JP2009030079A - Manufacturing method of fine structure and fine structure - Google Patents
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Abstract
【課題】濾過流量に優れ、平坦性にも優れたポーラスアルミナメンブレンフィルター、ならびに、このポーラスアルミナメンブレンフィルターとして好適に用いることができる微細構造体およびその製造方法の提供。
【解決手段】アルミニウム基板を陽極酸化してマイクロポアを有する酸化皮膜を形成する陽極酸化処理と、
前記陽極酸化処理後にアルミニウム基板を除去し、前記酸化皮膜をアルミニウム基板から分離する分離処理と、
前記分離処理により分離された酸化皮膜のマイクロポアを貫通させる貫通化処理と、
前記貫通化処理によりマイクロポアを貫通した酸化皮膜を、0.5g/cm2以上の荷重をかけながら、100℃以上の温度で加熱する加熱処理と、
を少なくともこの順に施すことにより、表面にマイクロポアを有する微細構造体を得る、微細構造体の製造方法。
【選択図】なしA porous alumina membrane filter having an excellent filtration flow rate and an excellent flatness, a microstructure that can be suitably used as the porous alumina membrane filter, and a method for producing the same.
An anodizing treatment for forming an oxide film having micropores by anodizing an aluminum substrate;
A separation treatment for removing the aluminum substrate after the anodizing treatment and separating the oxide film from the aluminum substrate;
A penetration treatment for penetrating the micropores of the oxide film separated by the separation treatment;
A heat treatment in which the oxide film penetrating the micropores by the penetration treatment is heated at a temperature of 100 ° C. or higher while applying a load of 0.5 g / cm 2 or more;
A method for producing a fine structure, in which a fine structure having micropores on the surface is obtained by applying at least in this order.
[Selection figure] None
Description
本発明は、微細構造体の製造方法および微細構造体に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fine structure and a fine structure.
精密濾過分野において実用化されているメンブレンフィルタとしては、有機系メンブレンフィルタおよび無機系メンブレンフィルタが知られている。 Organic membrane filters and inorganic membrane filters are known as membrane filters in practical use in the field of microfiltration.
有機系メンブレンフィルタの多くは、細孔が独立したものではなく、また孔径分布も比較的広いため、フィルタの最も重要な機能である特定物(例えば、CMPスラリー粒子;レジスト用顔料・染料;IJインク;磁性体;細胞(セルカルチャーインサート用途など);フラーレンなどのサイズ分画を有する分子;DMSOなどの溶剤;等)の分離精度を向上させるための研究が各方面で進められている。 Many organic membrane filters do not have independent pores and have a relatively wide pore size distribution, so that the most important functions of the filter are specific substances (for example, CMP slurry particles; resist pigments and dyes; IJ In order to improve the separation accuracy of ink, magnetic material, cells (cell culture insert use, etc.), molecules having a size fraction such as fullerene, solvents such as DMSO, etc., various researches are being conducted.
例えば、非特許文献1には、ポリマーよりなる有機皮膜に、原子炉から生じる高エネルギー粒子を照射し、粒子が有機皮膜を通過した飛跡をエッチング処理することにより細孔を形成する、いわゆるトラックエッチング方式が提案されている。
しかしながら、このトラックエッチング方式は、有機皮膜に対して直行した細孔径分布の狭い独立した細孔が得られるが、飛跡形成時に重複して粒子が入射することによる二重孔の発生を避けるため、孔密度、いわゆる空隙率を上げることができないという問題があった。
For example, Non-Patent
However, this track etching method can obtain independent narrow pores with a narrow pore size distribution perpendicular to the organic film, but in order to avoid the generation of double holes due to the incidence of particles overlapping during track formation, There was a problem that the pore density, so-called porosity, could not be increased.
一方、このような問題点のない無機系メンブレンフィルタとしては、アルミニウムの陽極酸化皮膜を利用したポーラスアルミナメンブレンフィルタが知られている(例えば、非特許文献2参照。)。
このポーラスアルミナメンブレンフィルタは、アルミニウムを酸性電解液中で陽極酸化処理することで、細孔径分布の狭い独立した細孔が、高い空隙率で配置されているため、時間当たりの濾過流量の高く、また安価に製造することができる。
On the other hand, a porous alumina membrane filter using an anodic oxide film of aluminum is known as an inorganic membrane filter without such problems (for example, see Non-Patent Document 2).
This porous alumina membrane filter is made by anodizing aluminum in an acidic electrolyte so that independent pores with a narrow pore size distribution are arranged with a high porosity, so the filtration flow rate per hour is high, Moreover, it can be manufactured at low cost.
しかしながら、ポーラスアルミナメンブレンフィルタは、その構造体自体がアルミニウムの陽極酸化皮膜であることから、その耐久性を向上させるために、反りの発生を抑制し、平坦化させる必要があった。 However, since the porous alumina membrane filter itself is an anodized film of aluminum, it is necessary to suppress the occurrence of warpage and to flatten it in order to improve its durability.
したがって、本発明は、濾過流量に優れ、平坦性にも優れたポーラスアルミナメンブレンフィルタ、ならびに、このポーラスアルミナメンブレンフィルタとして好適に用いることができる微細構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a porous alumina membrane filter excellent in filtration flow rate and excellent in flatness, a microstructure that can be suitably used as the porous alumina membrane filter, and a method for manufacturing the same. To do.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、マイクロポアを有する陽極酸化皮膜を形成した後に所定の荷重をかけた状態で加熱処理することにより、得られる微細構造体を用いたポーラスアルミナメンブレンフィルタが、濾過流量に優れ、平坦性にも優れることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、以下の(1)〜(5)を提供する。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has made a porous structure using a fine structure obtained by forming a anodic oxide film having micropores and then performing heat treatment under a predetermined load. The present inventors have found that an alumina membrane filter is excellent in filtration flow rate and flatness, and completed the present invention.
That is, the present invention provides the following (1) to (5).
(1)アルミニウム基板を陽極酸化してマイクロポアを有する酸化皮膜を形成する陽極酸化処理と、
上記陽極酸化処理後にアルミニウム基板を除去し、上記酸化皮膜をアルミニウム基板から分離する分離処理と、
上記分離処理により分離された酸化皮膜のマイクロポアを貫通させる貫通化処理と、
上記貫通化処理によりマイクロポアを貫通した酸化皮膜を、0.5g/cm2以上の荷重をかけながら、100℃以上の温度で加熱する加熱処理と、
を少なくともこの順に施すことにより、表面にマイクロポアを有する微細構造体を得る、微細構造体の製造方法。
(1) Anodizing to form an oxide film having micropores by anodizing an aluminum substrate;
A separation treatment for removing the aluminum substrate after the anodizing treatment and separating the oxide film from the aluminum substrate;
A penetration treatment for penetrating the micropores of the oxide film separated by the separation treatment;
A heat treatment in which the oxide film penetrating the micropores by the penetration treatment is heated at a temperature of 100 ° C. or higher while applying a load of 0.5 g / cm 2 or more;
A method for producing a fine structure, in which a fine structure having micropores on the surface is obtained by applying at least in this order.
(2)上記加熱処理における上記荷重をかける方法が、上記加熱処理における上記温度で形状変化が起こらない平坦な素材により上記酸化皮膜を挟み、加圧する方法である、上記(1)に記載の微細構造体の製造方法。 (2) The method according to (1) above, wherein the method of applying the load in the heat treatment is a method of sandwiching and pressing the oxide film with a flat material that does not change in shape at the temperature in the heat treatment. Manufacturing method of structure.
(3)上記(1)または(2)に記載の微細構造体の製造方法により得られる微細構造体。 (3) A fine structure obtained by the method for producing a fine structure according to (1) or (2).
(4)上記マイクロポアのポア径の分散が平均径の3%以内であり、幅10mmあたりの反りの大きさが20μm以下である上記(3)に記載の微細構造体。 (4) The microstructure according to (3), wherein the pore diameter dispersion of the micropores is within 3% of the average diameter, and the warpage per 10 mm width is 20 μm or less.
(5)上記(3)または(4)に記載の微細構造体を用いるポーラスアルミナメンブレンフィルタ。 (5) A porous alumina membrane filter using the microstructure described in (3) or (4) above.
以下に説明するように、本発明によれば、濾過流量に優れ、平坦性にも優れたポーラスアルミナメンブレンフィルタ、ならびに、このポーラスアルミナメンブレンフィルタとして好適に用いることができる微細構造体およびその製造方法を提供することができる。
また、本発明のポーラスアルミナメンブレンフィルタは、耐久性が高いため高圧条件での濾過処理でもフィルタ自体が壊れにくく、更に濾過流量を向上させることができため、非常に有用である。
As described below, according to the present invention, a porous alumina membrane filter having excellent filtration flow rate and excellent flatness, a microstructure that can be suitably used as the porous alumina membrane filter, and a method for manufacturing the same. Can be provided.
Further, the porous alumina membrane filter of the present invention is very useful because it has high durability, and thus the filter itself is not easily broken even during filtration under high pressure conditions, and the filtration flow rate can be further improved.
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の微細構造体の製造方法は、アルミニウム基板を陽極酸化してマイクロポアを有する酸化皮膜を形成する陽極酸化処理(以下、「陽極酸化処理(A)」ともいう。)と、上記陽極酸化処理後にアルミニウム基板を除去し、上記酸化皮膜をアルミニウム基板から分離する分離処理(以下、「分離処理(B)」ともいう。)と、上記分離処理により分離された酸化皮膜のマイクロポアを貫通させる貫通化処理(以下、「貫通化処理(C)」ともいう。)と、上記貫通化処理によりマイクロポアを貫通した酸化皮膜を、0.5g/cm2以上の荷重をかけながら、100℃以上の温度で加熱する加熱処理(以下、「加熱処理(D)」ともいう。)と、を少なくともこの順に施すことにより、表面にマイクロポアを有する微細構造体を得る、微細構造体の製造方法である。
以下に、アルミニウム基板および各処理について詳述する。
The present invention is described in detail below.
The method for producing a microstructure of the present invention includes an anodizing treatment (hereinafter also referred to as “anodic oxidation treatment (A)”) in which an aluminum substrate is anodized to form an oxide film having micropores, and the above-described anodizing. After the treatment, the aluminum substrate is removed, and a separation process for separating the oxide film from the aluminum substrate (hereinafter also referred to as “separation process (B)”) and a micropore of the oxide film separated by the separation process are passed through. A penetration treatment (hereinafter also referred to as “penetration treatment (C)”) and an oxide film penetrating the micropores by the penetration treatment are performed at 100 ° C. or higher while applying a load of 0.5 g / cm 2 or more. At least in this order, to obtain a fine structure having micropores on the surface, by performing a heat treatment (hereinafter also referred to as “heat treatment (D)”) at a temperature of It is a manufacturing method of the structure.
Below, an aluminum substrate and each process are explained in full detail.
〔アルミニウム基板〕
アルミニウム基板は、特に限定されず、その具体例としては、純アルミニウム板;アルミニウムを主成分とし微量の異元素を含む合金板;低純度のアルミニウム(例えば、リサイクル材料)に高純度アルミニウムを蒸着させた基板;シリコンウエハー、石英、ガラス等の表面に蒸着、スパッタ等の方法により高純度アルミニウムを被覆させた基板;アルミニウムをラミネートした樹脂基板;等が挙げられる。
[Aluminum substrate]
The aluminum substrate is not particularly limited, and specific examples thereof include a pure aluminum plate; an alloy plate containing aluminum as a main component and containing a trace amount of foreign elements; and depositing high-purity aluminum on low-purity aluminum (for example, recycled material). Examples of the substrate include: a substrate in which high purity aluminum is coated on the surface of a silicon wafer, quartz, glass or the like by a method such as vapor deposition or sputtering; a resin substrate in which aluminum is laminated;
本発明においては、アルミニウム基板のうち、後述する陽極酸化処理を施す表面は、アルミニウム純度が、99.5質量%以上であるのが好ましく、99.9質量%以上であるのがより好ましく、99.99質量%以上であるのが更に好ましい。アルミニウム純度が上記範囲であると、マイクロポアのポア配列の規則性が十分となる。 In the present invention, of the aluminum substrate, the surface to be anodized, which will be described later, preferably has an aluminum purity of 99.5% by mass or more, more preferably 99.9% by mass or more, 99 More preferably, it is at least 99 mass%. When the aluminum purity is in the above range, the regularity of the pore arrangement of the micropores is sufficient.
また、本発明においては、アルミニウム基板のうち、後述する陽極酸化処理を施す表面は、あらかじめ脱脂処理および鏡面仕上げ処理が施されるのが好ましく、特に、ポア配列の規則性を向上させる観点から、熱処理が施されるのが好ましい。 Further, in the present invention, the surface of the aluminum substrate to be subjected to anodization described later is preferably subjected to degreasing and mirror finishing in advance, particularly from the viewpoint of improving the regularity of the pore arrangement, Heat treatment is preferably performed.
<熱処理>
熱処理を施す場合は、200〜350℃で30秒〜2分程度施すのが好ましい。具体的には、例えば、アルミニウム基板を加熱オーブンに入れる方法等が挙げられる。
このような熱処理を施すことにより、後述する陽極酸化処理により生成するマイクロポアの配列の規則性が向上する。
また、熱処理後のアルミニウム基板は、急速に冷却するのが好ましい。冷却する方法としては、例えば、水等に直接投入する方法等が挙げられる。
<Heat treatment>
When heat treatment is performed, it is preferably performed at 200 to 350 ° C. for about 30 seconds to 2 minutes. Specifically, for example, a method of placing an aluminum substrate in a heating oven can be used.
By performing such heat treatment, the regularity of the arrangement of micropores generated by an anodic oxidation process described later is improved.
Moreover, it is preferable to cool the aluminum substrate after heat treatment rapidly. As a method for cooling, for example, a method of directly putting it into water or the like can be mentioned.
