多孔陽極氧化鋁的制備、表征及其在氧化鋅納米結構制備中的應用.pdf

1、多孔陽極氧化鋁(PAA： Porous Anodic Alumina)膜具有六角有序的孔排列、耐腐蝕性、良好的透明性及機械性能,在納米材料制備和光子器件方面具有廣泛的應用前景。PAA膜的制備工藝十分簡單而且價格低廉,并且通過控制陽極氧化條件,可以得到孔間距在幾十到幾百納米范圍內(nèi)的有序PAA膜,因而深受人們的歡迎。本論文主要內(nèi)容為高場陽極氧化制備PAA膜及其機理研究,以及基于PAA膜的ZnO納米結構的制備、生長機理和性能研究。本文首先簡單

2、介紹了納米技術的概念、發(fā)展歷程和兩種一般的實現(xiàn)方法。然后簡單介紹了納米材料的主要表征手段,如透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和光致發(fā)光光譜儀等。接著詳細介紹了多孔陽極氧化鋁的研究進展,包括PAA膜的結構模型、形成機理、制備工藝和主要應用幾個方面,力求對PAA膜有全面和精確的認識。接著,在對常規(guī)兩步陽極氧化技術研究的基礎上,我們首次實現(xiàn)了磷酸電解液中穩(wěn)定的高場陽極氧化,高效地制備出高度有序的PAA膜。實現(xiàn)穩(wěn)定高

3、場陽極氧化的關鍵在于解決陽極氧化過程中的散熱問題,防止PAA膜出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象。我們通過向磷酸電解液中添加適量的乙醇,使得電解液溫度能降至-10℃而不結冰。我們發(fā)現(xiàn),乙醇不僅起到了降低電解液凝固點的作用,還在陽極氧化過程中起到了制冷劑的作用。再借助強勁的低溫恒溫系統(tǒng)、高速的攪拌器和大容量的電解池,我們在磷酸-水-乙醇電解液體系中實現(xiàn)了195 V、1500-4000 A/m2的高場陽極氧化,制備出孔間距在320-380 nm、孔徑為80-14

4、0 nm、有序區(qū)域高達4-6μm的高度有序PAA膜。在高場條件下,PAA膜的生長速率高達4-10μm/min,遠遠高于常規(guī)陽極氧化時PAA膜的生長速率(50-100 nm/min)。使用相同的方法,我們還分別實現(xiàn)了硫酸-水-乙醇和草酸-水-乙醇電解液中30-80 V、100-180 V的高場陽極氧化,制備出孔間距在70-450 nm內(nèi)任意可控的高度有序PAA膜。利用高場陽極氧化制備的PAA膜,我們還制備出了氧化鋁納米線陣列、氧化鋁納米線

5、金字塔結構和Y形分叉PAA膜。最后,使用具有不同表面形貌的PAA膜作為基底,采用簡單的無催化熱蒸發(fā)方法,我們還制備出了不同的ZnO納米結構。利用化學刻蝕PAA膜得到的氧化鋁納米線金字塔結構作為熱蒸發(fā)的基底,我們制備出了一種新穎的ZnO結構——類荷葉ZnO微納結構。我們對其結構特征、生長機理進行了研究,并測試了這種結構的疏水性能。結果表明,這種結構不僅具有超疏水性,而且還對水滴有超強的粘附力。這種具有超強粘附力的超疏水表面在微流器件上有著