二次阳极氧化方法制备有序多孔氧化铝膜

通过二次阳极氧化方法制备多孔氧化铝膜与一次阳极氧化方法制备多孔氧化铝膜孔排布规律性的对比,结果发现,二次阳极氧化方法制取的多孔氧化铝膜孔排布规律性明显好于一次阳极氧化法制取的多孔膜.在几个微米范围内,孔呈理想的六角排布.去除一次阳极氧化膜后,二次阳极氧化得以在更良好的表面进行,制取的氧化铝膜孔规律性和有序度更高.有序区域的尺寸与晶粒内的亚晶大小有一定关系.     

铝阳极氧化膜纳米孔阵列结构的自组织过程分析

提出了在铝阳极氧化膜的生长过程中存在两种力的作用,一种是在阻挡层形成时就已经存在的由于基体铝与氧化铝之间晶格不匹配产生的内应力的作用,另一种是随着纳米孔的形成,存在于纳米孔内壁的表面张力的作用.铝阳极氧化膜纳米孔阵列的自组织过程是在这两种力的共同作用下进行的.这两种力的大小随着纳米孔形貌的变化而改变,当铝阳极氧化膜中的纳米孔呈规则的六角排列时,这两种力达到平衡,此时体系的能量也最低.     

硅基超薄多孔氧化铝膜的制备

将二次阳极氧化法应用于硅基铝膜的制备, 在草酸溶液中得到了厚度可控的硅基超薄多孔氧化铝膜(PAM), 厚度小于100 nm. 实验中记录了氧化电流随时间的实时变化曲线, 发现硅衬底的氧化电流在大幅下降前有一小幅波动. 对应于Al/Si界面的氧化过程中, 孔洞底部之间的残留铝岛被优先氧化, 可将此作为终止铝氧化的标志. 扫描电镜(SEM)观察表明, 二次氧化提高了孔洞分布的均匀性, 使得孔在一定的区域内呈现有序六角分布.这种模板可进一步用于硅基纳米器件和纳米结构的制备.     

阳极氧化物纳米孔道和TiO2纳米管形成机理的研究进展

自组织有序的TiO2纳米管和多孔型阳极氧化膜(PAO)因其潜在的应用价值而倍受关注.阀金属的阳极氧化研究了80多年,但是六棱柱元胞结构和多孔纳米管的形成机理至今尚不清楚.本文不是简单地综述PAO的形成机理,而是从更宽的视角综述了致密型阳极氧化膜与PAO的本质联系和形貌差异.对比两种膜的形貌差异和生长过程有助于孔洞形成本质的认识.简要综述了PAO的传统"场致助溶(FAD)"理论和局限性,重点综述了PAO形成机理的最新研究进展,包括粘性流动模型、阻挡层击穿模型、氧气气泡成孔模型、等电场强度模型等.在充分对比分析最新成果的基础上,对PAO机理研究的发展趋势进行了展望:采用超声氧化、真空或高压条件下氧化以及对电解液中添加碳酸钠或还原剂等方法,对揭示孔洞形成和自组织的本质将会有很大帮助;从电流和阳极氧化效率角度入手,是探究传统FAD理论的物理本质的有效途径.     

复合稀土铝阳极氧化膜的耐蚀性研究

用金属氧化物前驱体法,在前处理阶段添加稀土再进行阳极氧化,获得了Nd和Ce改性的铝阳极氧化膜.稀土含量在靠近氧化膜/基体界面处达到0.9%左右,由内向外逐渐降低,氧化膜外表面处的含量约为0.5%.稀土前处理后制备得到的阳极氧化膜耐蚀性能比普通硫酸阳极氧化膜有明显提高,其中Ce改性的氧化膜作用尤为明显;经过NaCl溶液浸泡15 d以后,经稀土改性的阳极氧化膜仍然保持良好的耐腐蚀性.稀土引入后,阳极氧化膜的孔径变小,膜更加致密,显微硬度提高.XPS测试表明氧化膜中的稀土Ce以CeO2和Ce2O3形式存在,而Nd以Nd2O3形式存在.阻抗测试表明氧化膜阻挡层的阻抗值增大,说明稀土除了改变氧化膜生长机制外,也可能通过掺杂作用改变氧化膜结构.     

