CN102618904A - 一种纳米微孔刚玉薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米微孔刚玉薄膜及其制备方法，该刚玉薄膜的纳米微孔孔径为30-200nm，厚度为5-100μm，主要成分为氧化铝。通过制备多孔阳极氧化铝模板、对多孔阳极氧化铝模板进行高温热处理的步骤制备纳米微孔刚玉薄膜。本发明的纳米微孔刚玉薄膜是一种具有纳米结构的薄膜，可广泛应用于纳米材料提取、制备、合成以及生物科技等诸多领域，并且其成分单一、形貌规则、性能稳定且制备工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及微纳材料制备领域，尤其是一种纳米微孔刚玉薄膜及其制备方法。
背景技术
刚玉材料由于其特殊的材料结构，通常具有化学性质稳定、耐高温、熔沸点高等特点。刚玉材料被广泛用于耐火材料、研磨剂、阻燃剂、填充料、大规模集成电路的板基等诸多领域。由于其特殊的化学、物理性质，刚玉材料具有巨大的应用潜力。国内外对刚玉材料的利用和研究大都在块材方面，而对于其微纳米尺度的材料研究较少，尤其是在纳米微孔刚玉薄膜方面，目前尚无研究和应用。中国专利CN02139252.8公布了一种微孔刚玉转及其制备方法，制备出具有微孔结构的刚玉块材，这些材料的制备过程中需要加入粘合剂等才能制备出刚玉材料，并且材料的尺寸不能随意控制。中国专利CN95100919公布了一种单晶刚玉的生产方法，该方法制备的刚玉材料成分较为单一，但是该方法不能制备出具有均匀孔径的纳米微孔的薄膜状刚玉材料。
微纳米薄膜材料，在纳米材料提取、合成、制备、检测以及生物功能材料等研究领域具有广泛的应用。常用的微孔膜有各种有机薄膜、玻璃成分薄膜、以及一些无机膜等。这些微孔膜由于其物理化学性质的影响，在应用方面存在很多局限性。并且一般微孔膜的微孔尺寸不均一，难以达到良好的应用效果。中国专利CN201010558742.8公布了一种聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，通过如处理并拉伸混合后的材料制备微孔膜结构，该方法操作复杂且很难有效控制微孔膜的形貌。中国专利02113769.2公布了一种耐高温微孔膜及制备方法，该方法工艺繁琐，微孔膜的成分复杂，化学稳定性较差，在应用过程中有较大的局限性。
发明内容
为克服现有的微孔膜制备工艺复杂、化学成分复杂、物理化学性能的稳定性差等困难，本发明提供一种纳米微孔刚玉薄膜及其制备方法，利用简单的工艺制备出成分单一，形貌规则，物理化学性能稳定的微孔膜。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种纳米微孔刚玉薄膜是纳米微孔孔径为30-200nm，厚度为5-100μm的平整薄膜；薄膜的化学成分中氧化铝的质量分数大于99%，其材料成分属于刚玉。所述的刚玉成分为α-Al2O3。
一种纳米微孔刚玉薄膜的制备方法包括以下步骤：
（1）制备多孔阳极氧化铝模板；
（2）对多孔阳极氧化铝模板进行高温热处理。
步骤（1）以纯度大于99.5%的高纯铝作为原材料，以草酸、硫酸或磷酸为电解液，采用二步氧化法制备具有均匀孔径纳米微孔结构的多孔阳极氧化铝模板；氧化过程中控制电解液温度为-1~1℃；采用30~80V恒压法进行阳极氧化；氧化时间10~600分钟；氧化过程中对电解液进行磁力搅拌处理；二步氧化结束后对材料进行去铝、去阻挡层和扩孔处理。
步骤（2）中高温热处理的温度的升降速率在1~2℃/min，加热的最高温度为900~1500℃，最高温度处保温4~6小时。
所述的纳米微孔孔径通过制备多孔阳极氧化铝模板的氧化电压控制。
所述的纳米微孔刚玉薄膜厚度通过制备多孔阳极氧化铝模板的氧化时间控制。
本发明提供的纳米微孔刚玉薄膜形貌与阳极氧化铝模板类似，孔径和薄膜厚度可以通过阳极氧化过程中的电压、氧化时间等参数自由调控。该微孔刚玉薄膜的成分单一，几乎完全是氧化铝。纳米材料的结构降低了氧化铝材料晶化的温度，经过900~1500℃的简单热处理过程即可制备出纳米微孔刚玉薄膜材料。刚方法工艺非常简单，制备刚玉材料的温度要求低，无任何污染。制备出的纳米微孔刚玉薄膜的结晶化效果好，耐热性、耐腐蚀性良好，应用广泛并可以重复使用。
附图说明
图1是纳米微孔刚玉薄膜的形貌图。
