①文章编号:1009-0568(200403-0024-05多孔阳极氧化铝(AAO模板的制备与特性研究张景川石鲁珍(塔里木农垦大学文理学院,新疆阿拉尔8433001引言阳极氧化通常指通过电化学氧化使作为阳极的金属表面生成氧化膜的工艺。这一工艺已广泛应用于铝、铜、镁以及其他各种合金的表面精饰,在电解电容的制造、金属装饰材料的表面染色、提高零件的表面性能(抗蚀、耐磨、绝缘等以及制造光电介层等方面得到了大量的应用[1]。阳极氧化铝(AnodizingAluminumOxide简称AAO模板,按照其结构特征可以分为致密无孔“”“”的障壁型膜和有均匀空洞的多孔型膜两种。形成的阳极氧化层的类型依赖于氧化时的各种因素。其中最重要的因素是电解质类型。在对氧化层溶解能力差的电解溶液中,阳极氧化形成被“”称为障壁型的无孔膜。而在对氧化层稍有溶解的溶液中,“”阳极氧化则形成多孔型的氧化膜。这类电解质很多,工业常用的有硫酸、铬酸、草酸、磷酸等。图1“”多孔阳极氧化铝结构示意图多孔型氧化膜在氧化形成过程中有相对稳定且高的电流通过,由此可得到连续膜层的生长。其结构如图1所示:多孔阳极氧化铝具有较高的研究价值。前人对阳极氧化多孔层的特征参数受各种条件的影响已有很多报道[2]。阳极氧化铝模板的形成涉及到物理、化学方面诸多复杂的原理,对其形成机理的研究已有很多报道[3~4]。多孔阳极氧化铝(AAO成为一种广泛研究课题已具有40多年的历史。1955年加拿大Roycspooner以硫酸溶液作为电解液,深入讨论了影响阳极氧化铝模板生长的电解液浓度、温度、氧化时间、电流密度等因素,[6]1970年,O’sullivan和Wood[7]利用孔尖的电场分布模型理论解释了阳极氧化铝模板生长机理和阳极氧化铝模板具有较小孔径、较高孔隙率的成因,[8]1990年Digbyd.macdonald[9]就氧化层孔洞形成提出了如下机理:因为点阵排布高度混乱,金属空位缺陷成正离子在易于缺陷扩散的氧化层下凝聚,由此引起氧化层局部脱离金属基板,从而在锥形脊部位的金属层较其他周围金属极板难以氧化。这一机理解释了在某些电解质中氧化层孔隙的存在和方棱柱形孔洞的形成过程。近年来,随着对阳极氧化铝研究的深入,出现了许多报道有关模板成孔机理的文章,并且在此研究的基础上制备孔洞高度有序、孔径可调的阳极氧化铝模板。1995年Masuda和FukudaK等人[10]首次采用二次氧化法过程制备了孔道近乎六边形结构紧密排布的阳极氧化铝模板,他们将氧化时间延长到10个小时用化学方法除去氧化层,然后在相同的条件下再一次氧化几分钟,得到高度有序的多孔氧化铝模层。后来很多文章重复报道了此方法,取得了很好的结果[8,11]。1997年Masuda[12]等人在J.Electrochem.①收稿日期:2003-12-09作者简介:张景川(1977-,男,助教,主要从事大学物理的教学与研究工作。第16卷第3期2004年9月塔里木农垦大学学报JournalofTarimUniversityofAgriculturalReclamationVol.16No.3Sep.2004Soc“”上发表了关于铝阳极氧化过程种孔道结构的自取向生长的详细过程时,他们在Appl.Phy.Letter[13]上发表了有关按膜法-阳极氧化法制备高度有序氧化铝模板。这一研究在阳极氧化铝模板制备工艺中属于首创,为下一代微电子技术的发展提供了有利途径。在以上的研究基础上,Alabama大学的FeiyueLi[14]等人利用原子力显微镜等手段详细研究了阳极氧化过程中孔道的有序程度与阳极氧化时间、温度以及铝基在氧化前的预处理的关系。在总结前人工作基础上提出了更好的机理来解释有序孔道的形成。其研究结果表明:阳极氧化铝模孔道的有序度随着阳极氧化时间和温度的增加而趋于更加有序化;阳极氧化开始时孔洞密度大且极为无序,随着阳极氧化的进行,孔洞分布密度下降且有序度增加;电化学抛光处理铝基片后会在铝“”表面生成极小的氧化层和孔洞成核点是阳极氧化开始时孔洞形成的活性点;孔道底部电场强度增加以及酸性溶液对铝局部的溶解作用是孔道纵向生长的动力。利用阳极氧化铝模板具有均匀而有序的多孔结构这一独特性质,近年来已在纳米有序阵列加工与纳米电子学、绝缘学、催化、染色等方面得以广泛利用[16~19]。本文通过控制阳极工作电压,改变阳极氧化工艺条件,控制氧化时间,利用一次氧化和二次氧化过程成功制备了不同孔径、孔隙率的...