本文从氧化铝的结构和物性、纳米氧化铝粉体的制备工艺和应用等方面对纳米氧化铝粉体进行了介绍。 关键词氧化铝陶瓷纳米制备应用 1. 前言 陶瓷材料具有金属和其他材料不可比拟的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优异的性能，在高技术领域有着十分广泛的应用前景，但其固有的脆性和可靠性极大地限制了陶瓷材料的推广应用。随着纳米技术的发展，纳米陶瓷应运而生，由于纳米陶瓷具有许多独特的性能[1]，人们对纳米陶瓷寄予了很大的希望，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的韧性和可加工性。世界各国的科研工作者正在不断研究开发纳米陶瓷粉体，并以此为原料合成高性能纳米陶瓷[2-4]。 o 氧化铝陶瓷是目前世界上产量最大、用途最广的陶瓷材料之一，它在自然界中储量丰富，最常见的是以不纯的氢氧化物形式存在，并由此构成铝矶土矿。热力学稳定的a Al 2O3陶瓷属刚玉结构，具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、绝缘性好、比表面积大等优异的特性，在陶瓷、化工、电路等方面得到了广泛的应用[5，6]。 2. 氧化铝的晶体结构和基本物性 了解和掌握氧化铝的结构和物性，是制备纳米氧化铝粉体和制备各种特性氧化铝陶瓷的基础。 2.1 氧化铝的晶体结构

氧化铝是目前氧化物中比较重要的一种，它广泛应用于各种结构 和功能陶瓷中，氧化铝有很多的晶型，不同的晶型有着不同的应用。 Al 2O3有很多种晶型，目前已发现的在十二种以上，其中常见的 有a , B , 丫等。除修AI2O3是含钠离子的Na2O?11Al2O3以外，其它几种都是AI2O3的变体。其中a是高温稳定晶型，其它均为不稳定的过渡晶型，在咼温下可以转变为a相。 氧化铝结构一般的分类方法为：首先根据02-的排列结构分成 FCC和HCP两大类，然后再在02-排列结构的每一大类中再依据A13+ 的亚点阵的不同分成不同的相，氧化铝常见物相结构见表1。在这些相中，a相是稳定相，其余是亚稳相，随着温度的升高，这些过渡型亚稳相的氧化铝都要向a相（稳定相）转变，这种相变是晶格重构型相转变，是不可逆相转变。 表1氧化铝相的分类以及相关参数 a-AI 2O3的晶体结构：O2-呈Hep排列，A13+依次占据其2/3八面体间隙，图1是a-AI 2O3晶体在｛0001｝面投影⑺。 2.2 a-AI 2O3陶瓷的性质

铝阳极氧化膜的着色有好几种方法

铝阳极氧化膜的着色有好几种方法，工业化技术着色的氧化膜大体可以分为以下三大类。 （1）整体着色膜。日本又称自然发色膜或一次电解发色膜。这里有时又细分为自然发色膜和电解发色膜。自然发色指阳极氧化过程使铝合金中添加成分（Si、Fe、Mn等）氧化，而发生氧化膜的着色，比如Al-Si合金的硫酸阳极氧化膜；电解发色指电解液组成及电解条件的变化而引起氧化膜的着色，比如在添加有机酸或无机盐的电解液中阳极氧化，其代表性的技术有Kalcolor法（硫酸+磺基水杨酸）及Duranodic法（硫酸+邻苯二甲水杨酸）。 （2）染色膜。以硫酸一次电解的透明阳极氧化膜为基础，用无机颜料或有机染料进行染色的氧化膜。 （3）电解着色膜。以硫酸一次电解的透明阳极氧化为基础，在含金属盐的溶液中用直流或交流进行电解着色的氧化膜，在日本也叫二次电解膜。它的意思是阳极氧化叫做一次电解，而电解着色叫做二次电解。代表性的电解着色的工业化技术是浅田法（Ni盐交流着色法）、Anolok法和Sallox法（二者均系Sn盐交流着色法）、住化法和尤尼可尔法（Ni盐“直流”着色和“直流”脉冲着色法）等。近年来在工业上开始得到推广的多色化技术，可以在一个电解着色槽中得到多种颜色。这是一种新型的利用于干涉光效应的电解着色方法，由于在电解着色之前增加电解调整，在日本又称之为三次电解法。 电解着色膜的耐候性、耐光性和使用寿命比染色膜好得多，其能耗与着色成本又远低于整体着色膜，目前已经广泛用于建筑铝型材的着色。在20世纪60年代日本浅田法问世并工业化之后，交流电解着色技术以其氧化膜性能好、工业控制方便、操作成本较低而独占熬头，成为建筑铝型材阳极氧化膜的首选着色方法。电解着色技术经过工业实践考验而不断发展和改进，着色电源更新，槽液成分稳定，工艺更加成熟，成本不断下降，规模日益扩大。电解着色技术在理论和实践方面都有很大进步，尤其表现在阳极氧化电解着色的工程上，今日之产业化工艺与早期文献专利已不可同日而语，国外已有若干种铝阳极氧化膜电解着色的总结性的专著出版。 在建筑铝型材阳极氧化生产线中，电解着色总是处于技术核心的地位。我国建筑铝合金型材阳极氧化膜的电解着色技术，是20世纪80年代开始从日本和意大利等国陆续引进的。早期电解着色的金属盐以单锡盐或锡镍混合盐为主，大多为年产3000t的小规模的卧式生产线，当时曾作为我国“标准”规模的阳极氧化生产线。我国的电解着色技术在研究开发和生产实践中不断改进和提高，到20世纪90年代不仅可以提高价廉物美的国产锡盐添加剂，而且生产线上的几乎所有的配套设备，包括各种电源设备、冷冻机、热交换器、工艺天车、所有管道阀门以及全套电气机械装备都逐渐可以立足国内供应，并且已经向国外出口。我国技术人员已经独立完成了工厂生产线设计、施工、安装、调试和生产操作的全部技术工作。近年来我国为了适应大批量稳定生产，特别是生产浅色系的需要，引进了几条大规模（如年产30000t以上）单镍盐立式生产线，同时具有电泳涂装生产工序，使得技术装备、工艺水平与产品质量有了进一步提升。即使在这些大规模新建生产线中，除了某些关键设备之外我国也可以配套提供。我国铝合金阳极氧化膜电解着色工业，在这20年中，发展得非常迅速，总体技术水平和产品质量有了很大的提高。我国新建的建筑铝型材阳极氧化生产线，其装备和产品质量已经达到国际先进水平。 国内外工业化的电解着色槽液基本上都是镍盐或锡盐（包括锡镍混合盐）溶液两大类，其着

