本发明专利技术公开了一种尺寸可控的铝表面周期性纳米坑织构的制备方法，采用电化学阳极氧化法，以草酸、磷酸或柠檬酸等酸性溶液作为电解液，在铝或合金铝表面制备出一层阳极氧化铝膜，然后通过湿化学腐蚀法，在重铬酸钾和硫酸的混合溶液中除去阳极氧化铝膜，在铝或合金铝表面形成周期性纳米坑织构。本发明专利技术操作简单，生产成本低，所制备的铝表面周期性纳米坑的均匀性和有序性良好，且尺寸可控，平均直径为60～1080nm。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料的制备
，具体涉及一种利用电化学阳极氧化法及湿化学腐蚀法制备尺寸可控的周期性铝纳米坑织构的方法。
技术介绍
铝表面周期性纳米坑织构独特的结构特性和光学特性，可应用于作为等离子基板、有机或无机纳米材料的辅助合成、抗反射器件、表面增强拉曼散射和太阳能电池等领域。铝周期性纳米坑的许多应用与其周期性纳米阵列的结构特性及被铝支持的表面等离激兀特性(Aluminum Plasmonic Nanoantennas, Nano Lett, 2012，Vol.12，ρρ6000_6004)有关，即光入射到具有周期性纳米坑的铝片表面时，铝表面周期性纳米坑织构可以将入射光率禹合在其表面形成表面等离子基元模式(Localized surface plasmon, LSP)及表面等离子激化基元模式(surface plasmon polarization, SPP)。这种表面等离子激元不但会对光产生强烈的散射，使局域场增强，而且会使部分入射光耦合在纳米坑表面形成波导模式。另外，铝周期性纳米坑的光学特性与其尺寸密切相关，因此可以通过改变纳米坑的尺寸来调控其光学特性。近年来，表面周期性微纳米织构的制备方法使用最多的是光刻技术。光刻技术是一种精密的微细加工技术，但要求工艺过程自动化和数学模型化,所以生产成本高,不适合大批量生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低、可大规模生产、大范围尺寸可控的周期性铝纳米坑织构的制备方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是它由下述步骤组成:1、阳极氧化处理将电化学抛光后的铝或合金铝在酸性电解液中进行阳极氧化处理，在铝或合金铝表面形成阳极氧化铝膜。上述的酸性电解液是质量分数为1%~15%的柠檬酸水溶液、0.1~lmol/L的磷酸水溶液、0.1~lmol/L的草酸水溶液、质量分数为5%~30%的苹果酸水溶液、质量分数为2%~15%的酒石酸水溶液、0.1~0.3mol/L的硫酸水溶液中的任意一种。2、湿化学腐蚀法除膜将表面形成阳极氧化铝膜的铝或合金铝浸入除膜液中，40~65°C浸泡至阳极氧化铝膜完全溶解，在铝或合金铝表面形成周期性纳米坑织构。上述的除膜液由1.5wt.%~3wt.%重络酸钾、0.5wt.%~Iwt.%硫酸、96wt.%~98wt.%水组成。上述的阳极氧化处理步骤I中，所述的电解液是质量分数为1%~15%的柠檬酸水溶液时，优选在氧化电压为220~310V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在电解液中20~23°C阳极氧化处理0.5~2小时；所述的电解液是0.1~lmol/L的磷酸水溶液时，优选在氧化电压为70~130V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在电解液中常温阳极氧化处理0.5~2小时；所述的电解液是0.1~lmol/L的草酸水溶液时,优选在氧化电压为35~90V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在电解液中常温阳极氧化处理0.5~2小时；所述的电解液是0.1~0.3mol/L的硫酸水溶液时，优选在氧化电压为10~70V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在电解液中常温阳极氧化处理0.5~2小时；所述的电解液是质量分数为5%~30%的苹果酸水溶液或质量分数为2%~15%的酒石酸水溶液时，优选在氧化电压为120~300V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在电解液中常温阳极氧化处理0.5~2小时。上述的除膜液最佳由2.6wt.%重铬酸钾、0.8wt.%硫酸、96.6wt.%水组成。上述的铝表面周期性纳米坑织构的平均直径为60~1080nm。本专利技术先采用电化学阳极氧化法，以草酸、磷酸或柠檬酸等酸性溶液作为电解液，在铝或合金铝表面制备出一层阳极氧化铝膜，然后通过湿化学腐蚀法，在重铬酸钾和硫酸的混合溶液中除去阳极氧化铝膜，在铝或合金铝表面形成周期性纳米坑织构。本专利技术操作简单，生产成本低，所制备的铝表面周期性纳米坑的均匀性和有序性良好，且尺寸可控，平均直径为60~1080nm。【附图说明】 图1是实施例1中铝表面周期性纳米坑织构的扫描电镜图。图2是实施例1中铝表面周期性纳米坑织构的原子力显微镜图。图3是实施例2中铝表面周期性纳米坑织构的扫描电镜图。图4是实施例3中铝表面周期性纳米坑织构的扫描电镜图。图5是实施例4中铝表面周期性纳米坑织构的扫描电镜图。图6是实施例5中铝表面周期性纳米坑织构的扫描电镜图。图7是实施例6中铝表面周期性纳米坑织构的扫描电镜图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术不仅限于这些实施例。实施例11、阳极氧化处理将纯度为99.99%铝片依次在丙酮、乙醇、去离子水中用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波清洗10分钟，去除铝片表面的杂质，用氮气吹干，在高氯酸(70wt.