用正电子湮没寿命谱法研究铝阳极氧化膜

退火纯铝(99.99%)在15%H_2SO_4中于不同电解条件下进行阳极氧化, 然后测其正电子湮没寿命谱, 寿命谱拟合为三个寿命成份, 指认第二寿命成分为e~+在氧化膜中的湮没。从I_2随电解条件的变化推知膜厚与槽压近似成正比, 在恒温和固定槽压条件下, 膜厚只能达到某极限值。根据τ_2的变化推断出, 使用较高槽压或延长电解时间均使膜的结晶度提高, 它诱发了裂缝或微洞的形成, 导致膜体松散。根据上述结论进一步分析提高膜机械性能的可能途径。     

用正电子湮没寿命谱法研究铝阳极氧化膜

退火纯铝(99.99%)在15%H_2SO_4中于不同电解条件下进行阳极氧化,然后测其正电子湮没寿命谱,寿命谱拟合为三个寿命成份,指认第二寿命成分为e~ 在氧化膜中的湮没。从I_2随电解条件的变化推知膜厚与槽压近似成正比,在恒温和固定槽压条件下,膜厚只能达到某极限值。根据τ_2的变化推断出,使用较高槽压或延长电解时间均使膜的结晶度提高,它诱发了裂缝或微洞的形成,导致膜体松散。根据上述结论进一步分析提高膜机械性能的可能途径。     

铂微电极位点上氧化铝纳米孔的制备

金属微电极表面的纳米级处理可以大大提高电极的性能。本文基于微加工及电化学技术在铂微电极位点上制备了一致性良好的氧化铝纳米结构。通过对基片铂层表面等离子体处理,使铝膜与铂层之间粘附力明显增强。利用二次阳极氧化法,在铂微电极位点上制备出纳米孔。结果表明,30V是该条件下比较理想的氧化电压。同时,通过对氧化过程中电流的监测,发现当铝膜完全氧化后电流大幅上升,可将此现象作为终止阳极氧化的标志。这种微电极位点处的氧化铝模板可进一步用于不同材料纳米微电极的制备。     

铈、锂盐对铝阳极氧化膜的协同封闭作用

研究了铈、锂盐在铝阳极氧化膜封闭处理中的协同作用.场发射扫描电镜和X射线衍射谱对铈、锂盐协同封闭前后铝阳极氧化膜形貌和结构的研究结果表明，封闭后膜表面的孔洞消失，封闭产物分布均匀，封闭后膜仍然以非晶态形式存在.根据X射线光电子能谱的结果，封闭后的膜主要由含结晶水的Al2O3及铈、锂的混合氢氧化物组成，同时膜中还含有及封闭溶液组分中的一些阴离子.电化学阻抗谱的研究结果表明铈、锂盐协同封闭能够显著提高膜的耐蚀性能.在实验结果基础上，初步认为铈、锂盐封闭是通过生成结构紧密的封闭产物填充、覆盖膜孔，从而显著提高铝阳极氧化膜的耐蚀性能.     

贫水电解质体系制备多孔阳极氧化铝模板的研究

在有机溶剂为主的含草酸电解质中,研究了大孔径有序度高的阳极氧化铝(AAO)的一步法电化学制备.实验证实,电解质中水含量的降低能够有效抑制铝的电氧化速率和溶解速率,使得其氧化膜孔道的生长能够稳定进行,所得到的六方孔道排列有序度明显高于纯水溶剂制备的电解质体系下的产物.考察了水含量、有机溶剂种类以及电解质浓度对AAO模板孔道形貌的影响.结果表明,有机溶剂贫水电解质体系使得电氧化电压的选取范围比水溶液电解质体系更宽,孔径连续可调,反应条件温和.该方法适合于制备均匀大孔径的AAO模板.     

利用钛保护层在ITO电极上直接制备大面积的超薄氧化铝膜

通过磁控溅射并引入钛保护层, 利用在0.3 mol·L^-1硫酸中20 V电压下二次阳极氧化, 在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上直接制备了超薄(约140 nm, 为阳极氧化前Al厚度的一半)、大面积(约4 cm²)的多孔阳极氧化铝(AAO). 扫描电子显微镜结果表明生成的微孔与衬底垂直, 孔径和孔间距分别约为30和60 nm. 我们发现钛保护层的作用是提高了Al层的附着性并且防止ITO被腐蚀, 在此体系中钛不能被其它的金属如铬、金、银或铜代替. 紫外-可见光谱透过率结果显示在阳极氧化过程中Ti被氧化成为透明的TiO₂, 利用10-20 nm的钛保护层以及二次阳极氧化过程, 能够保证高透明度. 在ITO上直接制备的这种透明、有序的AAO纳米结构在光子学、光伏领域和纳米制备等方面具有潜在应用.     

