多孔陽(yáng)極氧化鋁的制備、表征及其在氧化鋅納米結(jié)構(gòu)制備中的應(yīng)用.pdf

1、多孔陽(yáng)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(jī)械性能,在納米材料制備和光子器件方面具有廣泛的應(yīng)用前景。PAA膜的制備工藝十分簡(jiǎn)單而且價(jià)格低廉,并且通過(guò)控制陽(yáng)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(chǎng)陽(yáng)極氧化制備PAA膜及其機(jī)理研究,以及基于PAA膜的ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備、生長(zhǎng)機(jī)理和性能研究。本文首先簡(jiǎn)單

2、介紹了納米技術(shù)的概念、發(fā)展歷程和兩種一般的實(shí)現(xiàn)方法。然后簡(jiǎn)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(xì)介紹了多孔陽(yáng)極氧化鋁的研究進(jìn)展,包括PAA膜的結(jié)構(gòu)模型、形成機(jī)理、制備工藝和主要應(yīng)用幾個(gè)方面,力求對(duì)PAA膜有全面和精確的認(rèn)識(shí)。接著,在對(duì)常規(guī)兩步陽(yáng)極氧化技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,我們首次實(shí)現(xiàn)了磷酸電解液中穩(wěn)定的高場(chǎng)陽(yáng)極氧化,高效地制備出高度有序的PAA膜。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高

3、場(chǎng)陽(yáng)極氧化的關(guān)鍵在于解決陽(yáng)極氧化過(guò)程中的散熱問(wèn)題,防止PAA膜出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象。我們通過(guò)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(jié)冰。我們發(fā)現(xiàn),乙醇不僅起到了降低電解液凝固點(diǎn)的作用,還在陽(yáng)極氧化過(guò)程中起到了制冷劑的作用。再借助強(qiáng)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?cè)诹姿?水-乙醇電解液體系中實(shí)現(xiàn)了195 V、1500-4000 A/m2的高場(chǎng)陽(yáng)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(dá)4-6μm的高度有序PAA膜。在高場(chǎng)條件下,PAA膜的生長(zhǎng)速率高達(dá)4-10μm/min,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)陽(yáng)極氧化時(shí)PAA膜的生長(zhǎng)速率(50-100 nm/min)。使用相同的方法,我們還分別實(shí)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(chǎng)陽(yáng)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(chǎng)陽(yáng)極氧化制備的PAA膜,我們還制備出了氧化鋁納米線(xiàn)陣列、氧化鋁納米線(xiàn)

5、金字塔結(jié)構(gòu)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(jiǎn)單的無(wú)催化熱蒸發(fā)方法,我們還制備出了不同的ZnO納米結(jié)構(gòu)。利用化學(xué)刻蝕PAA膜得到的氧化鋁納米線(xiàn)金字塔結(jié)構(gòu)作為熱蒸發(fā)的基底,我們制備出了一種新穎的ZnO結(jié)構(gòu)——類(lèi)荷葉ZnO微納結(jié)構(gòu)。我們對(duì)其結(jié)構(gòu)特征、生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了研究,并測(cè)試了這種結(jié)構(gòu)的疏水性能。結(jié)果表明,這種結(jié)構(gòu)不僅具有超疏水性,而且還對(duì)水滴有超強(qiáng)的粘附力。這種具有超強(qiáng)粘附力的超疏水表面在微流器件上有著