多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备纳米线的研究进展解析

Vol.19No.6Nov.2003

科技通报

BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGY

第19卷第6期

2003年11月

多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备

纳米线的研究进展

倪似愚郑国渠曹华珍郑华均 1

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(1.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;2.浙江工业大学材料科学与工程研究所,浙江310032)

摘要:,究.,其景.

关键词:金属材料;;电沉积

451:A文章编号:1001-7119(2003)06-0466-04 Researchdevelopmentofnano2wiresfabricationbyelectrochemical depositionintoporousanodicalumina

NISi2yu ZHENGGuo2qu CAOHua2zheng ZHENGHua2jun

ZHANGJiu2yuan

(1.ShanghaiInstituteofCeramics,ChaneseAcademyofSciences,Shanghai200050,China;

2.InstituteofMaterialScienceandEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzho u310032,China)

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Abstract:Aluminatemplate2synthesizednanostructuredmaterialhasuniqueproperty,which isveryattractiveandhasbeenre2searcheddeeplyinrecentyears.Inthispaper,thelatestresearch progressinthefabricationofvariousordedednano2wirearraysmaterialsbyelectrodepositingi ntotemplate2porousanodicaluminum,includingthepreparationofalumina2template,electr ochemicaltechnologyprocessandmethods,isreviewed.theapplicationprospectsofnano2wir

eforfunctionalmaterialsarealsodiscussed.Keywords:metalmaterial;template;porousalumi na;nano2wire;electrodeposition

0前言

自1970年G.E.Possin首次提出利用多孔膜作

[1]

为模板制备纳米纤维材料以来,利用模板法已制备了一系列的纳米结构材料.由于模板合成法制备

[2]

纳米结构材料具有独特的优点而引起了凝聚态物理界、化学界及材料科学界科学家们的关注,近年来成为纳米材料研究的一个热点.用作模板的材料主要有两种:一种是径迹蚀刻(track2etch)聚合物

收稿日期:2002-11-11

基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(501071)作者简介:倪似愚,女,1976年生,安徽淮南人,博士研究生.

膜;另一种是多孔阳极氧化铝膜.相对于聚合物模板,

氧化铝模板具有较好的化学稳定性、热稳定性和绝缘性,且采用阳极氧化法生长的有序纳米多孔氧化铝膜制备纳米材料,方法简单、可行性强.当然,模板在制备过程中仅起到模具作用,纳米材料仍然要利用常规的化学反应来制备,如电化学沉[3,4][5][6]积、化学镀、溶胶-凝胶沉积、化学气相沉积法等.电化学沉积作为一种传统的材料制备方法,其优点是显而易见的:①工艺简单,技术灵活,容易控制金属离子的沉积量,便于实现工业化生

[7]

第6期倪似愚等.多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备纳米线的研究进展

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产;②可以用来制备多种纳米材料,如:金属、合金、半导体、导电高分子等;③污染较小,且不需要复杂的后处理过程,可直接获得纳米材料.本文将综述以多孔阳极氧化铝为模板,采用电沉积方法制备纳米材料的研究进展.

制,金属电沉积的量增多时,其纵横比(即长度与直径比)增加,反之则减小.由于纳米金属材料的某些性能主要取决于其纵横比,因此控制纳米线材料的纵横比显得尤其重要.

而通常认为:在控制纳米线生长速度方面,电沉积是一种有效的方法,已被广泛用来制备各种纳米线.

2.1电沉积制备纳米材料的工艺过程

1多孔氧化铝模板的制备

多孔阳极氧化铝膜(porousanodicaluminumox2

ide)简称AAO,是典型的自组织生长的纳米结构多

[8]

孔材料,一般在酸性溶液中由金属铝经过电化学阳极氧化制备而成,根据用途不同,酸、草酸,也可采用磷酸、多孔材料相比,AAO等特点.

[9]

现已制备的AAO模板孔径在5～420nm范

[10]9

围内可调,膜厚可达100μm以上,孔密度从10

12-2[11]

～10cm,这些参数可通过改变电解液的种类、浓度、温度、电压、电解时间等工艺条件以及最

[12][13]

后的扩孔工序来调节.电压对膜厚及孔径的影响起主导作用,影响阳极氧化的自组织过程,进而影响最终纳米孔排列的有序度.已有研究证实,

[13][14]

电压、表面状态、结晶度对孔排布都有不同程度的影响.Muller的体膨胀模型可很好地理解孔排

[8]

列的自组织过程.扩孔过程是通过磷酸或草酸溶液对铝阳极氧化膜多孔质结构的晶胞壁进行浸蚀而使孔径增大.徐洮的研究表明,经草酸阳极氧化的多孔膜放入

1molΠL的草酸溶液中进行扩孔处理,随着扩孔时间的延长,氧化膜的孔径是近线性