專利名稱:高純鋁在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種高純鋁在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光方法,其屬于材料化學(xué) 和電化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
多孔陽極氧化鋁膜以其優(yōu)良的自組織、高度規(guī)則陣列和有序納米孔徑等特 點(diǎn)不僅在制備納米材料和納米結(jié)構(gòu)方面吸引了極大的關(guān)注,而且在電子和信息 存儲(chǔ)領(lǐng)域有著極大的發(fā)展?jié)摿ΑdX經(jīng)過陽極處理后產(chǎn)生之多孔性氧化鋁膜,一 方面可以用來作為一維納米結(jié)構(gòu)模板,用于制備納米管、納米線、納米柱等。 其制備方法簡便、成本低廉、可大面積制備、且孔洞大小與膜厚可經(jīng)氧化條件 的改變而進(jìn)行控制,使得多孔陽極氧化鋁膜日益受到人們的重視。另一方面, 純鋁的表面結(jié)構(gòu)可影響氧化鋁膜孔的生成,可將陽極氧化鋁膜的孔洞圖案化。
最近人們發(fā)現(xiàn)了兩種電化學(xué)方法可用來在鋁表形成自組裝納米結(jié)構(gòu)。電化 學(xué)拋光和陽極氧化是兩種圖案化技術(shù)可在鋁表面自發(fā)形成二維量子點(diǎn)陣。采用
陽極氧化技術(shù),將鋁在酸性電解液中陽極氧化超過10小時(shí),去除氧化膜后, 再進(jìn)行二次陽極氧化,從而得到有序的六角圖案。獲得六角圖案的間距為60 200納米。同二次陽極氧化相比,電化學(xué)拋光是一種更迅速的陽極溶解過程, 可將鋁表面的初始缺陷迅速轉(zhuǎn)變成為非常規(guī)則的納米條紋。目前報(bào)道的影響納 米條紋間距的因素主要有電解液的成分,鋁表面的晶向以及拋光過程中采用的 電壓。但超聲攪拌對(duì)拋光表面形貌的影響還沒有相關(guān)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種高純鋁在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光方法,其目的是在鋁表 面形成納米級(jí)條紋狀的自組織結(jié)構(gòu)和拋光表面的成分為非晶態(tài)氧化鋁。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種高純鋁在超聲攪拌下的 電化學(xué)拋光方法,其采用的步驟如下
(a)、將高純鋁箔在無水乙醇中超聲震蕩5 10 min后,用去離子水清
洗;(b) 、浸在1.0 2. Omol r1, 60 80 。C的氫氧化鈉中30 60 s去除天 然氧化膜,取出后立刻浸在1.0 2.0 mol T硝酸中15 30 s進(jìn)行中和,用去 離子水沖洗,吹干;
(c) 、將上述預(yù)處理過的鋁箔做陽極,以鉑片為陰極,參比電極為飽和甘 汞電極,在恒電位儀上進(jìn)行電化學(xué)拋光,電拋光溶液是由無水乙醇和高氯酸組 成的混合液;
(d) 、將電解容器放入超聲波清洗機(jī)內(nèi),控制超聲頻率為45 55kHz,電 流密度為25 35 mA/cm2,陽極電位為1 3 V;
(e) 、拋光后將鋁箔在流動(dòng)水中清洗,然后在去離子水中沖洗,吹干。 在所述的電拋光液中,高氯酸占總體積百分比為80 90%,無水乙醇占總
體積百分比為10 20 %;所述的電拋光溶液工作溫度為10 40°C,拋光時(shí)間 為1 3 min。
