大孔徑有序模板的制備

王凱

摘要：本文制備了大孔徑有序陽極氧化鋁模板，并對去除模板的鋁的反射光柵特性進行了光譜測試及分析。

關(guān)鍵詞：大孔徑模板；氧化鋁

1995年，Masuda等首次制備出了排列高度有序的多孔陽極氧化鋁（Anodic Aluminum Oxide，AAO）薄膜[1]，并以此作為模板復型出了金屬納米孔陣列，這一技術(shù)的出現(xiàn)具有極其重要的意義，它使得人們能夠利用 AAO 作為模板復型制備出多種高度有序的納米結(jié)構(gòu)材料，使AAO膜在現(xiàn)代納米材料制備領(lǐng)域獲得了全新的應用。同傳統(tǒng)模板相比，AAO模板具有孔大小及孔間距可調(diào)、厚度可控、縱橫比高、分布有序性高、制備工藝成熟、熱及化學穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點，其在磁學[2]、光催化[3]、光子學[4]、能量存儲[5]及生物傳感器[6]等領(lǐng)域獲得了許多應用。

一、大孔徑AAO的制備

AAO是一種高度可控的納米模板，許多研究人員發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)生長的AAO所形成有序孔洞的孔間距與陽極電壓成近似線性關(guān)系，其比例關(guān)系約為2.5 nm/V。本實驗采用195V的高壓在低溫下制備出了具有大孔徑的AAO，制備過程是先對鋁片進行拋光處理，將高純鋁（99.99%）浸入高氯酸和無水乙醇的混合溶液中（體積比為1：4），拋光溫度保持為0℃，在21V的直流電壓下電化學拋光8分鐘。接著采用1wt%磷酸與0.01M草酸鋁的混合溶液為電解液，將拋光鋁片在0℃下以195V的電壓一次陽極氧化6小時，再將制備出的一次樣品浸入70℃的鉻酸中20分鐘以溶解掉無序的一次氧化膜，以這種除膜的鋁片為基板可以進行二次陽極氧化反應。

二、大孔徑AAO的表征

去除一次氧化膜的鋁片具有獨特的光學特性，隨著觀察角度的不同會呈現(xiàn)出不同的顏色，說明光在這種納米結(jié)構(gòu)中發(fā)生了干涉和衍射現(xiàn)象。根據(jù)光的衍射和干涉原理，當平行光束以角入射于光柵時，在符合以下方程的角方向上獲得最大光強：m = d （sin + sin），其中d為光柵常數(shù)，在此即一次去膜鋁片的孔間距，為入射角，為出射角， 為衍射波的波長。將樣品置于固定臺面上來測試光路，在本測試中固定入射角為75°以獲得較廣的測量范圍。

測量出的不同出射角對應的反射率與衍射波長的關(guān)系可以觀察到較強衍射峰的存在，這說明了樣品的有序度較好。當出射角為0°時，衍射峰強處對應的反射率值最大，接近1%，隨著出射角的增大，峰強處的反射率隨之減小，當出射角增大到50°時，峰強處反射率降到只有0.35%左右。衍射峰強處對應的衍射波長則隨著出射角的增大逐漸增大，出射角為0°時，衍射峰強處對應的波長約為400nm，出射角增大到50°時，峰強處對應的波長約為700nm。

以195V一次氧化后除膜的鋁片為模板，在180℃下熱壓2小時得到的PMMA的表面形貌，可以觀察到排列比較規(guī)則的正六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其孔間距約為400nm，可以使用這種鋁片為基板進行二次陽極氧化反應。195伏電壓下的孔間距為400nm，以此值代入公式m = d （sin + sin）中，選擇有明顯峰強的五個出射角：0°、15°、30°、45°及50°，計算出各出射角衍射峰處對應的波長，再與實測的峰強處波長進行比較，可以看出，計算結(jié)果與實測結(jié)果較為接近，進一步證實了400nm孔間距值的準確性。

三、結(jié)論

采用1wt%磷酸和0.01M草酸鋁的混合溶液為電解液，在0℃的低溫下，通過外加195V高壓的陽極氧化法制備出了大孔徑AAO，可以得出一次去膜鋁片的有序度較好，其表面形貌為正六邊形結(jié)構(gòu)，排列比較規(guī)則，且孔間距為400nm。

參考文獻：

[1]Masuda H.， Fukuda K.， Ordered metal nanohole arrays made by a two-step replication of honeycomb structure of anodic alumina [J]. Science， 1995， 268： 1466-1468

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[3]Nielsch K.， Muller F.， Li A. P.， et al. Uniform nickel deposition into ordered alumina pores by pulsed electrodeposition [J]. Adv. Mater.， 2000， 12： 582-586

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