一种新型阳极氧化铝模板以及纳米阵列的制备方法技术

本发明专利技术涉及电化学技术领域，特别是涉及一种阳极氧化铝模板以及纳米阵列的制备方法。所述阳极氧化铝模板的制备方法，包括：对抛光铝片进行一次电解处理；移除一次电解所产生的氧化铝层；在铝基底表面制备聚苯乙烯小球；刻蚀聚苯乙烯小球；在刻蚀后的铝基底上沉积二氧化硅薄膜，去除聚苯乙烯小球；对铝基底进行二次电解处理得到氧化铝模板，对氧化铝模板进行扩孔处理。应用该模板制备了昆虫复眼纳米阵列和纳米花阵列，并且制备得到的昆虫复眼纳米阵列具有优异的疏水性质。

Fabrication of a New Anodic Alumina Template and Nanoarrays

The invention relates to the field of electrochemical technology, in particular to a preparation method of an anodic alumina template and a nanoarray. The preparation method of the anodic alumina template includes: a primary electrolytic treatment of polished aluminium sheet; removal of the alumina layer produced by primary electrolysis; preparation of polystyrene pellets on the surface of aluminium substrate; etching of polystyrene pellets; deposition of silicon dioxide film on the etched aluminium substrate to remove polystyrene pellets; and secondary electrolytic treatment of aluminium substrate to obtain alumina mould. The alumina template is enlarged. Insect compound eye nanoarrays and flower nanoarrays were fabricated using the template. The prepared insect compound eye nanoarrays have excellent hydrophobic properties.