纳米氧化铝粉体的制备与应用进展_何克澜

纳米氧化铝粉体的制备与应用进展 ＊何克澜,林　健,覃　爽 (同济大学材料科学与工程学院,上海　200092) 摘要:纳米氧化铝粉体在化工、陶瓷等行业拥有广泛的应用前景,不断开发纳米氧化铝材料的新 型制备工艺,对于提高产品质量并不断开拓其应用领域具有重要意义。本文综述了氧化铝纳米 粉体材料的各种制备工艺,并对其近年来最新研究、应用进展进行了阐述和分析。 关键词:纳米氧化铝;制备;应用 中图分类号:T Q 171.6+ 11 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2006)05-0048-05D e v e l o p m e n t o f P r e p a r a t i o n a n dA p p l i c a t i o n o f A l u m i n a N a n o p o w d e r H EK e -l a n ,L I NJ i a n ,Q I NS h u a n g (S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200092,C h i n a ) A b s t r a c t :N o w a d a y s ,a l u m i n an a n o p o w d e r i s c o m m o n l ya n dw i d e l yu s e di nm a n yf i e l d s ,s u c ha s c h e m i c a l i n d u s t r y ,c e r a m i ci n d u s t r y .I t i sv e r yi m p o r t a n t t od e v e l o pn e w t e c h n i q u e so f a l u m i n a n a n o p o w d e r f o r i m p r o v i n g p r o d u c t q u a l i t y a n d e x p a n d i n gt h e i r a p p l i c a t i o n s .T h i s a r t i c l e p r e s e n t e da v a r i e t y o f m e t h o d s f o r p r o d u c i n g a l u m i n a n a n o p o w d e r ,a n de x p o u n d e da n da n a l y z e dr e c e n t r e s e a r c h p r o g r e s s a n d a p p l i c a t i o n s o f a l u m i n a n a n o p o w d e r . K e y w o r d s :a l u m i n a n a n o p o w d e r ;p r e p a r a t i o n ;a p p l i c a t i o n 1　前言 纳米材料是指其一维尺度小于100n m ,且具有常规材料乃至常规微细粉末材料所不具备的许多反常特性的一类材料。纳米氧化铝材料的特殊光电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象、在高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性,以及各种纳米粉体材料共有的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,使其在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等领域有广阔的应用前景。 氧化铝是在地壳中含量非常丰富的一种氧化物。氧化铝有多种晶型,其中α-A l 2O 3属高温稳定晶型,具有较高的熔点和很高的化学稳定性。通常可使用拜尔法和电熔法来生产α-A l 2O 3粉体,此类粉体广泛运用于制备各种氧化铝陶瓷。而具有量子效应的纳米氧化铝粉体还可带来高化学活性、高比表面能、独特光吸收作用等各种优异性能,可广泛应用于冶金、机械、化工等领域 [1,2]。因此研究和开发纳米氧化铝材料的制 备工艺及其应用,具有重要的社会效益和经济价值。　第34卷第5期2006年10月玻璃与搪瓷G L A S S ＆E N A M E L V o l .34N o .5O c t .2006＊收稿日期:2006-03-14