<脱脂処理>
脱脂処理は、酸、アルカリ、有機溶剤等を用いて、アルミニウム基板表面に付着した、ほこり、脂、樹脂等の有機成分等を溶解させて除去し、有機成分を原因とする後述の各処理における欠陥の発生を防止することを目的として行われる。
<Degreasing treatment>
The degreasing treatment uses acid, alkali, organic solvent, etc. to dissolve and remove the organic components such as dust, fat, and resin adhered to the surface of the aluminum substrate, and in each treatment described later due to the organic components. This is done for the purpose of preventing the occurrence of defects.
脱脂処理としては、具体的には、例えば、各種アルコール(例えば、メタノール等)、各種ケトン(例えば、メチルエチルケトン等)、ベンジン、揮発油等の有機溶剤を常温でアルミニウム基板表面に接触させる方法(有機溶剤法);石けん、中性洗剤等の界面活性剤を含有する液を常温から80℃までの温度でアルミニウム基板表面に接触させ、その後、水洗する方法(界面活性剤法);濃度10〜200g/Lの硫酸水溶液を常温から70℃までの温度でアルミニウム基板表面に30〜80秒間接触させ、その後、水洗する方法;濃度5〜20g/Lの水酸化ナトリウム水溶液を常温でアルミニウム基板表面に30秒間程度接触させつつ、アルミニウム基板表面を陰極にして電流密度1〜10A/dm2の直流電流を流して電解し、その後、濃度100〜500g/Lの硝酸水溶液を接触させて中和する方法;各種公知の陽極酸化処理用電解液を常温でアルミニウム基板表面に接触させつつ、アルミニウム基板表面を陰極にして電流密度1〜10A/dm2の直流電流を流して、または、交流電流を流して電解する方法;濃度10〜200g/Lのアルカリ水溶液を40〜50℃でアルミニウム基板表面に15〜60秒間接触させ、その後、濃度100〜500g/Lの硝酸水溶液を接触させて中和する方法;軽油、灯油等に界面活性剤、水等を混合させた乳化液を常温から50℃までの温度でアルミニウム基板表面に接触させ、その後、水洗する方法(乳化脱脂法);炭酸ナトリウム、リン酸塩類、界面活性剤等の混合液を常温から50℃までの温度でアルミニウム基板表面に30〜180秒間接触させ、その後、水洗する方法(リン酸塩法);等が挙げられる。 Specifically, as the degreasing treatment, for example, a method in which an organic solvent such as various alcohols (for example, methanol), various ketones (for example, methyl ethyl ketone), benzine, volatile oil or the like is brought into contact with the aluminum substrate surface at room temperature (organic Solvent method); a method of bringing a liquid containing a surfactant such as soap or neutral detergent into contact with the aluminum substrate surface at a temperature from room temperature to 80 ° C., and then washing with water (surfactant method); concentration of 10 to 200 g A method in which an aqueous solution of sulfuric acid / L is brought into contact with the aluminum substrate surface at a temperature from room temperature to 70 ° C. for 30 to 80 seconds and then washed with water; while contacting about seconds, the aluminum substrate surface and the electrolyte by passing a direct current of a current density of 1 to 10 a / dm 2 in the cathode, the , A method of neutralizing by bringing a nitric acid aqueous solution having a concentration of 100 to 500 g / L into contact; while bringing various known anodizing electrolytes into contact with the aluminum substrate surface at room temperature, the aluminum substrate surface is used as a cathode and a current density of 1 to A method in which a 10 A / dm 2 direct current is applied or an alternating current is applied for electrolysis; an alkaline aqueous solution having a concentration of 10 to 200 g / L is brought into contact with the aluminum substrate surface at 40 to 50 ° C. for 15 to 60 seconds; A method of neutralizing by bringing a nitric acid aqueous solution having a concentration of 100 to 500 g / L into contact; an emulsion obtained by mixing light oil, kerosene, etc. with a surfactant, water, etc. is brought into contact with the aluminum substrate surface at a temperature from room temperature to 50 ° C. Then, a method of washing with water (emulsification and degreasing method); a mixed solution of sodium carbonate, phosphates, surfactant and the like on the surface of the aluminum substrate at a temperature from room temperature to 50 ° C. Contacting 0-180 seconds, then, a method of washing with water (phosphate method); and the like.
これらのうち、アルミニウム表面の脂分を除去しうる一方で、アルミニウムの溶解がほとんど起こらない観点から、有機溶剤法、界面活性剤法、乳化脱脂法、リン酸塩法が好ましい。 Among these, the organic solvent method, the surfactant method, the emulsion degreasing method, and the phosphate method are preferable from the viewpoint that the fat content on the aluminum surface can be removed while the aluminum hardly dissolves.
また、脱脂処理には、従来公知の脱脂剤を用いることができる。具体的には、例えば、市販されている各種脱脂剤を所定の方法で用いることにより行うことができる。 Moreover, a conventionally well-known degreasing agent can be used for a degreasing process. Specifically, for example, various commercially available degreasing agents can be used by a predetermined method.
<鏡面仕上げ処理>
鏡面仕上げ処理は、アルミニウム基板の表面の凹凸、例えば、アルミニウム基板の圧延時に発生した圧延筋等をなくして、電着法等による封孔処理の均一性や再現性を向上させるために行われる。
本発明において、鏡面仕上げ処理は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。例えば、機械研磨、化学研磨、電解研磨が挙げられる。
<Mirror finish processing>
The mirror finishing process is performed in order to eliminate unevenness on the surface of the aluminum substrate, for example, rolling streaks generated during the rolling of the aluminum substrate, and improve the uniformity and reproducibility of the sealing process by an electrodeposition method or the like.
In the present invention, the mirror finish is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. Examples thereof include mechanical polishing, chemical polishing, and electrolytic polishing.
機械研磨としては、例えば、各種市販の研磨布で研磨する方法、市販の各種研磨剤(例えば、ダイヤ、アルミナ)とバフとを組み合わせた方法等が挙げられる。具体的には、研磨剤を用いる場合、使用する研磨剤を粗い粒子から細かい粒子へと経時的に変更して行う方法が好適に例示される。この場合、最終的に用いる研磨剤としては、#1500のものが好ましい。これにより、光沢度を50%以上(圧延アルミニウムである場合、その圧延方向および幅方向ともに50%以上)とすることができる。 Examples of the mechanical polishing include a method of polishing with various commercially available polishing cloths, a method of combining various commercially available abrasives (for example, diamond, alumina) and a buff. Specifically, when an abrasive is used, a method in which the abrasive used is changed from coarse particles to fine particles over time is preferably exemplified. In this case, the final polishing agent is preferably # 1500. Thereby, the glossiness can be 50% or more (in the case of rolled aluminum, both the rolling direction and the width direction are 50% or more).
化学研磨としては、例えば、「アルミニウムハンドブック」,第6版,(社)日本アルミニウム協会編,2001年,p.164−165に記載されている各種の方法等が挙げられる。
また、リン酸−硝酸法、Alupol I法、Alupol V法、Alcoa R5法、H3PO4−CH3COOH−Cu法、H3PO4−HNO3−CH3COOH法が好適に挙げられる。中でも、リン酸−硝酸法、H3PO4−CH3COOH−Cu法、H3PO4−HNO3−CH3COOH法が好ましい。
化学研磨により、光沢度を70%以上(圧延アルミニウムである場合、その圧延方向および幅方向ともに70%以上)とすることができる。
As chemical polishing, for example, “Aluminum Handbook”, 6th edition, edited by Japan Aluminum Association, 2001, p. Examples thereof include various methods described in 164 to 165.
Further, phosphoric acid - nitric acid method, Alupol I method, Alupol V method, Alcoa R5 method, H 3 PO 4 -CH 3 COOH -Cu method, H 3 PO 4 -HNO 3 -CH 3 COOH method are preferable. Among these, the phosphoric acid-nitric acid method, the H 3 PO 4 —CH 3 COOH—Cu method, and the H 3 PO 4 —HNO 3 —CH 3 COOH method are preferable.
By chemical polishing, the glossiness can be made 70% or more (in the case of rolled aluminum, both the rolling direction and the width direction are 70% or more).
電解研磨としては、例えば、「アルミニウムハンドブック」,第6版,(社)日本アルミニウム協会編,2001年,p.164−165に記載されている各種の方法;米国特許第2708655号明細書に記載されている方法;「実務表面技術」,vol.33,No.3,1986年,p.32−38に記載されている方法;等が好適に挙げられる。
電解研磨により、光沢度を70%以上(圧延アルミニウムである場合、その圧延方向および幅方向ともに70%以上)とすることができる。
As electrolytic polishing, for example, “Aluminum Handbook”, 6th edition, edited by Japan Aluminum Association, 2001, p. 164-165; various methods described in US Pat. No. 2,708,655; “Practical Surface Technology”, vol. 33, no. 3, 1986, p. The method described in 32-38;
By electropolishing, the gloss can be 70% or more (in the case of rolled aluminum, both the rolling direction and the width direction are 70% or more).
これらの方法は、適宜組み合わせて用いることができる。具体的には、例えば、研磨剤を粗い粒子から細かい粒子へと経時的に変更する機械研磨を施し、その後、電解研磨を施す方法が好適に挙げられる。 These methods can be used in appropriate combination. Specifically, for example, a method of performing mechanical polishing in which the abrasive is changed from coarse particles to fine particles with time, and then performing electrolytic polishing is preferable.
鏡面仕上げ処理により、例えば、平均表面粗さRa0.1μm以下、光沢度50%以上の表面を得ることができる。平均表面粗さRaは、0.03μm以下であるのが好ましく、0.02μm以下であるのがより好ましい。また、光沢度は70%以上であるのが好ましく、80%以上であるのがより好ましい。
なお、光沢度は、圧延方向に垂直な方向において、JIS Z8741−1997の「方法3 60度鏡面光沢」の規定に準じて求められる正反射率である。具体的には、変角光沢度計(例えば、VG−1D、日本電色工業社製)を用いて、正反射率70%以下の場合には入反射角度60度で、正反射率70%を超える場合には入反射角度20度で、測定する。
By mirror finishing, for example, a surface having an average surface roughness R a of 0.1 μm or less and a glossiness of 50% or more can be obtained. The average surface roughness Ra is preferably 0.03 μm or less, and more preferably 0.02 μm or less. Further, the glossiness is preferably 70% or more, and more preferably 80% or more.
The glossiness is a regular reflectance obtained in accordance with JIS Z8741-1997 “Method 3 60 ° Specular Gloss” in the direction perpendicular to the rolling direction. Specifically, using a variable angle gloss meter (for example, VG-1D, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.), when the regular reflectance is 70% or less, the incident reflection angle is 60 degrees and the regular reflectance is 70%. In the case of exceeding, the incident / reflection angle is 20 degrees.
〔陽極酸化処理(A)〕
陽極酸化処理(A)は、アルミニウム基板を陽極酸化することにより、該アルミニウム基板表面にマイクロポアを有する酸化皮膜を形成する処理である。
陽極酸化処理としては、従来公知の方法を用いることができる。具体的には、後述する自己規則化法を用いるのが好ましい。
[Anodic oxidation treatment (A)]
The anodizing treatment (A) is a treatment for forming an oxide film having micropores on the surface of the aluminum substrate by anodizing the aluminum substrate.
As the anodizing treatment, a conventionally known method can be used. Specifically, it is preferable to use the self-ordering method described later.
自己規則化法は、陽極酸化皮膜のマイクロポアが規則的に配列する性質を利用し、規則的な配列をかく乱する要因を取り除くことで、規則性を向上させる方法である。具体的には、高純度のアルミニウムを使用し、電解液の種類に応じた電圧で、長時間(例えば、数時間から十数時間)かけて、低速で陽極酸化皮膜を形成させる。
この方法においては、ポア径は電圧に依存するので、電圧を制御することにより、ある程度所望のポア径を得ることができる。
The self-ordering method is a method of improving the regularity by utilizing the property that the micropores of the anodized film are regularly arranged and removing the factors that disturb the regular arrangement. Specifically, high-purity aluminum is used, and an anodized film is formed at a low speed over a long period of time (for example, several hours to several tens of hours) at a voltage according to the type of the electrolytic solution.
In this method, since the pore diameter depends on the voltage, a desired pore diameter can be obtained to some extent by controlling the voltage.
自己規則化法によりマイクロポアを形成するには、後述する陽極酸化処理(a−1)を実施すればよいが、好ましくは、後述する陽極酸化処理(a−1)、脱膜処理(a−2)および再陽極酸化処理(a−3)をこの順に実施する方法により形成するのが好ましい。 In order to form micropores by the self-ordering method, anodizing treatment (a-1) described later may be performed, but preferably anodizing treatment (a-1) described later, film removal treatment (a- It is preferable to form by the method of implementing 2) and re-anodizing treatment (a-3) in this order.
<陽極酸化処理(a−1)>
陽極酸化処理(a−1)をする際の平均流速は、0.5〜20.0m/minであるのが好ましく、1.0〜15.0m/minであるのがより好ましく、2.0〜10.0m/minであるのが更に好ましい。上記範囲の流速で陽極酸化処理を行うことにより、均一かつ高い規則性を有することができる。
また、電解液を上記条件で流動させる方法は、特に限定されないが、例えば、スターラーのような一般的なかくはん装置を使用する方法が用いられる。特に、かくはん速度をデジタル表示でコントロールできるようなスターラーを用いると、平均流速が制御できるため、好ましい。このようなかくはん装置としては、例えば、「マグネティックスターラーHS−50D(AS ONE製)」等が挙げられる。
<Anodizing treatment (a-1)>
The average flow rate during the anodizing treatment (a-1) is preferably 0.5 to 20.0 m / min, more preferably 1.0 to 15.0 m / min, and 2.0 More preferably, it is -10.0 m / min. By performing anodizing treatment at a flow rate in the above range, uniform and high regularity can be obtained.