%)与乙醇的体积比为1:5的混合溶液中以0.3A的电流对铝片恒流抛光2分钟，去除铝片表面自然氧化膜及划痕，降低其表面粗糙度，抛光完成后在去离子水中用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波清洗10分钟，用氮气吹干，以0.3mol/L的草酸水溶液作为电解液，在氧化电压为40V条件下，对电化学抛光后的铝片恒压阳极氧化处理2小时，在铝片表面形成阳极氧化铝膜，然后在去离子水中用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波清洗10分钟，用氮气吹干。2、湿化学腐蚀法除膜将表面形成阳极氧化铝膜的铝片浸入除膜液中，所述的除膜液的质量百分比组成为重铬酸钾2.6%、硫酸0.8%、水96.6%，60~65°C浸泡2小时，使阳极氧化铝膜完全溶解，在铝表面形成周期性纳米坑织构，然后在去离子水中用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波清洗10分钟，用氮气吹干。米用Quanta200型环境扫描电子显微镜和SPA-400型原子力显微镜对招片表面形成的周期性纳米坑织构进行表征，结果见图1和图2。由图可见，铝表面纳米坑呈典型的六角密堆结构排列，有序度和均匀性较高，平均直径约为60nm。实施例2 本实施例中，以0.3mol/L的草酸水溶液作为电解液，在氧化电压为80V条件下，对电化学抛光后的铝片恒压阳极氧化处理2小时，其他步骤与实施例1相同，在铝片表面形成周期性纳米坑织构(见图3)，其平均直径约为260nm。实施例3本实施例中，以0.3mol/L的磷酸水溶液作为电解液，在氧化电压为120V条件下，对电化学抛光后的铝片恒压阳极氧化处理2小时，其他步骤与实施例1相同，在铝片表面形成周期性纳米坑织构(见图4)，其平均直径约为390nm。本实施例的电解液也可以用lmol/L的磷酸水溶液替换，氧化电压为70V。实施例4本实施例的阳极氧化处理步骤I中，以质量分数为2%的柠檬酸水溶液作为电解液，在氧化电压为270V、温度为22°C条件下，对电化学抛光后的铝片恒压阳极氧化处理I小时，该步骤的其他步骤与实施例1相同，在铝片表面形成阳极氧化铝膜。本实施例的湿化学腐蚀法除膜步骤2中，将表面形成阳极氧化铝膜的铝片浸入除膜液中，60~65°C浸泡4小时，使阳极氧化铝膜完全溶解，该步骤的其他步骤与实施例1相同，在铝表面形成周期性纳米坑织构(见图5)，其平均直径约为640nm。实施例5本实施例中，以质量本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种尺寸可控的铝表面周期性纳米坑织构的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成：（1）阳极氧化处理将电化学抛光后的铝或合金铝在酸性电解液中进行阳极氧化处理，在铝或合金铝表面形成阳极氧化铝膜；上述的酸性电解液是质量分数为1%～15%的柠檬酸水溶液、0.1～1mol/L的磷酸水溶液、0.1～1mol/L的草酸水溶液、质量分数为5%～30%的苹果酸水溶液、质量分数为2%～15%的酒石酸水溶液、0.1～0.3mol/L的硫酸水溶液中的任意一种；（2）湿化学腐蚀法除膜将表面形成阳极氧化铝膜的铝或合金铝浸入除膜液中，40～65℃浸泡至阳极氧化铝膜完全溶解，在铝或合金铝表面形成周期性纳米坑织构；上述的除膜液由1.5wt.%～3wt.%重铬酸钾、0.5wt.%～1wt.%硫酸、96wt.%～98wt.%水组成。
【技术特征摘要】
1.一种尺寸可控的铝表面周期性纳米坑织构的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成: (1)阳极氧化处理 将电化学抛光后的铝或合金铝在酸性电解液中进行阳极氧化处理，在铝或合金铝表面形成阳极氧化铝膜； 上述的酸性电解液是质量分数为1%~15%的柠檬酸水溶液、0.1~lmol/L的磷酸水溶液、0.1~lmol/L的草酸水溶液、质量分数为5%~30%的苹果酸水溶液、质量分数为2%~15%的酒石酸水溶液、0.1~0.3mol/L的硫酸水溶液中的任意一种； (2)湿化学腐蚀法除膜 将表面形成阳极氧化铝膜的铝或合金铝浸入除膜液中，40~65°C浸泡至阳极氧化铝膜完全溶解，在铝或合金铝表面形成周期性纳米坑织构； 上述的除膜液由1.5wt.%~3wt.%重络酸钾、0.5wt.%~Iwt.%硫酸、96wt.%~98wt.%水组成。2.根据权利要求1所述的尺寸可控的铝表面周期性纳米坑织构的制备方法，其特征在于:所述的阳极氧化处理步骤(1)中，在氧化电压为220~310V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在质量分数为1%~15%的柠檬酸水溶液中20~23 °C阳极氧化处理0.5~2小时，在铝或合金铝表面形成阳极氧化铝膜。3.根据权利要求1所述的尺寸可控的铝表面周期性纳米坑织构的制备方法，其特征在于:所述的阳极氧化处理步`骤(1)中，在氧化电压为70~130V条件下，将电化学抛光后的铝或合金铝在0.1~lmol/L的磷酸水溶液中常温阳极氧化处理0.5~2小时，在铝或合金铝表面形成阳极氧化铝膜。4.根据权利要求1所述的尺寸可控的铝表面周期性纳米坑织...
【专利技术属性】
技术研发人员：高斐，张英，刘生忠，宋美周，艾比布拉·阿布都拉，刘庭卓，王皓石，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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