多孔氧化铝膜的电化学制备及其应用

多孔氧化铝膜的电化学多孔氧化铝膜的电化学制备及其应用制备及其应用小组成员小组成员::刘洪新刘洪新嵇先白嵇先白王伟明王伟明张新桥张新桥杨娟杨娟引言引言ƒ1970年G.E.Possin首次提出利用多孔氧化铝膜为模板制备纳米纤维材料,利用模板法制备了一系列的纳米结构材料ƒ80年代以后随着纳米科技的诞生,多孔氧化铝膜的制备和研究才获得了突飞猛进的发展。ƒ用多孔氧化铝模板制备的各种纳米材料在光学、电学、磁学、催化化学等多方面都有特殊的应用。模板法合成纳米材料有更多自由度实现纳米材料结构和性能调制,为设计下一代微型元器件开辟了一条崭新的思路。目前，较普遍采用的是目前，较普遍采用的是电化学法电化学法那么那么，，如何制备多孔氧化铝膜呢？？？多孔氧化铝模的多孔氧化铝模的制备制备ƒ实验采用99.9%的铝片为原材料,经机械展平后按如下图所示的两步阳极氧化法进行实验。铝片在500℃,N2保护气氛下退火,可以消除铝片在轧制过程中形成的内应力,更有利于生成均匀规则的多孔氧化铝膜。阳极氧化在恒温15℃装置中进行。多孔氧化铝膜的制备多孔氧化铝膜的制备实验装置：实验装置：铝片铝片作作阳阳极极、、铂铂片作阴极片作阴极,,电路中接入电路中接入电流表记录电流变化。电流表记录电流变化。多孔氧化铝膜的制备纳米孔形成纳米孔形成机理机理1）pm段:随着阳极氧化的进行,阻挡层首先在铝基体表面形成,并在铝/阻挡膜界面处不断地向铝基体内部延伸。2）阳极氧化初期阻挡膜厚度不均匀,导致电场强度局部集中,电场强度集中的区域Al3+可以由穿透阻挡膜外迁到电解液中,而形成离子迁移的穿透通道,同时O2-/OH-也通过穿透通道由外向内迁移,这样的离子穿透通道就是微孔的前身。多孔氧化铝膜的制备另一方面,局部区域的电场强度集中促使这些区域阻挡层的电场辅助溶解速度大约300nm/min(室温下氧化铝溶解速度仅为0.1nm/min)。下凹的区域不断减薄形成孔穴,这一过程同时又促使电流密度在孔穴部分集中。可见,电场辅助溶解有利地促进了微孔的形成及多孔层的生长。最后趋向平衡。3）当上述两个界面过程已达到动态平衡时,阻挡层的厚度保持不变。但同时,在多孔层外侧与电解液的界面处氧化铝也在溶解,由于多孔层远远厚于阻挡层,这里氧化铝的溶解没有电场辅助作用而只是一般的化学溶解,溶解速度很缓慢,因此多孔层不断地增厚。多孔氧化铝膜的制备主要电化学反应主要电化学反应ƒ阳极氧化2Al+6OH_→Al2O3+3H2O+6e-ƒ阴极还原2H2C2O4+2e-→H2+2HC2O4_产物产物表征表征ƒ1)实验采用扫描电子显微镜(ESEM),获取多孔氧化铝膜的形貌照片,观察前对试样进行真空喷金。ƒ2)实验同时采用原子力显微镜(atomicforcemicroscope,AFM)对试样进行微观形貌观察。产物表征产物表征相互平行、相互平行、孔形规整、孔形规整、孔径为纳米孔径为纳米级的六方状级的六方状的多孔氧化的多孔氧化物膜物膜产物表征产物表征产物表征产物表征多孔氧化铝膜的多孔氧化铝膜的应用应用ƒ光学上：在阳极氧化膜的细孔中封入金属或介电体时，光的透过率及折射率会产生各向异性的性质，利用这种性质可制作偏光器或光相位板等的微小光学器件。多孔氧化铝膜的应用光电元件上光电元件上ƒ主要是通过在多孔膜微孔中填充荧光物质来制备光电元件，采用浸泡与热处理相结合的方法，在多孔膜内引入Tb3+制得的功能化膜，在外加电场的作用下将发出绿色光。这种功能化多孔膜所能获得的高的发光强度，表明多孔膜的功能化将成为研制光电元件的又一新途径。而且由于多孔膜的孔径极为细小，更可进一步开发出超微细发光元件。多孔氧化铝膜的应用在在巨磁电阻巨磁电阻上的应用上的应用（法）艾尔伯（法）艾尔伯··费尔费尔AlbertAlbertFertFert（德）皮特（德）皮特··克鲁伯格克鲁伯格PeterPeterGrGrüünbergnberg多孔氧化铝膜的应用巨磁电阻效应ƒ所谓巨磁电阻效应是由铁磁金属/非磁性金属/铁磁金属构成的多层纳米薄膜(即巨磁电阻材料，如Fe/Cr)，在有外加磁场和无外加磁场下电阻率的变化，在室温下为可达5%，在低温(42K)下可以达到110%，远远大于一般铁磁金属1%—3%的磁电阻变化。1994年，IBM首先将GMR应用在硬磁盘中，由此引发了“磁盘存储革命”。多孔氧化铝膜的应用ƒ利用电化学沉积法在多孔氧化铝膜上沉积磁性金属和非金属材料可以制备巨磁电阻材料并在此基础上制备计算机磁盘多孔氧化铝膜的应用电化学法制备多孔氧化铝的电化学法制备多孔氧化铝的优点优点1）制备比较容易，对环境条件和仪器设备要求不高；2）多孔铝阳极氧化膜的厚度，可以通过改变电流和氧化时间等参数在一定范围内进行调节；3）不同类型的溶液，对氧化膜的形貌结构和微孔大小有较明显的影响，因此可以根据使用要求选择不同类型的溶液，并且可以控制微孔尺寸在纳米范围内。总结总结多孔氧化铝膜还有其它方面的用途，如新型催化剂、太阳能吸收膜以及纳米材料膜板等。由于地球上铝的含量占第三，开发一系列产品既经济又有利于大规模生产。相信在今后，多孔氧化铝的应用将会更宽更广。参考资料参考资料ƒ1）江小雪等两步阳极氧化法制备多孔阳极氧化铝膜天津大学材料学院；ƒ2）宋琛等多孔氧化铝膜在功能材料的应用大连理工大学化工学院；ƒ3）姚素薇等纳米巨磁电阻材料的电化学制备及其应用天津大学化工学院；ƒ4）黄靖云等纳米多孔铝的制备浙江大学硅材料国家重点实验室；ƒ5)杜长海等多孔铝阳极氧化膜在催化中的研究进展长春工业大学化工学院。Thankyou!