Moreover, the method of flowing the electrolytic solution under the above-mentioned conditions is not particularly limited, but, for example, a method using a general stirring device such as a stirrer is used. In particular, it is preferable to use a stirrer that can control the stirring speed with a digital display because the average flow rate can be controlled. Examples of such a stirring apparatus include “Magnetic Stirrer HS-50D (manufactured by AS ONE)” and the like.
陽極酸化処理(a−1)は、例えば、酸濃度0.01〜5mol/Lの溶液中で、アルミニウム基板を陽極として通電する方法を用いることができる。
陽極酸化処理(a−1)に用いられる溶液としては、酸溶液であることが好ましく、硫酸、リン酸、クロム酸、シュウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸、アミドスルホン酸、グリコール酸、酒石酸、りんご酸、クエン酸等がより好ましく、中でも硫酸、リン酸、シュウ酸が特に好ましい。これらの酸は単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
For the anodizing treatment (a-1), for example, a method in which an aluminum substrate is used as an anode in a solution having an acid concentration of 0.01 to 5 mol / L can be used.
The solution used for the anodizing treatment (a-1) is preferably an acid solution, and sulfuric acid, phosphoric acid, chromic acid, oxalic acid, sulfamic acid, benzenesulfonic acid, amidosulfonic acid, glycolic acid, tartaric acid, Malic acid, citric acid, and the like are more preferable, and sulfuric acid, phosphoric acid, and oxalic acid are particularly preferable. These acids can be used alone or in combination of two or more.
陽極酸化処理(a−1)の条件は、使用される電解液によって種々変化するので一概に決定され得ないが、一般的には電解液濃度0.01〜5mol/L、液温−10〜30℃、電流密度0.01〜20A/dm2、電圧3〜300V、電解時間0.5〜30時間であるのが好ましく、電解液濃度0.05〜3mol/L、液温−5〜25℃、電流密度0.05〜15A/dm2、電圧5〜250V、電解時間1〜25時間であるのがより好ましく、電解液濃度0.1〜1mol/L、液温0〜20℃、電流密度0.1〜10A/dm2、電圧10〜200V、電解時間2〜20時間であるのが更に好ましい。 The conditions for the anodizing treatment (a-1) vary depending on the electrolyte used, and thus cannot be determined unconditionally. In general, however, the electrolyte concentration is 0.01 to 5 mol / L, and the solution temperature is -10 to 10. It is preferably 30 ° C., current density 0.01 to 20 A / dm 2 , voltage 3 to 300 V, electrolysis time 0.5 to 30 hours, electrolyte concentration 0.05 to 3 mol / L, liquid temperature −5 to 25 It is more preferable that it is C, current density 0.05-15A / dm < 2 >, voltage 5-250V, electrolysis time 1-25 hours, electrolyte concentration 0.1-1 mol / L, liquid temperature 0-20 degreeC, current More preferably, the density is 0.1 to 10 A / dm 2 , the voltage is 10 to 200 V, and the electrolysis time is 2 to 20 hours.
陽極酸化処理(a−1)の処理時間は、0.5分〜16時間であるのが好ましく、1分〜12時間であるのがより好ましく、2分〜8時間であるのが更に好ましい。 The treatment time for the anodizing treatment (a-1) is preferably 0.5 minutes to 16 hours, more preferably 1 minute to 12 hours, and even more preferably 2 minutes to 8 hours.
陽極酸化処理(a−1)は、一定電圧下で行う以外に、電圧を断続的または連続的に変化させる方法も用いることができる。この場合は電圧を順次低くしていくのが好ましい。これにより、陽極酸化皮膜の抵抗を下げることが可能になり、陽極酸化皮膜に微細なマイクロポアが生成するため、特に電着処理により封孔処理する際に、均一性が向上する点で、好ましい。 The anodizing treatment (a-1) can be performed under a constant voltage, or a method of changing the voltage intermittently or continuously. In this case, it is preferable to decrease the voltage sequentially. This makes it possible to reduce the resistance of the anodized film, and fine micropores are formed in the anodized film, which is preferable in terms of improving uniformity, particularly when sealing treatment is performed by electrodeposition. .
本発明においては、このような陽極酸化処理(a−1)により形成される陽極酸化皮膜の膜厚は、0.1〜2000μmであるのが好ましく、1〜1000μmであるのがより好ましく、10〜500μmであるのが更に好ましい。 In the present invention, the thickness of the anodized film formed by such anodizing treatment (a-1) is preferably 0.1 to 2000 μm, more preferably 1 to 1000 μm. More preferably, it is -500 micrometers.
また、本発明においては、このような陽極酸化処理(a−1)により形成されるマイクロポアのポア径は、0.01〜0.5μmであるのが好ましい。
また、このような陽極酸化処理(a−1)により形成されるマイクロポアは、1μm2の範囲において、ポア径の分散が平均径の3%以内であることが好ましく、2%以内であることがより好ましい。なお、ポア径の平均径および分散はそれぞれ下記式で求めることができる。
平均径:μx=(1/n)ΣXi
分散:σ2=(1/n)(ΣXi2)−μx 2
分散/平均径=σ/μx≦0.03
ここで、Xiは、1μm2の範囲で測定された1個のマイクロポアのポア径である。
In the present invention, the pore diameter of the micropore formed by such anodizing treatment (a-1) is preferably 0.01 to 0.5 μm.
In addition, the micropores formed by such anodizing treatment (a-1) preferably have a pore diameter dispersion within 3% of the average diameter within a range of 1 μm 2 and within 2%. Is more preferable. In addition, the average diameter and dispersion | distribution of a pore diameter can each be calculated | required by a following formula.
Average diameter: μ x = (1 / n) ΣXi
Dispersion: σ 2 = (1 / n) (ΣXi 2 ) −μ x 2
Dispersion / average diameter = σ / μ x ≦ 0.03
Here, Xi is the pore diameter of one micropore measured in the range of 1 μm 2 .
更に、本発明においては、このような陽極酸化処理(a−1)により形成されるマイクロポアの平均ポア密度は、50〜1500個/μm2であるのが好ましい。
更に、このような陽極酸化処理(a−1)により形成されるマイクロポアの占める面積率は、20〜50%であるのが好ましい。
ここで、マイクロポアの占める面積率は、アルミニウム表面の面積に対するマイクロポアの開口部の面積の合計の割合で定義される。
Furthermore, in the present invention, the average pore density of the micropores formed by such anodizing treatment (a-1) is preferably 50 to 1500 / μm 2 .
Furthermore, the area ratio occupied by the micropores formed by such anodizing treatment (a-1) is preferably 20 to 50%.
Here, the area ratio occupied by the micropores is defined by the ratio of the total area of the openings of the micropores to the area of the aluminum surface.
<脱膜処理(a−2)>
脱膜処理(a−2)は、上記陽極酸化処理(a−1)によりアルミニウム基板表面に形成した陽極酸化皮膜を溶解させて除去する処理である。
上記陽極酸化処理(a−1)によりアルミニウム基板表面に陽極酸化皮膜を形成した後、後述する分離処理(B)を直ちに施してもよいが、上記陽極酸化処理(a−1)の後、更に脱膜処理(a−2)および後述する再陽極酸化処理(a−3)をこの順で施した後に、後述する分離処理(B)を施すのが好ましい。
<Film removal treatment (a-2)>
The film removal process (a-2) is a process for dissolving and removing the anodized film formed on the surface of the aluminum substrate by the anodizing process (a-1).
After forming the anodized film on the surface of the aluminum substrate by the anodizing treatment (a-1), the separation treatment (B) described later may be performed immediately, but after the anodizing treatment (a-1), It is preferable to perform a separation treatment (B) described later after performing a film removal treatment (a-2) and a re-anodizing treatment (a-3) described later in this order.
陽極酸化皮膜は、アルミニウム基板に近くなるほど規則性が高くなっているので、この脱膜処理(a−2)により、一度陽極酸化皮膜を除去して、アルミニウム基板の表面に残存した陽極酸化皮膜の底部分を表面に露出させて、規則的な窪みを得ることができる。したがって、脱膜処理(a−2)では、アルミニウムは溶解させず、アルミナ(酸化アルミニウム)からなる陽極酸化皮膜のみを溶解させる。 Since the anodic oxide film has higher regularity as it gets closer to the aluminum substrate, the anodic oxide film once removed by this film removal treatment (a-2) and remaining on the surface of the aluminum substrate. The bottom portion can be exposed on the surface to obtain regular depressions. Therefore, in the film removal process (a-2), aluminum is not dissolved, but only the anodized film made of alumina (aluminum oxide) is dissolved.
アルミナ溶解液は、クロム化合物、硝酸、リン酸、ジルコニウム系化合物、チタン系化合物、リチウム塩、セリウム塩、マグネシウム塩、ケイフッ化ナトリウム、フッ化亜鉛、マンガン化合物、モリブデン化合物、マグネシウム化合物、バリウム化合物およびハロゲン単体からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有した水溶液が好ましい。 Alumina solution includes chromium compound, nitric acid, phosphoric acid, zirconium compound, titanium compound, lithium salt, cerium salt, magnesium salt, sodium fluorosilicate, zinc fluoride, manganese compound, molybdenum compound, magnesium compound, barium compound and An aqueous solution containing at least one selected from the group consisting of simple halogens is preferred.
具体的なクロム化合物としては、例えば、酸化クロム(III)、無水クロム(VI)酸等が挙げられる。
ジルコニウム系化合物としては、例えば、フッ化ジルコンアンモニウム、フッ化ジルコニウム、塩化ジルコニウムが挙げられる。
チタン化合物としては、例えば、酸化チタン、硫化チタンが挙げられる。
リチウム塩としては、例えば、フッ化リチウム、塩化リチウムが挙げられる。
セリウム塩としては、例えば、フッ化セリウム、塩化セリウムが挙げられる。
マグネシウム塩としては、例えば、硫化マグネシウムが挙げられる。
マンガン化合物としては、例えば、過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カルシウムが挙げられる。
モリブデン化合物としては、例えば、モリブデン酸ナトリウムが挙げられる。
マグネシウム化合物としては、例えば、フッ化マグネシウム・五水和物が挙げられる。
バリウム化合物としては、例えば、酸化バリウム、酢酸バリウム、炭酸バリウム、塩素酸バリウム、塩化バリウム、フッ化バリウム、ヨウ化バリウム、乳酸バリウム、シュウ酸バリウム、過塩素酸バリウム、セレン酸バリウム、亜セレン酸バリウム、ステアリン酸バリウム、亜硫酸バリウム、チタン酸バリウム、水酸化バリウム、硝酸バリウム、あるいはこれらの水和物等が挙げられる。上記バリウム化合物の中でも、酸化バリウム、酢酸バリウム、炭酸バリウムが好ましく、酸化バリウムが特に好ましい。
ハロゲン単体としては、例えば、塩素、フッ素、臭素が挙げられる。
Specific examples of the chromium compound include chromium (III) oxide and anhydrous chromium (VI) acid.
Examples of the zirconium-based compound include zircon ammonium fluoride, zirconium fluoride, and zirconium chloride.
Examples of the titanium compound include titanium oxide and titanium sulfide.
Examples of the lithium salt include lithium fluoride and lithium chloride.
Examples of the cerium salt include cerium fluoride and cerium chloride.
Examples of the magnesium salt include magnesium sulfide.
Examples of the manganese compound include sodium permanganate and calcium permanganate.
Examples of the molybdenum compound include sodium molybdate.
Examples of magnesium compounds include magnesium fluoride pentahydrate.
Examples of barium compounds include barium oxide, barium acetate, barium carbonate, barium chlorate, barium chloride, barium fluoride, barium iodide, barium lactate, barium oxalate, barium perchlorate, barium selenate, selenite. Examples thereof include barium, barium stearate, barium sulfite, barium titanate, barium hydroxide, barium nitrate, and hydrates thereof. Among the barium compounds, barium oxide, barium acetate, and barium carbonate are preferable, and barium oxide is particularly preferable.
Examples of halogen alone include chlorine, fluorine, and bromine.
中でも、上記アルミナ溶解液が、酸を含有する水溶液であるのが好ましく、酸として、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸等が挙げられ、2種以上の酸の混合物であってもよい。
酸濃度としては、0.01mol/L以上であるのが好ましく、0.05mol/L以上であるのがより好ましく、0.1mol/L以上であるのが更に好ましい。上限は特にないが、一般的には10mol/L以下であるのが好ましく、5mol/L以下であるのがより好ましい。不要に高い濃度は経済的でないし、より高いとアルミニウム基板が溶解するおそれがある。
Among them, the alumina solution is preferably an aqueous solution containing an acid. Examples of the acid include sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and the like, and a mixture of two or more acids may be used.
The acid concentration is preferably 0.01 mol / L or more, more preferably 0.05 mol / L or more, and still more preferably 0.1 mol / L or more. There is no particular upper limit, but generally it is preferably 10 mol / L or less, more preferably 5 mol / L or less. An unnecessarily high concentration is not economical, and if it is higher, the aluminum substrate may be dissolved.
アルミナ溶解液は、−10℃以上であるのが好ましく、−5℃以上であるのがより好ましく、0℃以上であるのが更に好ましい。なお、沸騰したアルミナ溶解液を用いて処理すると、規則化の起点が破壊され、乱れるので、沸騰させないで用いるのが好ましい。 The alumina solution is preferably −10 ° C. or higher, more preferably −5 ° C. or higher, and still more preferably 0 ° C. or higher. In addition, since the starting point of ordering will be destroyed and disturbed if it processes using the boiling alumina solution, it is preferable to use it without boiling.