【技术实现步骤摘要】
一种新型阳极氧化铝模板以及纳米阵列的制备方法
本专利技术涉及电化学
，特别是涉及一种新型阳极氧化铝模板以及纳米阵列的制备方法。
技术介绍
纳米材料已经被广泛应用于各个领域，包括光子学、超材料、电子学、光电子学、能源转化和能源存储等。纳米阵列的研究又是纳米材料研究很重要的一个方面。为了实现大面积制备纳米阵列的目的，人们已经发展了许多技术手段，包括光刻、纳米压印和使用掩模板等。然而这些技术手段大都需要借助复杂且昂贵的辅助设备才能实现其功能，这就在很大程度上限制了这些技术的应用。阳极氧化铝模板是一种六方排列氧化铝多孔结构，被广泛应用于制备各种纳米柱、纳米线和纳米点等纳米结构。该模板制备方法简单，对设备和实验环境要求低，通过改变电解质类型、电解质浓度、温度和电压，可以制备出结构不同的阳极氧化铝模板，如常规型、Y型、分段型、分支型和锯齿型等，目前还没有放射型氧化铝模板的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型的阳极氧化铝模板，阳极氧化铝模板的多孔氧化铝层是由微米级六方排列和纳米级六方排列嵌套而成。具体来说，40-80nm的孔道呈六方排列，孔道间距为100nm，几十个孔道在一起构成了一个团簇，该团簇的尺寸在0.8-1.35μm，称之为微米级团簇。数量众多的微米级团簇也呈六方排列，这就构成了微米-纳米复合阳极氧化铝模板。值得注意的是，在每一个微米级团簇中，纳米孔道的深度和取向都不尽相同，单个微米级团簇的形貌表现出放射状。利用该阳极氧化铝模板，可以制备得到两种纳米阵列(昆虫复眼纳米阵列和纳米花阵列)。将该阳极氧化铝模板的铝基底移除，可以得到纳米阵列；利用前驱液渗透法往该阳极氧化铝模板的孔道中填充二氧化硅、二氧化钛中的一种或多种，再将铝基底和阳极氧化铝移除，最终得到纳米花阵列。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种阳极氧化铝模板的制备方法，包括：对抛光铝片进行一次电解处理；移除一次电解所产生的氧化铝层；在铝基底表面制备聚苯乙烯小球；刻蚀聚苯乙烯小球；在刻蚀后的铝基底上沉积二氧化硅薄膜，去除聚苯乙烯小球；对铝基底进行二次电解处理得到氧化铝模板，对氧化铝模板进行扩孔处理。在本专利技术的一些实施方式中，所述刻蚀聚苯乙烯小球步骤中，采用氧离子刻蚀处理聚苯乙烯小球，所述氧离子刻蚀功率为20W-100W，频率为20khz-100khz，氧气流量为2sccm-10sccm，经过50min-150min将所述聚苯乙烯小球刻蚀到1.1μm-1.45μm。在本专利技术的一些实施方式中，所述氧化铝模板的制备方法还包括以下条件的任一项或多项：A1)所述刻蚀后的铝基底上沉积二氧化硅薄膜的步骤中，在刻蚀的铝基底上沉积150nm-250nm二氧化硅薄膜；A2)所述对铝基底进行二次电解的步骤中，在铝基底表面形成一层200nm-600nm厚度的多孔氧化铝层，孔道直径在40nm；A3)所述对氧化铝模板进行扩孔处理步骤中，所述孔道被扩孔至40nm-80nm。本专利技术的第二方面提供一种氧化铝模板，包括铝基底、位于铝基底上的二氧化硅薄膜，所述二氧化硅薄膜是具有六方排列微米孔状阵列的薄膜，铝基底上未被二氧化硅薄膜覆盖的部分为六方排列微米孔状阵列，所述铝基底上未被二氧化硅薄膜覆盖的部分设有多孔氧化铝层，所述多孔氧化铝层的厚度为200nm-600nm，所述多孔氧化铝层的孔道结构为六方排列，所述孔道直径是40nm-80nm。在本专利技术的一些实施方式中，所述铝基底上未被二氧化硅薄膜覆盖的部分的直径0.8μm-1.35μm。本专利技术的第三方面提供一种纳米阵列的制备方法，所述制备方法包括：除去本专利技术第二方面所述阳极氧化铝模板的铝基底。本专利技术的第四方面提供本专利技术第三方面的纳米阵列的制备方法制备得到的纳米阵列。本专利技术的第五方面提供一种纳米阵列的制备方法，所述制备方法包括：在本专利技术第二方面所述的阳极氧化铝模板孔道中填充二氧化硅、二氧化钛中的一种或多种。在本专利技术的一些实施方式中，所述制备方法包括：在本专利技术第二方面所述的阳极氧化铝模板孔道中填充前驱体、热处理，在二氧化硅表面形成支撑层，除去多孔氧化铝层以及铝基底。本专利技术的第六方面提供本专利技术第五方面的纳米花阵列的制备方法制备得到的纳米花阵列。附图说明图1为本专利技术阳极氧化铝模板及昆虫复眼纳米阵列制备过程中的结构示意图。图2为本专利技术实施例1-3移除一次氧化层的模板的电镜图。图3为本专利技术实施例1-3聚苯乙烯小球被刻蚀后的电镜图。图4为本专利技术实施例1-3二次电解和扩孔后阳极氧化铝模板的截面电镜图。图5为常规阳极氧化铝模板二次电解10min后模板的截面电镜图。图6为本专利技术实施例4-6昆虫复眼纳米阵列的电镜图。图7为本专利技术实施例7的二氧化硅纳米花阵列的电镜图。图8为本专利技术实施例8的二氧化钛纳米花阵列的电镜图。图9为本专利技术实施例4-6的昆虫复眼纳米阵列及对比例2的纳米阵列的疏水性测试结果。具体实施方式本专利技术专利技术人经过大量探索实验，提供一种新型的阳极氧化铝模板，阳极氧化铝模板的多孔氧化铝层是由微米级六方排列和纳米级六方排列嵌套而成，该结构不同于现有阳极氧化铝模板的结构。应用该模板制备出两种纳米阵列分别是昆虫复眼纳米阵列和纳米花阵列，且昆虫复眼纳米阵列具有很好的疏水性，在此基础上完成了本专利技术。六方排列是指每个阵点周围有六个最近邻阵点，这六个最近邻阵点位于正六边形的六个顶点处，该平面点阵的排列称之为六方排列。下面详细说明根据本专利技术的阳极氧化铝模板及应用该模板所制备出的纳米阵列和纳米花阵列。首先说明根据本专利技术第一方面的阳极氧化铝模板的制备方法。本专利技术所提供的阳极氧化铝模板的制备方法，包括：对抛光铝片进行一次电解处理；移除一次电解所产生的氧化铝层；在铝基底表面制备聚苯乙烯小球；刻蚀聚苯乙烯小球；在刻蚀后的铝基底上沉积二氧化硅薄膜，去除聚苯乙烯小球；对铝基底进行二次电解处理得到氧化铝模板，对氧化铝模板进行扩孔处理。1、对抛光铝片进行一次电解处理：所选用的抛光铝片是提前进行机械抛光和化学抛光处理的，然后对其进行恒电压直流电解，电解液为0.3M的草酸溶液，工作电极为抛光铝片，对电极为铂片，电解液温度控制在7℃-10℃，电压为40V-100V，电解时间为5h-7h。电解之后，模板用去离子水冲洗，清除表面残余的草酸，然后用氮气气枪吹干。这时在抛光铝片表面就会形成一层10μm-15μm厚的氧化铝层。2、移除一次电解所产生的一次氧化层：为移除一次电解所产生的厚的氧化铝层，将模板浸泡在铬酸和磷酸的混合酸中，浸泡时间为6h-8h，最终可以得到表面具有六方排列凹槽的铝基底，如图1(a)所示。其中凹槽深度在20nm-30nm。长的浸泡时间可以确保磷酸与氧化铝层的充分反应，保证将氧化铝层完全移除，因为铬酸可以起到钝化铝片的作用，所以可以抑制磷酸与铝片的反应。3、在模板表面制备二维聚苯乙烯小球：选取粒径为500nm-5000nm、质量分数为5wt％-10wt％的聚苯乙烯小球乳液，按体积比V(乳液)：V(乙醇):V(H2O)＝6:4:10-6:6:10。对该聚苯乙烯小球乳液进行稀释。稀释后聚苯乙烯小球乳液用超声仪充分分散，随后将其注入到注射器中。在培养皿中加入去离子水至培养皿上沿，将一块亲水处理后的玻璃片斜插入培养皿中作为引流片，缓慢的将聚苯乙烯乳液滴在引流片上，聚苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阳极氧化铝模板的制备方法，包括：对抛光铝片进行一次电解处理；移除一次电解所产生的氧化铝层；在铝基底表面制备聚苯乙烯小球；刻蚀聚苯乙烯小球；在刻蚀后的铝基底上沉积二氧化硅薄膜，去除聚苯乙烯小球；对铝基底进行二次电解处理得到氧化铝模板，对氧化铝模板进行扩孔处理。