图2是纳米微孔刚玉薄膜的XRD图谱与刚玉氧化铝标准图谱的对比图：其中a为刚玉微孔膜的XRD图谱，b为刚玉氧化铝标准图谱。
图3是刚玉微孔膜的SEM图像。
具体实施方式
为更好得理解本发明，一下结合具体实施例进一步阐明本发明内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图1所示，本发明实施例的纳米微孔刚玉薄膜的厚度约为70微米，纳米微孔的孔径约为100nm。下面描述该纳米微孔刚玉薄膜的制备工艺：
一、制备多孔阳极氧化铝模板
1．预处理：将高纯的10cm2铝片以氮气保护在500℃温度下退火处理4小时。退火后的铝片分别用丙酮、纯水先后分别超声清洗。5%NaOH溶液中腐蚀8分钟，去除氧化层，随后用水冲洗干净。
2．抛光：将铝片用高氯酸乙醇溶液（高氯酸：乙醇溶液＝1：4（体积比））电化学横流抛光。极板间距选用8cm；电流选择400mA，电抛光时间选择10min。
3．第一次阳极氧化： 0.3M草酸水溶液作为电解液，横流60V氧化，氧化时间一小时，电极间距选2cm。
4．去氧化层：在60℃水浴条件下，应用重量百分比为CrO3=1.5%、H3PO4=6%铬酸磷酸液腐蚀1个小时去除一次氧化的氧化铝薄膜。
5．第二次阳极氧化：0.3M草酸水溶液作为电解液，横流60V氧化，氧化时间12小时，电极间距选2cm。
6．去铝：保护有氧化铝的一面，然后用19%HCl/0.2MCuCl2溶液腐蚀样品40分钟以去除未被氧化的铝，之后用去离子水洗净。
7．去阻挡层：5%的磷酸溶液浸泡阳极氧化铝模板 1小时，去阻挡层并扩孔。
二、对多孔阳极氧化铝模板进行高温热处理
1．取干燥洁净的阳极氧化铝模板置于管式炉中。
2．排出管式炉中的空气，并以氩气保护。
3．升温热处理：2℃/min的升温速率由室温升温至300℃，保温2小时，以1℃/min的升温速率升温至1000℃，保温3小时，以1℃/min的降温速率降温至室温。
三、对刚玉微孔膜进行测试表征
对刚玉微孔膜进行XRD、SEM、EDS等测试，分析刚玉微孔膜的成分。图2为刚玉微孔膜的XRD图谱与刚玉氧化铝标准谱对比图，其中a为刚玉微孔膜的XRD图谱，b为刚玉氧化铝标准谱，两谱线的峰位完全对应，刚玉微孔膜洁净度达到99%以上。图3为刚玉微孔膜的SEM图，从图中可以看出本发明的刚玉微孔膜孔径分布均匀，孔径为30-200nm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种纳米微孔刚玉薄膜，其特征在于：所述的纳米微孔刚玉薄膜是纳米微孔孔径为30-200nm，厚度为5-100μm的平整薄膜；薄膜的化学成分中氧化铝的质量分数大于99%，其材料成分属于刚玉。
2.根据权利要求1所述的纳米微孔刚玉薄膜，其特征在于：所述的刚玉成分为α-Al2O3。
3.一种如权利要求1所述的纳米微孔刚玉薄膜的制备方法，其特征在于：纳米微孔刚玉薄膜的制备工艺步骤为：
（1）制备多孔阳极氧化铝模板；
（2）对多孔阳极氧化铝模板进行高温热处理。
4.根据权利要求3所述的纳米微孔刚玉薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）以纯度大于99.5%的高纯铝作为原材料，以草酸、硫酸或磷酸为电解液，采用二步氧化法制备具有均匀孔径纳米微孔结构的多孔阳极氧化铝模板；氧化过程中控制电解液温度为-1~1℃；采用30~80V恒压法进行阳极氧化；氧化时间10~600分钟；氧化过程中对电解液进行磁力搅拌处理；二步氧化结束后对材料进行去铝、去阻挡层和扩孔处理。
5.根据权利要求3所述的纳米微孔刚玉薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中高温热处理的温度的升降速率在1~2℃/min，加热的最高温度为900~1500℃，最高温度处保温4~6小时。
6.根据权利要求3或4所述的纳米微孔刚玉薄膜的制备方法，其特征在于：所述的纳米微孔孔径通过制备多孔阳极氧化铝模板的氧化电压控制。
7.根据权利要求3或4所述的纳米微孔刚玉薄膜的制备方法，其特征在于：所述的纳米微孔刚玉薄膜厚度通过制备多孔阳极氧化铝模板的氧化时间控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120801 |