アルミナ溶解液は、アルミナを溶解し、アルミニウムを溶解しない。ここで、アルミナ溶解液は、アルミニウムを実質的に溶解させなければよく、わずかに溶解させるものであってもよい。 The alumina solution dissolves alumina and does not dissolve aluminum. Here, the alumina solution may not dissolve aluminum substantially or may dissolve it slightly.
脱膜処理(a−2)は、陽極酸化皮膜が形成されたアルミニウム基板を上述したアルミナ溶解液に接触させることにより行う。接触させる方法は、特に限定されず、例えば、浸せき法、スプレー法が挙げられる。中でも、浸せき法が好ましい。 The film removal treatment (a-2) is performed by bringing the aluminum substrate on which the anodized film is formed into contact with the above-described alumina solution. The method of making it contact is not specifically limited, For example, the immersion method and the spray method are mentioned. Of these, the dipping method is preferred.
浸せき法は、陽極酸化皮膜が形成されたアルミニウム基板を上述したアルミナ溶解液に浸せきさせる処理である。浸せき処理の際にかくはんを行うと、ムラのない処理が行われるため、好ましい。
浸せき処理の時間は、10分以上であるのが好ましく、1時間以上であるのがより好ましく、3時間以上、5時間以上であるのが更に好ましい。
The dipping method is a treatment in which an aluminum substrate on which an anodized film is formed is dipped in the above-described alumina solution. Stirring during the dipping process is preferable because a uniform process is performed.
The dipping treatment time is preferably 10 minutes or longer, more preferably 1 hour or longer, and further preferably 3 hours or longer and 5 hours or longer.
<再陽極酸化処理(a−3)>
上記脱膜処理(a−2)により陽極酸化皮膜を除去して、アルミニウム基板の表面に規則的な窪みを形成した後、再び陽極酸化処理を施すことで、マイクロポアの規則化度がより高い陽極酸化皮膜を形成することができる。
再陽極酸化処理(a−3)は、従来公知の方法を用いることができるが、上述した陽極酸化処理(a−1)と同一の条件で行われるのが好ましい。
また、直流電圧を一定としつつ、断続的に電流のオンおよびオフを繰り返す方法、直流電圧を断続的に変化させつつ、電流のオンおよびオフを繰り返す方法も好適に用いることができる。これらの方法によれば、陽極酸化皮膜に微細なマイクロポアが生成するため、特に電着処理により封孔処理する際に、均一性が向上する点で、好ましい。
<Re-anodizing treatment (a-3)>
After removing the anodic oxide film by the film removal treatment (a-2) to form regular depressions on the surface of the aluminum substrate, the degree of ordering of the micropores is higher by performing the anodic oxidation treatment again. An anodized film can be formed.
For the re-anodizing treatment (a-3), a conventionally known method can be used, but it is preferably performed under the same conditions as the above-described anodizing treatment (a-1).
Also, a method of repeatedly turning on and off the current intermittently while keeping the DC voltage constant, and a method of repeatedly turning on and off the current while intermittently changing the DC voltage can be suitably used. According to these methods, fine micropores are generated in the anodic oxide film, which is preferable in that uniformity is improved particularly when sealing treatment is performed by electrodeposition.
また、再陽極酸化処理(a−3)を低温で行うと、マイクロポアの配列が規則的になり、また、ポア径が均一になる。
一方、再陽極酸化処理(a−3)を比較的高温で行うことにより、マイクロポアの配列を乱し、また、ポア径のばらつきを所定の範囲にすることができる。また、処理時間によっても、ポア径のばらつきを制御することができる。
When the re-anodizing treatment (a-3) is performed at a low temperature, the arrangement of micropores becomes regular and the pore diameter becomes uniform.
On the other hand, by performing the re-anodizing treatment (a-3) at a relatively high temperature, the arrangement of the micropores can be disturbed, and the variation in pore diameter can be made within a predetermined range. Also, the pore diameter variation can be controlled by the processing time.
本発明においては、このような再陽極酸化処理(a−3)により形成される陽極酸化皮膜の膜厚は、0.1〜1000μmであるのが好ましく、1〜500μmであるのがより好ましく、10〜500μmであるのが更に好ましい。 In the present invention, the thickness of the anodized film formed by such re-anodizing treatment (a-3) is preferably 0.1 to 1000 μm, more preferably 1 to 500 μm, More preferably, it is 10-500 micrometers.
また、本発明においては、このような陽極酸化処理(a−3)により形成されるマイクロポアのポア径は0.01〜0.5μmであるのが好ましい。
また、このような再陽極酸化処理(a−3)により形成されるマイクロポアは、1μm2の範囲において、ポア径の分散が平均径の3%以内であることが好ましく、2%以内であることがより好ましい。
In the present invention, the pore diameter of the micropore formed by such anodizing treatment (a-3) is preferably 0.01 to 0.5 μm.
Further, the micropores formed by such re-anodizing treatment (a-3) preferably have a pore diameter dispersion within 3% of the average diameter within a range of 1 μm 2 , and within 2%. It is more preferable.
更に、本発明においては、このような陽極酸化処理(a−3)により形成されるマイクロポアの平均ポア密度は50〜1500個/μm2であるのが好ましい。
更に、このような陽極酸化処理(a−3)により形成されるマイクロポアの占める面積率は、20〜50%であるのが好ましい。
Furthermore, in the present invention, the average pore density of the micropores formed by such anodizing treatment (a-3) is preferably 50 to 1500 / μm 2 .
Furthermore, the area ratio occupied by the micropores formed by such anodizing treatment (a-3) is preferably 20 to 50%.
本発明においては、上述した陽極酸化処理(a−1)および脱膜処理(a−2)に代えて、例えば、物理的方法、粒子線法、ブロックコポリマー法、レジストパターン・露光・エッチング法等により、上述した再陽極酸化処理(a−3)によるマイクロポア生成の起点となる窪みを形成させてもよい。 In the present invention, instead of the above-described anodic oxidation treatment (a-1) and film removal treatment (a-2), for example, a physical method, a particle beam method, a block copolymer method, a resist pattern / exposure / etching method, etc. Thus, a depression that is a starting point for generating micropores by the re-anodizing treatment (a-3) described above may be formed.
<物理的方法>
例えば、インプリント法(突起を有する基板またはロールをアルミニウム板に圧接し、凹部を形成する、転写法、プレスパターニング法)を用いる方法が挙げられる。具体的には、複数の突起を表面に有する基板をアルミニウム表面に押し付けて窪みを形成させる方法が挙げられる。例えば、特開平10−121292号公報に記載されている方法を用いることができる。
また、アルミニウム表面にポリスチレン球を稠密状態で配列させ、その上からSiO2を蒸着した後、ポリスチレン球を除去し、蒸着されたSiO2をマスクとして基板をエッチングして窪みを形成させる方法も挙げられる。
<Physical method>
For example, a method using an imprint method (a transfer method or a press patterning method in which a substrate or a roll having a protrusion is pressed against an aluminum plate to form a recess) can be used. Specifically, a method of forming a depression by pressing a substrate having a plurality of protrusions on the surface thereof against the aluminum surface can be mentioned. For example, a method described in JP-A-10-121292 can be used.
Another example is a method in which polystyrene spheres are arranged in a dense state on the aluminum surface, SiO 2 is vapor-deposited thereon, then the polystyrene spheres are removed, and the substrate is etched using the vapor-deposited SiO 2 as a mask to form depressions. It is done.
<粒子線法>
粒子線法は、アルミニウム表面に粒子線を照射して窪みを形成させる方法である。粒子線法は、窪みの位置を自由に制御することができるという利点を有する。
粒子線としては、例えば、荷電粒子ビーム、集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)、電子ビームが挙げられる。
粒子線法としては、例えば、特開2001−105400号公報に記載されている方法を用いることもできる。
<Particle beam method>
The particle beam method is a method in which a hollow is formed by irradiating the aluminum surface with a particle beam. The particle beam method has an advantage that the position of the depression can be freely controlled.
Examples of the particle beam include a charged particle beam, a focused ion beam (FIB), and an electron beam.
As the particle beam method, for example, a method described in JP-A-2001-105400 can be used.
<ブロックコポリマー法>
ブロックコポリマー法は、アルミニウム表面にブロックコポリマー層を形成させ、熱アニールによりブロックコポリマー層に海島構造を形成させた後、島部分を除去して窪みを形成させる方法である。
ブロックコポリマー法としては、例えば、特開2003−129288号公報に記載されている方法を用いることができる。
<Block copolymer method>
The block copolymer method is a method in which a block copolymer layer is formed on an aluminum surface, a sea-island structure is formed in the block copolymer layer by thermal annealing, and then an island portion is removed to form a depression.
As a block copolymer method, the method described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-129288 can be used, for example.
<レジストパターン・露光・エッチング法>
レジストパターン・露光・エッチング法は、フォトリソグラフィあるいは電子ビームリソグラフィ法によりアルミニウム板表面のレジストに露光および現像を施し、レジストパタンを形成した後これをエッチングする。レジストを設け、エッチングしてアルミニウム表面まで貫通した窪みを形成させる方法である。
<Resist pattern, exposure, etching method>
In the resist pattern / exposure / etching method, the resist on the surface of the aluminum plate is exposed and developed by photolithography or electron beam lithography to form a resist pattern, which is then etched. In this method, a resist is provided and etched to form a recess penetrating to the aluminum surface.
また、本発明においては、上記陽極酸化処理(A)として、下記(1)〜(4)の工程をこの順に施すことにより、アルミニウム基板表面にマイクロポアを有する酸化皮膜を形成してもよい。
(1)アルミニウム基板の表面を陽極酸化して、アルミニウム基板の表面にマイクロポアを有する陽極酸化皮膜を形成する工程
(2)酸またはアルカリを用いて、上記陽極酸化皮膜を部分的に溶解させる工程
(3)陽極酸化処理を実施して上記マイクロポアを深さ方向に成長させる工程
(4)上記マイクロポアの断面形状の変曲点よりも上方の陽極酸化皮膜を除去する工程
Moreover, in this invention, you may form the oxide film which has a micropore on the aluminum substrate surface by performing the process of following (1)-(4) in this order as said anodizing process (A).
(1) Step of forming an anodic oxide film having micropores on the surface of the aluminum substrate by anodizing the surface of the aluminum substrate (2) Step of partially dissolving the anodic oxide film using acid or alkali (3) A step of growing the micropores in the depth direction by performing anodization treatment (4) A step of removing the anodized film above the inflection point of the cross-sectional shape of the micropores
<工程(1)>
工程(1)では、アルミニウム基板の少なくとも一方の表面を陽極酸化処理して、該アルミニウム基板の表面にマイクロポアを有する陽極酸化皮膜を形成する。
工程(1)は、上記陽極酸化処理(a−1)と同様の手順で実施することができる。
図1は、アルミニウム基板および該アルミニウム基板上に形成される陽極酸化皮膜の模式的な端面図である。
図1(A)は、工程(1)により、アルミニウム基板12a表面に、マイクロポア16aを有する陽極酸化皮膜14aが形成された状態を示している。
<Step (1)>
In the step (1), at least one surface of the aluminum substrate is anodized to form an anodized film having micropores on the surface of the aluminum substrate.
Step (1) can be carried out in the same procedure as in the anodizing treatment (a-1).
FIG. 1 is a schematic end view of an aluminum substrate and an anodized film formed on the aluminum substrate.
FIG. 1A shows a state in which the anodized
<工程(2)>
工程(2)では、工程(1)で形成した陽極酸化皮膜を、酸またはアルカリを用いて、部分的に溶解させる。
ここで、陽極酸化皮膜を部分的に溶解させるとは、工程(1)で形成した陽極酸化皮膜を完全に溶解させるのではなく、図1(B)に示されるように、アルミニウム基板12a上に、マイクロポア16bを有する陽極酸化皮膜14bが残存するように、図1(A)に示す陽極酸化皮膜14aの表面およびマイクロポア16aの内部を部分的に溶解させることを示す。
また、陽極酸化皮膜の溶解量は、陽極酸化皮膜全体の0.001〜50質量%であるのが好ましく、0.005〜30質量%であるのがより好ましく、0.01〜15質量%であるのが更に好ましい。溶解量が上記範囲であると、陽極酸化皮膜の表面の配列が不規則な部分を溶解させて、マイクロポアの配列の規則性を高くすることができるとともに、マイクロポアの底部分に陽極酸化皮膜を残存させて、工程(3)で実施する陽極酸化処理の起点を残すことができる。
<Step (2)>
In step (2), the anodized film formed in step (1) is partially dissolved using acid or alkali.
Here, partially dissolving the anodic oxide film does not completely dissolve the anodic oxide film formed in the step (1), but on the
Further, the dissolution amount of the anodized film is preferably 0.001 to 50% by mass of the whole anodized film, more preferably 0.005 to 30% by mass, and 0.01 to 15% by mass. More preferably. When the dissolution amount is in the above range, the irregular part of the surface of the anodic oxide film can be dissolved to increase the regularity of the micropore array, and the anodic oxide film is formed on the bottom part of the micropore. Thus, the starting point of the anodizing treatment performed in the step (3) can be left.
工程(2)は、アルミニウム基板上に形成された陽極酸化皮膜を酸水溶液またはアルカリ水溶液に接触させることにより行う。接触させる方法は、特に限定されず、例えば、浸せき法、スプレー法が挙げられる。中でも、浸せき法が好ましい。 Step (2) is performed by bringing the anodized film formed on the aluminum substrate into contact with an aqueous acid solution or an aqueous alkali solution. The method of making it contact is not specifically limited, For example, the immersion method and the spray method are mentioned. Of these, the dipping method is preferred.
