工業(yè)純鋁陽極氧化膜阻擋層特性及其電沉積鎳納米線的研究

工業(yè)純鋁陽極氧化膜阻擋層特性及其電沉積鎳納米線的研究隨著信息化時(shí)代的發(fā)展,納米材料已經(jīng)全面走進(jìn)人們生活,降低生產(chǎn)成本、提高性能與生產(chǎn)效率是納米材料的研究重點(diǎn)之一。陽極氧化鋁(AnodicAluminumOxide,AAO)由于可控性高,工藝簡單,常作為模板,用于不同類型納米材料的制備。AAO模板常用高純鋁作為基體,高純鋁價(jià)格昂貴,生產(chǎn)成本高;其阻擋層具有絕緣特性,模板使用前需要復(fù)雜的預(yù)處理。本文采用工業(yè)純鋁(1090Al)作為原材料,分析其阻擋層的半導(dǎo)體特性,并利用此特性進(jìn)行了化學(xué)鍍、直流電沉積、脈沖電沉積金屬納米線,建立了沉積模型,研究了提高填充率的影響因素,主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:工業(yè)純鋁(1090Al)制備的AAO模板,由于雜質(zhì)元素在陽極氧化過程中被氧化或溶解,引發(fā)孔洞缺陷和分枝孔道的產(chǎn)生,因此模板有序度相對較差;伏安特性測試表明,1090AlAAO模板阻擋層在一定的負(fù)電位范圍內(nèi)呈現(xiàn)單向?qū)ㄌ匦?而高純鋁AAO模板阻擋層具有絕緣特性;莫特-肖特基(Mott-Schottky)分析表明,1090AlAAO模板的阻擋層具有n型半導(dǎo)體特性,其平帶電位為-1.7V,整流特性同樣證實(shí)了其半導(dǎo)體特征;基于阻擋層的電子導(dǎo)通特性,可在未去除鋁基底的AAO模板孔道內(nèi)直接進(jìn)行化學(xué)鍍,獲得銅納米線;化學(xué)鍍時(shí),模板阻擋層在整個(gè)反應(yīng)中保持完整,對模板進(jìn)行擴(kuò)孔處理有利于溶液的傳輸與離子的遷移。AAO模板直流電沉積結(jié)果表明,利用工業(yè)純鋁AAO模板阻擋層的半導(dǎo)體特性,可直接進(jìn)行直流電沉積,對模板孔徑進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)后,可制備出自支撐鎳納米線陣列;電沉積模型指出,鎳的成核和生長可同時(shí)發(fā)生在1090AlAAO模板孔道的頂端邊緣和底部,表面的鎳顆粒和生長出表面的鎳納米線結(jié)合可獲得光滑的鎳表面;1090AlAAO模板的厚度以及孔徑對電沉積鎳的填充率有重大影響,將陽極氧化24h的模板在30℃下的磷酸(5%)中擴(kuò)孔10分鐘后,可用直流電沉積獲得較大的鎳填充率。恒壓直流電沉積發(fā)現(xiàn),鎳的形核生長與電流分布有關(guān),電流分布均勻有利于整體形核,電流分布不均容易引起局部生長過快,直流電壓源不利于離子的及時(shí)補(bǔ)充,難以控制電流密度的變化,容易引起電流分布不均,不適于制備大填充率的鎳納米線陣列;而電流源脈沖電沉積有利于離子的及時(shí)補(bǔ)充,能夠保證電流的均勻分布,提升模板填充率;利用逐步增加電流密度的脈沖電沉積方法,能有效提升形核驅(qū)動力,