Effect of atomic layer deposition coatings on the surface structure of anodic aluminum oxide membranes

Anodic aluminum oxide (AAO) membranes were characterized by UV Raman and FT-IR spectroscopies before and after coating the entire surface (including the interior pore walls) of the AAO membranes by atomic layer deposition (ALD). UV Raman reveals the presence of aluminum oxalate in bulk AAO, both before and after ALD coating with Al2O3, because of acid anion incorporation during the anodization process used to produce AAO membranes. The aluminum oxalate in AAO exhibits remarkable thermal stability, not totally decomposing in air until exposed to a temperature >900 degrees C. ALD was used to cover the surface of AAO with either Al2O3 or TiO2. Uncoated AAO have FT-IR spectra with two separate types of OH stretches that can be assigned to isolated OH groups and hydrogen-bonded surface OH groups, respectively. In contrast, AAO surfaces coated by ALD with Al2O3 display a single, broad band of hydrogen-bonded OH groups. AAO substrates coated with TiO2 show a more complicated behavior. UV Raman results show that very thin TiO2 coatings (1 nm) are not stable upon annealing to 500 degrees C. In contrast, thicker coatings can totally cover the contaminated alumina surface and are stable at temperatures in excess of 500 degrees C.     

Fabrication of AAO films with controllable nanopore size by changing electrolytes and electrolytic parameters

In this paper, we fabricate two kinds of anodic aluminum oxide (AAO) films with controllable nanopore size by changing electrolytes and electrolytic parameters. The first AAO film with a four-layer structure was fabricated by sequential anodization of aluminum in aqueous solution of H₂SO₄, H₂C₂O₄, malonic acid, and tartaric acid at different anodic oxidation voltages. The average pore diameter of the as-prepared AAO film is 25 nm in the first layer, 54 nm in the second layer, 68 nm in the third layer, and 88 nm in the fourth layer, respectively. The pore densities of each layer decrease downwards to Al substrate, which are 300?×?10⁸, 100?×?10⁸, 21?×?10⁸, and 6.9?×?10⁸ cm^?2, respectively. Furthermore, another AAO film with periodically changed pore diameter was fabricated by alternating anodization of aluminum in aqueous solution of H₃PO₄ and tartaric acid under galvanostatic mode. The anodization processes present approximately identical best ordering voltage (195 V) in H₃PO₄ and tartaric acid under galvanostatic mode. The pore diameter with periodic change can be enlarged through a pore-widening treatment. Both AAO films with special nanopore structures can be used not only as templates for preparing nano-array materials whose pore diameter presents periodic change or gradual increase, but also as nanofilters to separate materials in some special media.     

多孔纳米氧化铝薄膜上荧光分子光谱特性研究

通过两步电化学阳极氧化技术制备了孔径为40nm的多孔纳米阳极氧化铝材料(AAO)，在AAO薄膜上分别填充了几种有机荧光分子使其形成高度有序的有机-无机复合体发光阵列，测定了此复合体的发射光谱．结果表明，AAO薄膜对有机分子具有较强的结合能力，其结合能力来源于物理和化学的协同作用．在AAO纳米薄膜上的有机荧光分子的最大发射波长均产生了明显的蓝移现象，初步探讨了此现象的机理．有机分子填充进入高度有序的AAO纳米孔阵列之中时，有机分子的聚集形式会发生改变并且也是高度有序的，同时由于极化作用使有机分子沿着纳米孔的轴向具有相对优势的分子取向，使有机分子在AAO纳米薄膜上形成了接近单分子层的高度有序的排列方式，增强了发光效率．     

The effect of anode surface area on nanoporous oxide formation during anodizing of low purity aluminum (AA1050 alloy)