工程(2)に酸水溶液を用いる場合は、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸等の無機酸またはこれらの混合物の水溶液を用いることが好ましい。中でも、クロム酸を含有しない水溶液が安全性に優れる点で好ましい。酸水溶液の濃度は0.01〜1mol/Lであるのが好ましい。酸水溶液の温度は、25〜60℃であるのが好ましい。
工程(2)にアルカリ水溶液を用いる場合は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化リチウムからなる群から選ばれる少なくとも一つのアルカリの水溶液を用いることが好ましい。アルカリ水溶液の濃度は0.01〜1mol/Lであるのが好ましい。アルカリ水溶液の温度は、20〜35℃であるのが好ましい。
具体的には、例えば、0.5mol/L、40℃のリン酸水溶液、0.05mol/L、30℃の水酸化ナトリウム水溶液または0.05mol/L、30℃の水酸化カリウム水溶液が好適に用いられる。
酸水溶液またはアルカリ水溶液への浸せき時間は、8〜120分であるのが好ましく、10〜90分であるのがより好ましく、15〜60分であるのが更に好ましい。
When an acid aqueous solution is used in step (2), it is preferable to use an aqueous solution of an inorganic acid such as sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, or a mixture thereof. Especially, the aqueous solution which does not contain chromic acid is preferable at the point which is excellent in safety | security. The concentration of the acid aqueous solution is preferably 0.01 to 1 mol / L. The temperature of the acid aqueous solution is preferably 25 to 60 ° C.
When an alkaline aqueous solution is used in step (2), it is preferable to use an aqueous solution of at least one alkali selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide. The concentration of the alkaline aqueous solution is preferably 0.01 to 1 mol / L. The temperature of the alkaline aqueous solution is preferably 20 to 35 ° C.
Specifically, for example, 0.5 mol / L, 40 ° C. phosphoric acid aqueous solution, 0.05 mol / L, 30 ° C. sodium hydroxide aqueous solution or 0.05 mol / L, 30 ° C. potassium hydroxide aqueous solution is suitable. Used.
The immersion time in the acid aqueous solution or alkali aqueous solution is preferably 8 to 120 minutes, more preferably 10 to 90 minutes, and still more preferably 15 to 60 minutes.
<工程(3)>
工程(3)では、工程(2)で陽極酸化皮膜が部分的に溶解されたアルミニウム基板に対して、再び陽極酸化処理を実施してマイクロポアを深さ方向に成長させる。
図1(C)に示されるように、工程(3)の陽極酸化処理により、図1(B)に示されるアルミニウム基板12aの酸化反応が進行し、アルミニウム基板12b上に、マイクロポア16bよりも深さ方向に成長したマイクロポア16cを有する陽極酸化皮膜14cが形成される。
<Step (3)>
In step (3), the anodization process is again performed on the aluminum substrate in which the anodized film is partially dissolved in step (2) to grow micropores in the depth direction.
As shown in FIG. 1 (C), the oxidation reaction of the
陽極酸化処理は、従来公知の方法を用いることができるが、上述した陽極酸化処理(a−1)と同一の条件で行われるのが好ましい。
また、直流電圧を一定としつつ、断続的に電流のオンおよびオフを繰り返す方法、直流電圧を断続的に変化させつつ、電流のオンおよびオフを繰り返す方法も好適に用いることができる。これらの方法によれば、陽極酸化皮膜に微細なマイクロポアが生成するため、特に電着処理により封孔処理する際に、均一性が向上する点で、好ましい。
上述した電圧を断続的に変化させる方法においては、電圧を順次低くしていくのが好ましい。これにより、陽極酸化皮膜の抵抗を下げることが可能になり、後に電着処理を行う場合に、均一化することができる。
A conventionally known method can be used for the anodizing treatment, but it is preferably performed under the same conditions as the above-described anodizing treatment (a-1).
Also, a method of repeatedly turning on and off the current intermittently while keeping the DC voltage constant, and a method of repeatedly turning on and off the current while intermittently changing the DC voltage can be suitably used. According to these methods, fine micropores are generated in the anodic oxide film, which is preferable in that uniformity is improved particularly when sealing treatment is performed by electrodeposition.
In the above-described method of intermittently changing the voltage, it is preferable to decrease the voltage sequentially. As a result, the resistance of the anodized film can be lowered, and can be made uniform when the electrodeposition treatment is performed later.
陽極酸化皮膜の厚さの増加量は、0.1〜100μmであるのが好ましく、0.5〜50μmであるのがより好ましい。増加量が上記範囲であると、ポアの配列の規則性をより高くすることができる。 The amount of increase in the thickness of the anodized film is preferably from 0.1 to 100 μm, and more preferably from 0.5 to 50 μm. When the increase amount is in the above range, the regularity of the pore arrangement can be further increased.
<工程(4)>
工程(4)では、図1(C)に示されるマイクロポア16cの断面形状の変曲点30よりも上方の陽極酸化皮膜を除去する。自己規則化法により形成されるマイクロポアは、図1(C)に示されるように、マイクロポア16cの上部を除いて、断面形状が略直管形状になる。言い換えると、マイクロポア16cの上部には、該マイクロポア16cの残りの部分とは断面形状が異なる部分(異形部分)20が存在する。工程(4)では、このようなマイクロポア16c上部に存在する異形部分20を解消するため、マイクロポア16cの断面形状の変曲点30よりも上方の陽極酸化皮膜を除去する。
ここで、変曲点30とは、マイクロポア16cの断面形状がなす主たる形状(ここでは、略直管形状)に対して、著しく形状が変化する部分を指し、別の言い方をすると、マイクロポア16cの断面形状において、主たる形状(略直管形状)に対して、形状の連続性が失われる部分を指す。
マイクロポア16cの断面形状の変曲点30よりも上方の陽極酸化皮膜を除去することにより、図1(D)に示されるように、マイクロポア16d全体が略直管形状となる。
<Process (4)>
In step (4), the anodized film above the
Here, the
By removing the anodized film above the
工程(4)では、工程(3)実施後の陽極酸化皮膜14cを断面方向からFE−SEMを撮影することによって、マイクロポア16cの断面形状の変曲点30を特定し、該変曲点30よりも上方の陽極酸化皮膜を除去してもよい。
In the step (4), the
ただし、マイクロポアに異形部分が生じるのは、主として、工程(1)のように、アルミニウム基板12a上に新たに陽極酸化皮膜14aを形成した場合である。したがって、マイクロポア16cの断面形状の変曲点30よりも上方の陽極酸化皮膜を除去して、マイクロポア16c上部の異形部分20を解消するには、工程(1)で形成された陽極酸化皮膜を工程(4)で除去すればよい。
なお、後述するように、工程(3)および工程(4)を2回以上繰り返す場合、工程(4)実施後の陽極酸化皮膜14dでは、異形部分30が解消されて、マイクロポア16dの断面形状全体が略直管形状となるので、工程(4)に続いて実施する工程(3)(以下、本段落においては「工程(3′)」という。)で形成されるマイクロポア上部には新たに異形部分が生じる。したがって、工程(3′)に続いて実施する工程(4)(以下、本段落においては「工程(4′)」という。)では、工程(3′)で形成されたマイクロポア上部に新たに生じた異形部分を除去する必要がある。このため、工程(4′)では、工程(3′)で形成されるマイクロポアの変曲点よりも上方の陽極酸化被膜を除去する必要がある。
However, the deformed portion is generated in the micropore mainly when the
As will be described later, when the step (3) and the step (4) are repeated twice or more, the
工程(4)で、マイクロポア16cの断面形状の変曲点よりも上方の陽極酸化皮膜を除去する処理としては、例えば、機械研磨、化学研磨、電解研磨等の研磨処理であってもよい。ただし、工程(2)のように、酸またはアルカリを用いて、陽極酸化皮膜を溶解させる処理であることが好ましい。この場合、図1(D)に示されるように、図1(C)に示される陽極酸化皮膜14cよりも厚さが小さい陽極酸化皮膜14dが形成される。
In the step (4), the process for removing the anodic oxide film above the inflection point of the cross-sectional shape of the
工程(4)で、酸またはアルカリを用いて、陽極酸化皮膜を部分的に溶解させる場合、陽極酸化皮膜の溶解量は、陽極酸化皮膜の溶解量は、特に限定されず、陽極酸化皮膜全体の0.01〜30質量%であるのが好ましく、0.1〜15質量%であるのがより好ましい。溶解量が上記範囲であると、陽極酸化皮膜の表面の配列が不規則な部分を溶解させて、マイクロポアの配列の規則性を高くすることができる。また、工程(3)および工程(4)を2回以上繰り返して実施する場合、次に実施する工程(3)での陽極酸化処理の起点を残すことができる。 In the step (4), when the anodized film is partially dissolved using acid or alkali, the dissolved amount of the anodized film is not particularly limited, and the total amount of the anodized film is not limited. It is preferable that it is 0.01-30 mass%, and it is more preferable that it is 0.1-15 mass%. When the dissolution amount is in the above range, the irregular portion of the surface arrangement of the anodized film can be dissolved, and the regularity of the arrangement of the micropores can be increased. Moreover, when performing a process (3) and a process (4) repeatedly 2 times or more, the starting point of the anodizing process in the process (3) implemented next can be left.
上記工程(3)および上記工程(4)は、2回繰り返して行うのが、ポアの配列の規則性が高くなるため好ましく、3回以上繰り返して行うのがより好ましく、4回以上繰り返して行うのが更に好ましい。
上記工程を2回以上繰り返して行う場合、各回の工程(3)および工程(4)の条件はそれぞれ同じであっても、異なっていてもよい。規則化度向上性の観点から、工程(3)は、各回ごとに電圧を変えて実施することが好ましい。この場合、徐々に高電圧の条件に変えていくのが、規則化度向上性の観点から、より好ましい。
It is preferable to repeat the step (3) and the step (4) twice because the regularity of the pore arrangement is high, more preferably 3 times or more, and more preferably 4 times or more. Is more preferable.
When the above steps are repeated twice or more, the conditions of each step (3) and step (4) may be the same or different. From the viewpoint of improving the degree of ordering, the step (3) is preferably performed by changing the voltage every time. In this case, it is more preferable to gradually change to a high voltage condition from the viewpoint of improving the degree of ordering.
図1(D)に示す状態において、平均ポア密度が50〜1500個/μm2であるのが好ましく、マイクロポアの占める面積率が20〜50%であるのが好ましい。 In the state shown in FIG. 1D, the average pore density is preferably 50 to 1500 / μm 2 , and the area ratio occupied by the micropores is preferably 20 to 50%.
図2は、上記陽極酸化処理(A)後の状態を示した部分断面図である。図2に示すように、アルミニウム基板12表面には、マイクロポア16を有する陽極酸化皮膜14が形成されている。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a state after the anodizing treatment (A). As shown in FIG. 2, an
〔分離処理(B)〕
分離処理(B)は、上記陽極酸化処理(A)後にアルミニウム基板を除去し、酸化皮膜をアルミニウム基板から分離する処理である。
アルミニウム基板の除去は、図2に示す状態からアルミニウム基板12を溶解して除去する。図3は、分離処理(B)後の状態を示した部分断面図であり、マイクロポア16を有する陽極酸化皮膜14からなる微細構造体が示されている。
したがって、アルミニウム除去処理には、アルミナは溶解せず、アルミニウムを溶解する処理液を用いる。
[Separation (B)]
The separation treatment (B) is a treatment for removing the aluminum substrate after the anodizing treatment (A) and separating the oxide film from the aluminum substrate.
The aluminum substrate is removed by dissolving the
Therefore, in the aluminum removal treatment, a treatment solution that does not dissolve alumina but dissolves aluminum is used.
処理液としては、アルミナは溶解せず、アルミニウムを溶解する液であれば特に限定されないが、例えば、塩化水銀、臭素/メタノール混合物、臭素/エタノール混合物、王水、塩酸/塩化銅混合物等の水溶液等が挙げられる。
濃度としては、0.01〜10mol/Lが好ましく、0.05〜5mol/Lがより好ましい。
処理温度としては、−10℃〜80℃が好ましく、0℃〜60℃が好ましい。
The treatment liquid is not particularly limited as long as it does not dissolve alumina and dissolves aluminum. For example, an aqueous solution such as mercury chloride, bromine / methanol mixture, bromine / ethanol mixture, aqua regia, hydrochloric acid / copper chloride mixture, etc. Etc.
As a density | concentration, 0.01-10 mol / L is preferable and 0.05-5 mol / L is more preferable.
As processing temperature, -10 degreeC-80 degreeC are preferable, and 0 degreeC-60 degreeC is preferable.
分離処理(B)は、上述した処理液に接触させることにより行う。接触させる方法は、特に限定されず、例えば、浸せき法、スプレー法が挙げられる。中でも、浸せき法が好ましい。このときの接触時間としては、10秒〜5時間が好ましく、1分〜3時間がより好ましい。 The separation process (B) is performed by contacting with the above-described processing liquid. The method of making it contact is not specifically limited, For example, the immersion method and the spray method are mentioned. Of these, the dipping method is preferred. The contact time at this time is preferably 10 seconds to 5 hours, and more preferably 1 minute to 3 hours.
分離処理(B)後の陽極酸化皮膜の膜厚は、1〜1000μmであるのが好ましく、10〜500μmであるのが更に好ましい。 The thickness of the anodized film after the separation treatment (B) is preferably 1 to 1000 μm, and more preferably 10 to 500 μm.