【技术特征摘要】
1.一种阳极氧化铝模板的制备方法，包括：对抛光铝片进行一次电解处理；移除一次电解所产生的氧化铝层；在铝基底表面制备聚苯乙烯小球；刻蚀聚苯乙烯小球；在刻蚀后的铝基底上沉积二氧化硅薄膜，去除聚苯乙烯小球；对铝基底进行二次电解处理得到氧化铝模板，对氧化铝模板进行扩孔处理。2.根据权利要求1所述的阳极氧化铝模板的制备方法，其特征在于，所述刻蚀聚苯乙烯小球步骤中，采用氧离子刻蚀处理聚苯乙烯小球，所述氧离子刻蚀功率为20W-100W，频率为20khz-100khz，氧气流量为2sccm-10sccm，经过50min-150min将所述聚苯乙烯小球刻蚀到1.1μm-1.45μm。3.根据权利要求1所述的阳极氧化铝模板的制备方法，其特征在于，所述氧化铝模板的制备方法还包括以下条件的任一项或多项：A1)所述刻蚀后的铝基底上沉积二氧化硅薄膜的步骤中，在刻蚀的铝基底上沉积150nm-250nm二氧化硅薄膜；A2)所述对铝基底进行二次电解的步骤中，在铝基底表面形成一层200nm-600nm厚度的多孔氧化铝层，孔道直径在40nm；A3)所述对氧化铝模板进行扩孔处理步骤中，所述孔道被扩孔至40nm-80nm。4.一种如权利要求1-3任一项所述制备方法制备的阳极氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，胡有地，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：上海,31