Porous anodic alumina layers were obtained by a simple two-step anodization of low purity aluminum (99.5 % Al, AA1050 alloy) in a 0.3 M oxalic acid electrolyte at 45 V and 20 °C. The effect of anode surface area on structural features of nanoporous oxide and process of oxide formation was investigated. An ordered structure composed of nanostripes or nanopores was formed on the Al surface during electrochemical polishing in a mixture of perchloric acid and ethanol. This nanopattern is then replicated during the anodic oxide formation. It was found that the pore diameter, interpore distance, and porosity increase slightly with increasing surface area of the aluminum sample exposed to the anodizing electrolyte. On the other hand, a slight decrease in pore density and cell wall thickness was observed with increasing surface area of the sample. The detailed inspection of current density vs. time curves was also performed. The obtained results revealed that the higher surface area of the anode, the local current density minimum, was reached faster during first step of anodization and the increase in current density corresponding to the pore rearrangement process was observed earlier. Finally, a dense array of Pd nanowires (～90 nm in diameter) was synthesized by simple electrodeposition of metal inside the channels of through-hole nanoporous anodic alumina templates with relatively large surface areas (4 cm²).     

低频交流电沉积金纳米线阵列的AFM研究

迄今,人们已采用许多方法制备纳米材料,如刻蚀技术、化学法和模板法等［1]．其中,引起科学界广泛兴趣的模板法,在合成有序纳米材料上占有极其重要的地位．常用的模板有两种,一种是有序孔洞阳极氧化铝（Anodic Aluminum Oxide,AAO）模板[2],另一种是含有孔洞无序分布的高分子模板．AAO模板具有耐高温,绝缘性好,孔洞分布均匀有序,而且大小可控等特点［3]．可以利用 AAO模板来制备各种纳米纤维和纳米管,如导电聚合物［4]、金属［5]、半导体［6]、碳［7]和其它一些材料．由于纳米材料的应用具有广阔的前景,如光催化、电化学、酶固定等方面,因而不同材料纳米线的制备备受关     

利用铁电薄膜研究体异质结型有机光伏器件的光电流极性

制备了铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)铁电薄膜,并通过紫外-可见(UV-Vis)透射光谱、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对其进行了表征.为了研究体异质结型有机共混膜的光电流特性,制作了氧化铟锡(ITO)/PMN-PT/有机共混膜/铝(Al)的光伏器件,调制激光照射下外加偏压的极性和大小变化将直接改变瞬态光电流的极性和大小,从而可在实验上证明传统体异质结型有机光伏器件的光电流极性是由器件阴、阳电极的功函数差所导致的内建电场的方向决定.同时也提出了一种利用铁电薄膜来研究体异质结型有机光伏器件光电流特性的新方法.     

纳米ZnO薄膜的制备及其可见光催化降解甲基橙

采用溶胶-凝胶方法制备ZnO透明溶胶, 在铝箔上涂膜后经500 ℃处理制得具有可见光响应的纳米ZnO薄膜光催化剂. 以甲基橙模拟有机污染物, 在可见光下研究了薄膜的降解性能, 结果表明, 用一片有效面积为200 cm2的ZnO/Al薄膜作为催化剂, 甲基橙的降解率达到96.3％, 比ZnO负载在玻璃上制得的ZnO/glass薄膜催化剂活性高得多. 采用扫描电镜与原子力显微镜对ZnO/Al薄膜制备条件进行了表征, 结果发现多孔ZnO/Al薄膜比致密ZnO/Al薄膜具有更高的活性, 实验制备的具有高活性的ZnO/Al薄膜颗粒平均直径为52.2 nm. 采用本方法制备的ZnO/Al薄膜是一种具有应用前景的, 能在可见光下降解有机物的有效光催化剂.     

Selected deposition of high-quality aluminum film by liquid process

For generation of a fine aluminum pattern by conventional vacuum processing, it is necessary not only to use complex and costly instruments but also to perform an additional etching process, which may result in physical and chemical damage to the target film surface. Herein we report a simple solution process for the selected deposition of an Al pattern. Al is obtained from the decomposition of alane under dehydrogenation catalysis of a Pt nanocrystalline pattern on a substrate at ～105-120 °C, while the self-decomposition of alane in solution is avoided in the presence of high-boiling-point amine. This deposited film generates Al crystals with a diameter of several hundred nanometers, following an epitaxial growth to a continual film. The obtained film shows high conductivity, with a resistivity close to that of bulk Al.