分離処理(B)後、後述する貫通化処理(C)を行う前に、陽極酸化皮膜14を水洗処理するのが好ましい。水和によるマイクロポア16のポア径の変化を抑制するため、水洗処理は30℃以下で実施することが好ましい。
After the separation treatment (B), the anodized
〔貫通化処理(C)〕
貫通化処理(C)は、上記分離処理(B)により分離された酸化皮膜のマイクロポアを貫通させる処理である。
貫通化処理(C)では、図3に示すマイクロポア16を有する陽極酸化皮膜14を、酸水溶液またはアルカリ水溶液に浸せきさせることにより、陽極酸化皮膜14を部分的に溶解させる。これにより、マイクロポア16底部の陽極酸化皮膜14が除去され、マイクロポア16が貫通する(マイクロポア貫通孔18が形成される)。図4は、貫通化処理(C)後の状態を示した部分断面斜視図であり、マイクロポア貫通孔18を有する陽極酸化皮膜14からなる微細構造体が示されている。
図4では、陽極酸化皮膜14に存在する全てのマイクロポアがマイクロポア貫通孔18となっているが、貫通化処理(C)により、陽極酸化皮膜に存在する全てのマイクロポアが貫通しなくてもよい。ただし、貫通化処理(C)により、陽極酸化皮膜に存在するマイクロポアのうち70%が貫通することが好ましい。
[Penetration treatment (C)]
The penetration treatment (C) is a treatment for penetrating the micropores of the oxide film separated by the separation treatment (B).
In the penetration process (C), the
In FIG. 4, all the micropores existing in the
貫通化処理(C)に酸水溶液を用いる場合は、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸等の無機酸またはこれらの混合物の水溶液を用いることが好ましい。酸水溶液の濃度は1〜10質量%であるのが好ましい。酸水溶液の温度は、25〜40℃であるのが好ましい。
貫通化処理(C)にアルカリ水溶液を用いる場合は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化リチウムからなる群から選ばれる少なくとも一つのアルカリの水溶液を用いることが好ましい。アルカリ水溶液の濃度は0.1〜5質量%であるのが好ましい。アルカリ水溶液の温度は、20〜35℃であるのが好ましい。
具体的には、例えば、50g/L、40℃のリン酸水溶液、0.5g/L、30℃の水酸化ナトリウム水溶液または0.5g/L、30℃の水酸化カリウム水溶液が好適に用いられる。
酸水溶液またはアルカリ水溶液への浸せき時間は、8〜120分であるのが好ましく、10〜90分であるのがより好ましく、15〜60分であるのが更に好ましい。
When an acid aqueous solution is used for the penetration treatment (C), it is preferable to use an aqueous solution of an inorganic acid such as sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, or a mixture thereof. The concentration of the acid aqueous solution is preferably 1 to 10% by mass. The temperature of the acid aqueous solution is preferably 25 to 40 ° C.
When an aqueous alkali solution is used for the penetration treatment (C), it is preferable to use an aqueous solution of at least one alkali selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide. The concentration of the alkaline aqueous solution is preferably 0.1 to 5% by mass. The temperature of the alkaline aqueous solution is preferably 20 to 35 ° C.
Specifically, for example, 50 g / L, 40 ° C. phosphoric acid aqueous solution, 0.5 g / L, 30 ° C. sodium hydroxide aqueous solution or 0.5 g / L, 30 ° C. potassium hydroxide aqueous solution is preferably used. .
The immersion time in the acid aqueous solution or alkali aqueous solution is preferably 8 to 120 minutes, more preferably 10 to 90 minutes, and still more preferably 15 to 60 minutes.
貫通化処理(C)後の陽極酸化皮膜の膜厚は、1〜1000μmであるのが好ましく、10〜500μmであるのが更に好ましい。 The film thickness of the anodized film after the penetration treatment (C) is preferably 1-1000 μm, and more preferably 10-500 μm.
貫通化処理(C)後、陽極酸化皮膜14を水洗処理する。水和によるマイクロポア貫通孔18のポア径の変化を抑制するため、水洗処理は30℃以下で実施することが好ましい。
After the penetration treatment (C), the
本発明においては、上述した分離処理(B)および貫通化処理(C)は、これらの処理を同時に施す方法であってもよい。
具体的には、図2に示す陽極酸化皮膜14の下方、即ち、陽極酸化皮膜14におけるアルミニウム基板12側の部分を、レーザー等による切削処理や種々の研磨処理等を用いて物理的に除去し、図4に示すマイクロポア貫通孔18を有する陽極酸化皮膜14とする方法が好適に例示される。
In the present invention, the separation process (B) and the penetration process (C) described above may be a method of performing these processes simultaneously.
Specifically, the portion below the anodized
〔加熱処理(D)〕
加熱処理(D)は、上記貫通化処理(C)によりマイクロポアを貫通した酸化皮膜を、0.5g/cm2以上の荷重をかけながら、100℃以上の温度で加熱する処理である。
このような加熱処理を施すことにより、得られる本発明の微細構造体を用いたポーラスアルミナメンブレンフィルタは、濾過流量に優れ、平坦性にも優れたものとなる。
これは、上述した各処理(特に、上記分離処理(B))を施すことにより生じた酸化皮膜内の残存応力が加熱により緩和され、かつ、荷重により皮膜形状が再構築されることによって、平坦な酸化皮膜の微細構造体が形成されたためと考えられる。
[Heat treatment (D)]
The heat treatment (D) is a treatment in which the oxide film that has penetrated the micropores by the penetration treatment (C) is heated at a temperature of 100 ° C. or higher while applying a load of 0.5 g / cm 2 or more.
By performing such heat treatment, the resulting porous alumina membrane filter using the microstructure of the present invention is excellent in filtration flow rate and flatness.
This is because the residual stress in the oxide film generated by performing the above-described processes (particularly, the separation process (B)) is relaxed by heating, and the film shape is reconstructed by the load. This is probably because a fine oxide film microstructure was formed.
ここで、上記荷重は、1.0g/cm2以上であるのが好ましく、1.5g/cm2以上であるのがより好ましく、5.0g/cm2以上であるのが更に好ましく、10.0g/cm2以上であるのが特に好ましい。
また、上記荷重の上限値は、酸化皮膜の厚さにもよるため特に限定されないが、皮膜自体の破損を防ぐ観点から、1000g/cm2以下であるのが好ましい。
Here, the load is preferably 1.0 g / cm 2 or more, more preferably 1.5 g / cm 2 or more, still more preferably 5.0 g / cm 2 or more. It is particularly preferably 0 g / cm 2 or more.
The upper limit of the load is not particularly limited because it depends on the thickness of the oxide film, but is preferably 1000 g / cm 2 or less from the viewpoint of preventing damage to the film itself.
本発明においては、上記荷重をかける方法が、加熱処理における温度で形状変化が起こらない平坦な素材により酸化皮膜を挟み、加圧する方法であるのが好ましい。
この方法で荷重をかけることにより、得られる本発明の微細構造体を用いたポーラスアルミナメンブレンフィルタは、平坦性がより優れたものとなる。これは、上述した荷重による皮膜形状の再構築が進行しやすくなるためであると考えられる。
ここで、加熱処理における温度で形状変化が起こらない平坦な素材としては、具体的には、例えば、ステンレス板、チタン板、ニッケル板、マグネシウム板等が挙げられる。
In the present invention, the method of applying the load is preferably a method in which an oxide film is sandwiched and pressed by a flat material that does not change its shape at the temperature in the heat treatment.
By applying a load by this method, the obtained porous alumina membrane filter using the microstructure of the present invention has a more excellent flatness. This is considered to be because the reconstruction of the film shape due to the load described above easily proceeds.
Here, specific examples of the flat material that does not change its shape at the temperature in the heat treatment include a stainless steel plate, a titanium plate, a nickel plate, and a magnesium plate.
一方、上記加熱の温度(加熱温度)は、200℃以上であるのが好ましく、250℃以上であるのがより好ましく、300℃以上であるのが更に好ましい。
ただし、加熱温度が高すぎると、酸化皮膜(アルミナ)自体の熱変形性に影響し、平面性が低下する恐れがあるため、加熱温度は1500℃以下であるのが好ましく、1000℃以下であるのがより好ましく、800℃以下であるのが更に好ましい。
On the other hand, the heating temperature (heating temperature) is preferably 200 ° C. or higher, more preferably 250 ° C. or higher, and further preferably 300 ° C. or higher.
However, if the heating temperature is too high, the thermal deformation property of the oxide film (alumina) itself is affected, and the flatness may be lowered. Therefore, the heating temperature is preferably 1500 ° C. or less, and 1000 ° C. or less. It is more preferable that the temperature is 800 ° C. or lower.
また、上記加熱の時間(加熱時間)は、1分以上であるのが好ましく、10分以上であるのがより好ましく、30分以上であるのが更に好ましい。加熱時間が1分以上であると、上述した酸化皮膜内の残存応力が充分に緩和され、得られる微細構造体を用いたポーラスアルミナメンブレンフィルタの平坦性がより良好となる。
加熱時間の上限は、10時間以下であるのが好ましく、7時間以下であるのがより好ましく、5時間以下であるのが更に好ましい。10時間を超えての加熱は、得られる微細構造体を用いたポーラスアルミナメンブレンフィルタの平坦性の向上に寄与せず、また、酸化皮膜自体の破損等が生じる場合があるため好ましくない。
The heating time (heating time) is preferably 1 minute or more, more preferably 10 minutes or more, and further preferably 30 minutes or more. When the heating time is 1 minute or longer, the residual stress in the oxide film described above is sufficiently relaxed, and the flatness of the porous alumina membrane filter using the resulting fine structure becomes better.
The upper limit of the heating time is preferably 10 hours or less, more preferably 7 hours or less, and even more preferably 5 hours or less. Heating for more than 10 hours is not preferable because it does not contribute to improvement of the flatness of the porous alumina membrane filter using the resulting fine structure, and damage to the oxide film itself may occur.
本発明においては、上記加熱後の酸化皮膜を急速に冷却する態様が好ましい。
冷却する方法としては、具体的には、例えば、加熱後の酸化皮膜(微細構造体)を水等に直接投入する方法が挙げられる。
In this invention, the aspect which cools the oxide film after the said heating rapidly is preferable.
Specific examples of the cooling method include a method in which the heated oxide film (fine structure) is directly poured into water or the like.
<保護処理>
本発明においては、上記貫通化処理(C)の後、上記加熱処理(D)の前に、酸化皮膜の表面に水和を妨げる保護膜を形成する保護処理を施すのが好ましい。
保護処理では、図4に示すマイクロポア貫通孔18を有する陽極酸化皮膜14からなるポーラスアルミナメンブレンフィルターに対して、マイクロポア貫通孔18の内部を含めた陽極酸化皮膜14の表面全域にわたって、該陽極酸化皮膜の水和を妨げる保護膜を形成する。
<Protection treatment>
In the present invention, after the penetration treatment (C) and before the heat treatment (D), it is preferable to perform a protection treatment for forming a protective film that prevents hydration on the surface of the oxide film.
In the protection treatment, the porous alumina membrane filter composed of the
保護膜としては、Zr元素およびSi元素からなる群から選択される少なくとも1つを含有する無機保護膜、又は、水不溶性ポリマーを含有する有機保護膜が挙げられる。 Examples of the protective film include an inorganic protective film containing at least one selected from the group consisting of Zr element and Si element, or an organic protective film containing a water-insoluble polymer.
(無機保護膜)
Zr元素を有する保護膜の形成としては、特に限定されないが、例えば、ジルコニウム化合物が溶解している水溶液に直接浸せきして処理する方法が一般的であり、保護膜の強固性/安定性の観点からリン化合物をあわせて溶解させた水溶液を用いることが好ましい。
(Inorganic protective film)
The formation of the protective film containing the Zr element is not particularly limited, but, for example, a method in which the protective film is directly immersed in an aqueous solution in which a zirconium compound is dissolved is generally used. From the viewpoint of the robustness / stability of the protective film It is preferable to use an aqueous solution in which a phosphorus compound is dissolved together.
ジルコニウム化合物としては、ジルコニウム、フッ化ジルコニウム、フッ化ジルコン酸ナトリウム、フッ化ジルコン酸カルシウム、フッ化ジルコニウム、塩化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ硝酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムプロポキシド、ジルコニウムブトキシド、ジルコニウムアセチルアセトナート、テトラクロロビス(テトラヒドロフラン)ジルコニウム、ビス(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、ジシクロペンタジエニルジルコニウムジクロリド、エチレンビス(インデニル)ジルコニウム(IV)ジクロリド等が使用でき、特にフッ化ジルコン酸ナトリウムが好ましい。また濃度としては、保護膜厚の均一性の観点から、0.01〜10wt%が好ましく、0.05〜5wt%がより好ましい。 Zirconium compounds include zirconium, fluoride fluoride, sodium fluoride zirconate, calcium fluoride zirconate, zirconium fluoride, zirconium chloride, zirconium oxychloride, zirconium oxynitrate, zirconium sulfate, zirconium ethoxide, zirconium propoxide, zirconium Butoxide, zirconium acetylacetonate, tetrachlorobis (tetrahydrofuran) zirconium, bis (methylcyclopentadienyl) zirconium dichloride, dicyclopentadienylzirconium dichloride, ethylenebis (indenyl) zirconium (IV) dichloride, etc. can be used. Sodium fluorinated zirconate is preferred. Moreover, as a density | concentration, 0.01-10 wt% is preferable from a viewpoint of the uniformity of a protective film thickness, and 0.05-5 wt% is more preferable.
リン化合物としては、リン酸、リン酸ナトリウム、リン酸カルシウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸水素カルシウム等が使用でき、特にリン酸水素ナトリウムが好ましい。また濃度としては、保護膜厚の均一性の観点から、0.1〜20wt%が好ましく、0.5〜10wt%がより好ましい。 As the phosphorus compound, phosphoric acid, sodium phosphate, calcium phosphate, sodium hydrogen phosphate, calcium hydrogen phosphate and the like can be used, and sodium hydrogen phosphate is particularly preferable. Moreover, as a density | concentration, 0.1-20 wt% is preferable from a viewpoint of the uniformity of a protective film thickness, and 0.5-10 wt% is more preferable.