本發(fā)明的有益效果是由于這種高純鋁在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光方法, 將高純鋁箔在無水乙醇中超聲震蕩用去離子水清洗,在氫氧化鈉中去除天然氧 化膜;將這樣預(yù)處理過的鋁箔做陽極,以鉑片為陰極,參比電極為飽和甘汞電 極,電拋光溶液是由無水乙醇和高氯酸組成的混合液;將電解容器放入超聲波 清洗機(jī)內(nèi),在恒電位儀上進(jìn)行電化學(xué)拋光。發(fā)現(xiàn)在鋁表面形成納米級(jí)條紋狀的 自組織結(jié)構(gòu),采用原子力顯微鏡對(duì)這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)在超聲攪拌下,條紋 狀納米結(jié)構(gòu)的尺寸發(fā)生改變;通過拉曼光譜和X射線衍射對(duì)拋光表面成分進(jìn)行 分析,表明拋光表面的成分為非晶態(tài)氧化鋁。
圖1采用超聲攪拌前后高純鋁在高氯酸和乙醇比例為5:1的混合溶液中的 陽極極化曲線
圖2使用超聲攪拌后拋光表面的X射線衍射圖。 圖3采用超聲攪拌后拋光表面的拉曼光譜圖。
圖中a、 c、 e、無超聲攪拌時(shí)的性能曲線,b、 d、 f、有超聲攪拌時(shí)的性 能曲線。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光的步驟如下
(a) 將純度為99.99 %,厚度為O. 15 mm的高純鋁箔,在無水乙醇中超聲 震蕩5 min后用去離子水清洗;
(b) 浸在1. 5 mol I—1, 60。C的氫氧化鈉中30 s去除天然氧化膜,取出后 立刻浸在1.5 mol 1—'硝酸中15 s進(jìn)行中和,用去離子水沖洗,吹干;
(c) 將上述預(yù)處理過的鋁箔做陽極,以鉑片為陰極,參比電極為飽和甘汞 電極,電拋光溶液由70 72 %高氯酸和99. 7 %無水乙醇組成,體積比為5:1。
(d) 將電解池放入超聲波清洗機(jī),控制超聲頻率為40 kHz,在恒電位儀上 進(jìn)行電化學(xué)拋光,拋光時(shí)間為2 min,陽極電位為2 V;
(e) 拋光后將試樣在流動(dòng)水中清洗,然后在去離子水中沖洗,吹干。
圖1比較了采用超聲攪拌前后高純鋁在高氯酸和乙醇比例為5:1的混合溶 液中的陽極極化曲線。結(jié)果表明在采用了超聲攪拌后由于超聲作用降低了極化 曲線直線部分的切線斜率,對(duì)電拋光的極限電壓和電流沒有影響。為了進(jìn)一步 研究超聲攪拌對(duì)拋光行為的影響,采用afm表征了在lHC104:5EtOH混合溶液, 電壓為2 V溫度為27 'C條件下使用超聲攪拌前后鋁拋光表面形貌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明采用超聲攪拌后均方根粗糙度從23.5 nm下降到17.4 nm 。此外還可看 到在該條件下高純鋁拋光表面出現(xiàn)自組織納米拋光條紋。在超聲攪拌的作用下 條紋間隔變窄。 一般來說超聲攪拌主要是通過超聲空化作用,使得溶液中空洞 或氣泡迅速形成和破壞。該攪拌的作用主要是去除陽極表面形成的氫氣泡。上 述結(jié)果表明了超聲波的加入可提高拋光效率,此外在外加超聲攪拌但其他實(shí)驗(yàn) 條件相同時(shí)鋁表面拋光條紋間隔變窄。
圖2所示為在使用超聲攪拌后拋光表面的X射線衍射圖。從圖上可看到衍 射角分別為21.32° , 44.62° , 64.98°和78.14°對(duì)應(yīng)鋁的晶面分別為 (110), (200), (220)和(311)。圖上沒有出現(xiàn)八1203晶胞只有鋁的峰值存在表 明拋光表面a:uo3層很薄或者該層為非晶態(tài)的。
圖3所示,為了進(jìn)一步證實(shí)拋光表面成分,我們采用拉曼光譜對(duì)該表面進(jìn) 行了成分分析。拉曼分析結(jié)果表明沒有明顯的特征峰,僅在200 1000 cm—!波段具有氧化鋁的非晶態(tài)特征。結(jié)合XRD的分析,拉曼光譜的分析結(jié)果表明拋光 表面主要是由非晶態(tài)氧化鋁組成。 實(shí)施例二
在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光的步驟如下