また、形成される保護膜の陽極酸化皮膜の水和を妨げる機能が向上することから、浸せき処理の際、ジルコニウム化合物が溶解している水溶液にタンニン酸を含めることが好ましい。この場合、水溶液中におけるタンニン酸の濃度は、0.05〜10wt%であることが好ましく、0.1〜5wt%がより好ましい。
また処理温度としては、0〜120℃が好ましく、20〜100℃がより好ましい。
Moreover, since the function which prevents the hydration of the anodic oxide film of the protective film formed improves, it is preferable to include tannic acid in the aqueous solution in which the zirconium compound is dissolved in the immersion treatment. In this case, the concentration of tannic acid in the aqueous solution is preferably 0.05 to 10 wt%, and more preferably 0.1 to 5 wt%.
Moreover, as processing temperature, 0-120 degreeC is preferable and 20-100 degreeC is more preferable.
Si元素を有する保護膜の形成としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属ケイ酸塩が溶解している水溶液に直接浸せきして処理する方法が一般的である。
アルカリ金属ケイ酸塩の水溶液は、ケイ酸塩の成分である酸化ケイ素SiO2とアルカリ金属酸化物M2Oの比率(一般に〔SiO2〕/〔M2O〕のモル比で表す)と濃度によって保護膜厚の調節が可能である。ここでMとしては、特にナトリウム、カリウムが好適に用いられる。
モル比としては、〔SiO2〕/〔M2O〕が0.1〜5.0が好ましく、0.5〜3.0がより好ましい。また、SiO2の含有量としては、0.1〜20質量%が好ましく、0.5〜10質量%がより好ましい。
The formation of the protective film containing Si element is not particularly limited, but, for example, a method in which the protective film is directly immersed in an aqueous solution in which an alkali metal silicate is dissolved is generally used.
The aqueous solution of the alkali metal silicate is composed of a ratio of silicon oxide SiO 2 and alkali metal oxide M 2 O (generally expressed as a molar ratio of [SiO 2 ] / [M 2 O]) and concentration. It is possible to adjust the protective film thickness. Here, as M, sodium and potassium are particularly preferably used.
As a molar ratio, [SiO 2 ] / [M 2 O] is preferably 0.1 to 5.0, and more preferably 0.5 to 3.0. The content of SiO 2, preferably from 0.1 to 20 mass%, 0.5 to 10 mass% is more preferable.
(有機保護膜)
有機保護膜としては、水不溶性ポリマーが溶解している有機溶剤に、直接浸せきしたのち、加熱処理により溶剤のみを揮発させる方法が好ましい。
(Organic protective film)
As the organic protective film, a method in which only the solvent is volatilized by heat treatment after being directly immersed in an organic solvent in which a water-insoluble polymer is dissolved is preferable.
水不溶性ポリマーとしては、例えば、ポリ塩化ビニリデン、ポリ(メタ)アクリロニトリル、ポリサルホン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、セロハン等が挙げられる。
また、有機溶剤としては、エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、1−メトキシ−2−プロパノール、2−メトキシエチルアセテート、1−メトキシ−2−プロピルアセテート、ジメトキシエタン、乳酸メチル、乳酸エチル、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラメチルウレア、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、トルエン、等が挙げられる。濃度としては、0.1〜50wt%が好ましく、1〜30wt%がより好ましい。
また、溶剤揮発時の加熱温度としては、30〜300℃が好ましく、50〜200℃がより好ましい。
Examples of the water-insoluble polymer include polyvinylidene chloride, poly (meth) acrylonitrile, polysulfone, polyvinyl chloride, polyethylene, polycarbonate, polystyrene, polyamide, cellophane and the like.
Examples of the organic solvent include ethylene dichloride, cyclohexanone, methyl ethyl ketone, methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol monomethyl ether, 1-methoxy-2-propanol, 2-methoxyethyl acetate, 1-methoxy-2-propyl acetate, dimethoxyethane. , Methyl lactate, ethyl lactate, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, tetramethylurea, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone, toluene, and the like. As a density | concentration, 0.1-50 wt% is preferable and 1-30 wt% is more preferable.
Moreover, as heating temperature at the time of solvent volatilization, 30-300 degreeC is preferable and 50-200 degreeC is more preferable.
保護膜形成処理後において、保護膜の膜厚は、1〜50nmであるのが好ましく、5〜25nmであるのが更に好ましい。 After the protective film formation treatment, the thickness of the protective film is preferably 1 to 50 nm, and more preferably 5 to 25 nm.
上述した各処理を施す本発明の微細構造体の製造方法により得られる微細構造体(以下、「本発明の微細構造体」という。)およびそれを用いたポーラスアルミナメンブレンフィルタ(以下、「本発明のポーラスアルミナメンブレンフィルタ」という。)は、平坦性が良好となる。
本発明においては、平滑性を「反り」で評価しているが、この反りは、微細構造体(ポーラスアルミナメンブレンフィルタ)の長さ方向の反りであってもよく、幅方向の反りであってもよい。
ここで、「反り」は、表面粗さ計やマイクロマップ計により測定することができるが、酸化皮膜表面の10ヶ所以上の任意の箇所において、幅10mmの直線状の凹凸(μm)を測定した際の最小値と最大値の差を算出した平均値をいう。
A fine structure (hereinafter referred to as “the fine structure of the present invention”) obtained by the method for producing a fine structure of the present invention, which is subjected to each treatment described above, and a porous alumina membrane filter (hereinafter referred to as “the present invention”) using the same. The porous alumina membrane filter ”) has good flatness.
In the present invention, the smoothness is evaluated by “warp”, but this warp may be a warp in the length direction of the fine structure (porous alumina membrane filter) or a warp in the width direction. Also good.
Here, “warp” can be measured by a surface roughness meter or a micromap meter, but a linear unevenness (μm) having a width of 10 mm was measured at an arbitrary position of 10 or more on the surface of the oxide film. The average value calculated the difference between the minimum and maximum values.
本発明の微細構造体および本発明のポーラスアルミナメンブレンフィルタは、その酸化皮膜表面の幅10mmあたりの反りの大きさが20μm以下となり、平滑性に非常に優れるものである。
また、加熱処理(D)における荷重が1.0g/cm2以上、加熱温度が200℃以上、加熱時間が1分以上の場合は、幅10mmあたりの反りの大きさが15μm以下となり、平滑性がより良好となる。
更に、加熱処理(D)における荷重が1.5g/cm2以上、加熱温度が250℃以上、加熱時間が10分以上の場合は、幅10mmあたりの反りの大きさが10μm以下となり、平滑性が更に良好となる。
In the microstructure of the present invention and the porous alumina membrane filter of the present invention, the warpage per 10 mm width on the surface of the oxide film is 20 μm or less, and the smoothness is extremely excellent.
In addition, when the load in the heat treatment (D) is 1.0 g / cm 2 or more, the heating temperature is 200 ° C. or more, and the heating time is 1 minute or more, the warpage per 10 mm width is 15 μm or less, and the smoothness Is better.
Furthermore, when the load in the heat treatment (D) is 1.5 g / cm 2 or more, the heating temperature is 250 ° C. or more, and the heating time is 10 minutes or more, the warpage per 10 mm width is 10 μm or less, and the smoothness Is even better.
本発明の微細構造体および本発明のポーラスアルミナメンブレンフィルタは、その酸化皮膜に存するマイクロポアに関し、1μm2の範囲において、ポア径の分散が平均径の3%以内であることが好ましく、2%以内であることがより好ましい。なお、上述したように、ポア径の平均径および分散はそれぞれ下記式で求めることができる。
ポア径の分散が平均径の3%以内であると、その微細構造体を用いたポーラスアルミナメンブレンフィルタの耐圧性が向上し、濾過流量がより良好となる。
平均径:μx=(1/n)ΣXi
分散:σ2=(1/n)(ΣXi2)−μx 2
分散/平均径=σ/μx≦0.03
ここでXiは、1μm2の範囲で測定された1個のマイクロポアのポア径である。
The microstructure of the present invention and the porous alumina membrane filter of the present invention are related to the micropores present in the oxide film, and the pore diameter dispersion is preferably within 3% of the average diameter in the range of 1 μm 2. Is more preferable. As described above, the average pore diameter and the dispersion can be obtained by the following equations, respectively.
When the pore diameter dispersion is within 3% of the average diameter, the pressure resistance of the porous alumina membrane filter using the fine structure is improved, and the filtration flow rate becomes better.
Average diameter: μ x = (1 / n) ΣXi
Dispersion: σ 2 = (1 / n) (ΣXi 2 ) −μ x 2
Dispersion / average diameter = σ / μ x ≦ 0.03
Here, Xi is the pore diameter of one micropore measured in the range of 1 μm 2 .
本発明の微細構造体および本発明のポーラスアルミナメンブレンフィルタは、その酸化皮膜に存するマイクロポアに関し、下記式(1)により定義される規則化度が50%以上であることが好ましく、70%以上でありことがより好ましく、80%以上であることが更に好ましい。
マイクロポアの規則化度が50%以上であると、その微細構造体を用いたポーラスアルミナメンブレンフィルタの耐圧性が向上し、濾過流量がより良好となる。
The microstructure according to the present invention and the porous alumina membrane filter according to the present invention preferably have a degree of ordering defined by the following formula (1) of 50% or more and 70% or more with respect to the micropores present in the oxide film. It is more preferable that it is 80% or more.
When the degree of ordering of the micropores is 50% or more, the pressure resistance of the porous alumina membrane filter using the fine structure is improved, and the filtration flow rate becomes better.
規則化度(%)=B/A×100 (1) Ordering degree (%) = B / A × 100 (1)
上記式(1)中、Aは、測定範囲におけるマイクロポアの全数を表す。Bは、一のマイクロポアの重心を中心とし、他のマイクロポアの縁に内接する最も半径が短い円を描いた場合に、その円の内部に上記一のマイクロポア以外のマイクロポアの重心を6個含むことになる上記一のマイクロポアの測定範囲における数を表す。 In the above formula (1), A represents the total number of micropores in the measurement range. B is centered on the center of gravity of one micropore, and when a circle with the shortest radius inscribed in the edge of another micropore is drawn, the center of gravity of the micropore other than the one micropore is placed inside the circle. This represents the number in the measurement range of the one micropore to be included.
ここで、図5は、ポアの規則化度を算出する方法の説明図である。図5を用いて、上記式(1)をより具体的に説明する。
図5(A)に示されるマイクロポア1は、マイクロポア1の重心を中心とし、他のマイクロポアの縁に内接する最も半径が短い円3(マイクロポア2に内接している。)を描いた場合に、円3の内部にマイクロポア1以外のマイクロポアの重心を6個含んでいる。したがって、マイクロポア1は、Bに算入される。
図5(B)に示されるマイクロポア4は、マイクロポア4の重心を中心とし、他のマイクロポアの縁に内接する最も半径が短い円6(マイクロポア5に内接している。)を描いた場合に、円6の内部にマイクロポア4以外のマイクロポアの重心を5個含んでいる。したがって、マイクロポア4は、Bに算入されない。
また、図5(B)に示されるマイクロポア7は、マイクロポア7の重心を中心とし、他のマイクロポアの縁に内接する最も半径が短い円9(マイクロポア8に内接している。)を描いた場合に、円9の内部にマイクロポア7以外のマイクロポアの重心を7個含んでいる。したがって、マイクロポア7は、Bに算入されない。
Here, FIG. 5 is an explanatory diagram of a method for calculating the degree of ordering of pores. The above formula (1) will be described more specifically with reference to FIG.
The
The
In addition, the
本発明の微細構造体は、上述したように、酸化皮膜表面の平坦性から、ポーラスアルミナメンブランフィルタとして好適であるが、酸化皮膜のマイクロポアに、有機化合物や無機化合物、金属微粒子等を担持することもできる。 As described above, the fine structure of the present invention is suitable as a porous alumina membrane filter due to the flatness of the oxide film surface, but the micropores of the oxide film carry organic compounds, inorganic compounds, metal fine particles, and the like. You can also.
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。 The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.
(実施例1)
1.微細構造体(ポーラスアルミナメンブランフィルタ)の作製
(1)電解研磨処理
高純度アルミニウム基板(住友軽金属社製、純度99.99質量%、厚さ0.4mm)を、10cm四方の面積で陽極酸化処理できるようカットした後、以下組成の電解研磨液を用いて、電圧25V、液温度65℃、液流速3.0m/minの条件で電解研磨処理を施した。
陰極はカーボン電極とし、電源は、GP0110−30R(高砂製作所社製)を用いた。また、電解液の流速は渦式フローモニターFLM22−10PCW(AS ONE製)を用いて計測した。
Example 1
1. Production of microstructure (porous alumina membrane filter) (1) Electropolishing treatment Anodizing a high purity aluminum substrate (manufactured by Sumitomo Light Metal Co., Ltd., purity 99.99 mass%, thickness 0.4 mm) in an area of 10 cm square After being cut as possible, an electropolishing treatment was performed using an electropolishing liquid having the following composition under conditions of a voltage of 25 V, a liquid temperature of 65 ° C., and a liquid flow rate of 3.0 m / min.
The cathode was a carbon electrode, and GP0110-30R (manufactured by Takasago Seisakusho) was used as the power source. The flow rate of the electrolytic solution was measured using a vortex flow monitor FLM22-10PCW (manufactured by AS ONE).
<電解研磨液組成>
・85質量%リン酸(和光純薬社製試薬) 660mL
・純水 160mL
・硫酸 150mL
・エチレングリコール 30mL
<Electrolytic polishing liquid composition>
-660 mL of 85% phosphoric acid (reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
・ Pure water 160mL
・ Sulfuric acid 150mL
・ Ethylene glycol 30mL
(2)陽極酸化処理
上記で得られた電解研磨処理後のサンプルに、0.30mol/L硫酸の電解液で、電圧25V、液温度15℃、液流速3.0m/minの条件で1時間陽極酸化処理を施した。更に陽極酸化処理後のサンプルに、0.5mol/Lリン酸の混合水溶液を用いて40℃の条件で20分間浸漬して脱膜処理を施した。
これらの処理をこの順に4回繰り返した後、0.30mol/L硫酸の電解液で、電圧25V、液温度15℃、液流速3.0m/minの条件で5時間再陽極酸化処理を施し、更に、0.5mol/Lリン酸の混合水溶液を用いて40℃の条件で20分間浸漬させて脱膜処理を施すことにより、アルミニウム基板12表面に、マイクロポア16が直管状で且つハニカム状に配列された陽極酸化皮膜14を形成させた(図1(D)、図2参照。)。
(2) Anodizing treatment The electropolished sample obtained above was subjected to 0.30 mol / L sulfuric acid electrolytic solution for 1 hour under conditions of a voltage of 25 V, a liquid temperature of 15 ° C., and a liquid flow rate of 3.0 m / min. Anodized. Further, the anodized sample was immersed in a mixed solution of 0.5 mol / L phosphoric acid for 20 minutes at 40 ° C. for film removal.
After these treatments were repeated four times in this order, re-anodization treatment was performed for 5 hours with an electrolyte of 0.30 mol / L sulfuric acid under conditions of a voltage of 25 V, a liquid temperature of 15 ° C., and a liquid flow rate of 3.0 m / min. Further, the
なお、陽極酸化処理および再陽極酸化処理ともに、陰極はステンレス電極とし、電源は、GP0110−30R(高砂製作所社製)を用いた。また、冷却装置としては、NeoCool BD36(ヤマト科学社製)を用い、かくはん加温装置として、ペアスターラー PS−100(EYELA社製)を用いた。電解液の流速は渦式フローモニターFLM22−10PCW(AS ONE製)を用いて計測した。 In both the anodic oxidation treatment and the re-anodic oxidation treatment, the cathode was a stainless electrode, and the power supply was GP0110-30R (manufactured by Takasago Seisakusho). In addition, NeoCool BD36 (manufactured by Yamato Kagaku Co.) was used as the cooling device, and Pear Stirrer PS-100 (manufactured by EYELA) was used as the stirring and heating device. The flow rate of the electrolyte was measured using a vortex flow monitor FLM22-10PCW (manufactured by AS ONE).
(3)分離処理
上記で得られた陽極酸化処理後のサンプルを、2mol/L塩化水銀水溶液を用いて、20℃、3時間浸漬させることにより、アルミニウム基板12を溶解して除去し、マイクロポア16を有する陽極酸化皮膜14からなるサンプルを作製した(図3参照。)。
(3) Separation treatment The sample after the anodization treatment obtained above is immersed in a 2 mol / L mercury chloride aqueous solution at 20 ° C. for 3 hours to dissolve and remove the
(4)貫通化処理
上記で得られた分離処理後のサンプルを、5質量%リン酸を用いて、30℃、30分間浸漬処理することにより、マイクロポア貫通孔16を有する陽極酸化皮膜12からなるサンプルを作製した(図4参照。)。
(4) Penetration treatment The sample after the separation treatment obtained above is immersed in 30% at 30 ° C. using 5% by mass phosphoric acid to thereby remove the
(5)加熱処理
上記で得られた貫通化処理後のサンプルを、ステンレス板で挟み、2.0g/cm2の荷重を加えた状態で、400℃の温度で1時間加熱処理を施し、実施例1の微細構造体サンプルを作製した。
(5) Heat treatment The sample after the penetration treatment obtained above was sandwiched between stainless plates, and subjected to heat treatment at a temperature of 400 ° C. for 1 hour with a load of 2.0 g / cm 2 applied. The microstructure sample of Example 1 was produced.
(実施例2)
加熱処理の荷重を10.0g/cm2とした以外は、実施例1と同様の方法により、実施例2の微細構造体サンプルを作製した。
(Example 2)
A microstructure sample of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment load was 10.0 g / cm 2 .
(実施例3)
加熱処理の荷重を0.6g/cm2とした以外は、実施例1と同様の方法により、実施例3の微細構造体サンプルを作製した。
(Example 3)
A microstructure sample of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment load was 0.6 g / cm 2 .
(実施例4)
陽極酸化処理によるマイクロポア形成処理で使用する電解液を、0.50mol/Lシュウ酸の電解液とし、電圧を40Vとした以外は、実施例1と同様の方法により、実施例4の微細構造体サンプルを作製した。
Example 4
The microstructure of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte used in the micropore formation process by anodization was an electrolyte of 0.50 mol / L oxalic acid and the voltage was 40V. A body sample was prepared.
(実施例5)
陽極酸化処理によるマイクロポア形成処理で使用する電解液を、0.30mol/Lリン酸の電解液とし、電圧を195Vとし、脱膜処理で使用するリン酸混合水溶液の濃度を1.0mol/Lとした以外は、実施例1と同様の方法により、実施例5の微細構造体サンプルを作製した。
(Example 5)
The electrolyte used in the micropore formation process by anodizing is 0.30 mol / L phosphoric acid, the voltage is 195 V, and the concentration of the phosphoric acid mixed aqueous solution used in the film removal process is 1.0 mol / L. A microstructure sample of Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that.
(実施例6)
加熱処理の処理時間を30分とした以外は、実施例1と同様の方法により、実施例6の微細構造体サンプルを作製した。
(Example 6)
A microstructure sample of Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment time was 30 minutes.
(実施例7)
加熱処理の処理時間を10時間とした以外は、実施例1と同様の方法ににより、実施例7の微細構造体サンプルを作製した。
(Example 7)
A microstructure sample of Example 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment time was 10 hours.
(実施例8)
加熱処理の処理温度を100℃とした以外は、実施例1と同様の方法により、実施例8の微細構造体サンプルを作製した。
(Example 8)
A microstructure sample of Example 8 was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 100 ° C.
(比較例1)
加熱処理を省略した以外は、実施例1と同様の方法ににより、比較例1の微細構造体サンプルを作製した。
(Comparative Example 1)
A microstructure sample of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was omitted.
(比較例2)
加熱処理を省略した以外は、実施例4と同様の方法により、比較例2の微細構造体サンプルを作製した。
(Comparative Example 2)
A microstructure sample of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 4 except that the heat treatment was omitted.
(比較例3)
加熱処理を省略した以外は、実施例5と同様の方法により、比較例3の微細構造体サンプルを作製した。
(Comparative Example 3)
A microstructure sample of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 5 except that the heat treatment was omitted.
(比較例4)
加熱処理の温度を150℃、加熱時間を5分、荷重0.1g/cm2とした以外は、実施例1と同様の方法により、比較例4の微細構造体サンプルを作製した。
(Comparative Example 4)
A microstructure sample of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the heat treatment was 150 ° C., the heating time was 5 minutes, and the load was 0.1 g / cm 2 .
(比較例5)
加熱処理の温度を50℃、加熱時間を5分、荷重0.5g/cm2とした以外は、実施例1と同様の方法により、比較例5の微細構造体サンプルを作製した。
(Comparative Example 5)
A microstructure sample of Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the heat treatment was 50 ° C., the heating time was 5 minutes, and the load was 0.5 g / cm 2 .
2.微細構造体(ポーラスアルミナメンブランフィルタ)の形状解析
実施例1〜8および比較例1〜5で作製した微細構造体サンプルについて、陽極酸化皮膜表面の任意の個所を10個所選び、それぞれの個所について、表面粗さ計Surfcom(アクレーテク社)を用いて幅10mmあたりの反りの大きさを測定し、その平均値を算出した。その結果を第1表に記す。
2. Shape analysis of microstructure (porous alumina membrane filter) For the microstructure samples prepared in Examples 1-8 and Comparative Examples 1-5, select 10 arbitrary locations on the anodized film surface, and for each location, The amount of warpage per 10 mm width was measured using a surface roughness meter Surfcom (Aclaytech), and the average value was calculated. The results are shown in Table 1.
また、実施例1〜8および比較例1〜5で作製した微細構造体サンプルの表面写真(倍率20000倍)をFE−SEMにより撮影し、1μm×1μmの視野に存在するマイクロポアについて、平均径およびポア径の分散を下記式により求め、分散/平均径を求めた。その結果を第1表に示す。
平均径:μx=(1/n)ΣXi
分散:σ2=(1/n)(ΣXi2)−μx 2
分散/平均径=σ/μx
ここでXiは、1μm2の範囲で測定された1個のマイクロポアのポア径である。
Moreover, the surface diameters (magnification 20000 times) of the microstructure samples prepared in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5 were photographed with FE-SEM, and the average diameter of the micropores existing in the 1 μm × 1 μm visual field. And the dispersion of the pore diameter was determined by the following formula, and the dispersion / average diameter was determined. The results are shown in Table 1.
Average diameter: μ x = (1 / n) ΣXi
Dispersion: σ 2 = (1 / n) (ΣXi 2 ) −μ x 2
Dispersion / average diameter = σ / μ x
Here, Xi is the pore diameter of one micropore measured in the range of 1 μm 2 .
更に、同じく任意のマイクロポア300個を用いて、下記式(1)で定義される規則化度を求めた。結果、規則化度は90%であった。
規則化度(%)=B/A×100 (1)
上記式(1)中、Aは、測定範囲におけるマイクロポアの全数を表す。Bは、一のマイクロポアの重心を中心とし、他のマイクロポアの縁に内接する最も半径が短い円を描いた場合に、その円の内部に前記一のマイクロポア以外のマイクロポアの重心を6個含むことになる前記一のマイクロポアの測定範囲における数を表す。
Furthermore, the degree of ordering defined by the following formula (1) was determined using 300 arbitrary micropores. As a result, the degree of ordering was 90%.
Ordering degree (%) = B / A × 100 (1)
In the above formula (1), A represents the total number of micropores in the measurement range. B is centered on the center of gravity of one micropore, and when a circle with the shortest radius inscribed in the edge of another micropore is drawn, the center of gravity of the micropore other than the one micropore is placed inside the circle. This represents the number in the measurement range of the one micropore to be included.
3.ポーラスアルミナメンブランフィルタとしての濾過特性
実施例1〜8および比較例1〜5で作製した微細構造体サンプルのポーラスアルミナメンブランフィルタとしての濾過特性を評価した。
具体的には、1.0kgf・cmcm-2の駆動圧力で濾過時間0〜100分間の20℃純水の濾過流量を求めた。値が大きいほど、フィルタとしての濾過特性が良好であるといえる。その結果を第1表に示す。
3. Filtration characteristics as a porous alumina membrane filter The filtration characteristics as a porous alumina membrane filter of the microstructure samples prepared in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5 were evaluated.
Specifically, the filtration flow rate of 20 ° C. pure water with a driving pressure of 1.0 kgf · cm cm −2 and a filtration time of 0 to 100 minutes was determined. It can be said that the larger the value, the better the filtering characteristics as a filter. The results are shown in Table 1.
第1表に示すように、所定の荷重をかけた状態の加熱処理を施して作製した実施例1〜8の微細構造体サンプルは、いずれも、平坦性に優れ、ポーラスアルミナメンブレンフィルタとしての濾過流量も100ml/cm2以上と良好であることが分かった。
これに対し、加熱処理を施さずに作製した比較例1〜3の微細構造体サンプルや所定の荷重に満たない状態での加熱処理を施して作製した比較例4および所定の温度に満たない状態での加熱処理を施して作製した比較例5の微細構造体サンプルは、いずれも反りが大きく、平坦性に劣ることが分かった。
As shown in Table 1, all of the microstructure samples of Examples 1 to 8 produced by performing heat treatment under a predetermined load are excellent in flatness and filtered as porous alumina membrane filters. It was found that the flow rate was as good as 100 ml / cm 2 or more.
On the other hand, the microstructure sample of Comparative Examples 1 to 3 produced without heat treatment and Comparative Example 4 produced by heat treatment in a state of less than a predetermined load and a state of less than a predetermined temperature It was found that all of the microstructure samples of Comparative Example 5 produced by performing the heat treatment in were warped and inferior in flatness.
1、2、4、5、7、8 マイクロポア
3、6、9 円
12、12a、12b、 アルミニウム基板
14、14a、14b、14c、14d 陽極酸化皮膜
16、16a、16b、16c、16d マイクロポア
18:マイクロポア貫通孔
20 異形部分
30 変曲点
1, 2, 4, 5, 7, 8
Claims (5)
前記陽極酸化処理後にアルミニウム基板を除去し、前記酸化皮膜をアルミニウム基板から分離する分離処理と、
前記分離処理により分離された酸化皮膜のマイクロポアを貫通させる貫通化処理と、
前記貫通化処理によりマイクロポアを貫通した酸化皮膜を、0.5g/cm2以上の荷重をかけながら、100℃以上の温度で加熱する加熱処理と、
を少なくともこの順に施すことにより、表面にマイクロポアを有する微細構造体を得る、微細構造体の製造方法。 Anodizing to form an oxide film having micropores by anodizing an aluminum substrate;
A separation treatment for removing the aluminum substrate after the anodizing treatment and separating the oxide film from the aluminum substrate;
A penetration treatment for penetrating the micropores of the oxide film separated by the separation treatment;
A heat treatment in which the oxide film penetrating the micropores by the penetration treatment is heated at a temperature of 100 ° C. or higher while applying a load of 0.5 g / cm 2 or more;
A method for producing a fine structure, in which a fine structure having micropores on the surface is obtained by applying at least in this order.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010189688A (en) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Fujifilm Corp | Method of producing microstructure and microstructure |
| US11230786B2 (en) * | 2019-06-17 | 2022-01-25 | Nanopec, Inc. | Nano-porous anodic aluminum oxide membrane for healthcare and biotechnology |
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|---|---|---|---|---|
| JP2004285404A (en) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | Anodized porous alumina and method for producing the same |
| JP2005307341A (en) * | 2004-03-23 | 2005-11-04 | Fuji Photo Film Co Ltd | Fine structural body and method of producing the same |
-
2007
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Patent Citations (2)
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