(a) 將純度為99.99 %,厚度為O. 15 mm的高純鋁箔,在無水乙醇中超聲 震蕩5 min后用去離子水清洗;
(b) 浸在1. 5 m0l 1—1, 60 。C的氫氧化鈉中30 s去除天然氧化膜,取出后 立刻浸在1.5 mol r硝酸中15 s進(jìn)行中和,用去離子水沖洗,吹干;
(c) 將上述預(yù)處理過的鋁箔做陽極,以鉑片為陰極,參比電極為飽和甘汞 電極。電拋光溶液由70 72%高氯酸和99.7%無水乙醇組成,體積比為8:1。
(d) 將電解池放入超聲波清洗機(jī),控制超聲頻率為50kHz,在恒電位儀上 進(jìn)行電化學(xué)拋光,拋光時(shí)間為3 min,陽極電位為2 V;
(e) 拋光后將試樣在流動(dòng)水中清洗,然后在去離子水中沖洗,吹干。 附加說明s表示時(shí)間秒,min表示時(shí)間分鐘。
權(quán)利要求
1、一種高純鋁在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光方法;其特征在于,采用的步驟如下(a)、將高純鋁箔在無水乙醇中超聲震蕩5~10min后,用去離子水清洗;(b)、浸在1.0~2.0mol l-1,60~80℃的氫氧化鈉中30~60s去除天然氧化膜,取出后立刻浸在1.0~2.0mol l-1硝酸中15~30s進(jìn)行中和,用去離子水沖洗,吹干;(c)、將上述預(yù)處理過的鋁箔做陽極,以鉑片為陰極,參比電極為飽和甘汞電極,在恒電位儀上進(jìn)行電化學(xué)拋光,電拋光溶液是由無水乙醇和高氯酸組成的混合液;(d)、將電解容器放入超聲波清洗機(jī)內(nèi),控制超聲頻率為45~55kHz,電流密度為25~35mA/cm2,陽極電位為1~3V;(e)、拋光后將鋁箔在流動(dòng)水中清洗,然后在去離子水中沖洗,吹干。
2、 據(jù)權(quán)利要求1所述的高純鋁在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光方法;其特征 在于在所述的電拋光液中,高氯酸占總體積百分比為80 90%,無水乙醇占 總體積百分比為10 20 %。
3、 據(jù)權(quán)利要求2所述的高純鋁在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光方法;其特征 在于所述的電拋光溶液工作溫度為10 40 °C,拋光時(shí)間為1 3 min。
全文摘要
一種高純鋁在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光方法,其屬于材料化學(xué)和電化學(xué)領(lǐng)域。由于在超聲攪拌下的電化學(xué)拋光方法是將高純鋁箔在無水乙醇中超聲震蕩用去離子水清洗,在氫氧化鈉中去除天然氧化膜;將這樣預(yù)處理過的鋁箔做陽極,以鉑片為陰極,參比電極為飽和甘汞電極,電拋光溶液是由無水乙醇和高氯酸組成的混合液;將電解容器放入超聲波清洗機(jī)內(nèi),在恒電位儀上進(jìn)行電化學(xué)拋光。發(fā)現(xiàn)在鋁表面形成納米級(jí)條紋狀的自組織結(jié)構(gòu),采用原子力顯微鏡對(duì)這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)在超聲攪拌下,條紋狀納米結(jié)構(gòu)的尺寸發(fā)生改變;通過拉曼光譜和X射線衍射對(duì)拋光表面成分進(jìn)行分析,表明拋光表面的成分為非晶態(tài)氧化鋁。
文檔編號(hào)C25F3/20GK101294298SQ200810010180
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者李淑英, 迪 馬 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)