专利名称：一种刻蚀图案引导制备氧化铝模板的方法
技术领域：
本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种刻蚀图案引导制备氧化铝模板的方法。
背景技术：
近年来，阳极氧化由于能够制备出六边形排列的纳米孔而引起广泛关注。该模板 廉价易得，一般的实验室都能制备。只要以一定浓度的草酸、硫酸或磷酸等为电解液，施加 适当的电压对铝片进行阳极氧化，就可以获得自组装的纳米孔阵列，通过改变施加电压，阳 极氧化时间或者电解液的温度，可以调整纳米孔洞的直径和深度。然而现有技术中阳极氧化所得的氧化铝模板存在以下不足一是纳米孔阵列和孔 尺寸并不严格一致；二是在较大的面积范围内(微米级)，纳米图案会出现较大偏差；三是纳 米图案难以精密化。这些问题不解决，所使用的AAO模板将会把这些缺陷传递给所制备的 纳米结构材料，影响所制备材料的性能。多年来，人们采取多种方法来改善AAO模板的有序性，但效果不太理想。因此迫切需要制备高度有序化的模板来满足磁存储、光电子器件、生物传感器等方面的应用需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种刻蚀图案引导制备氧化铝模板的方法，解决了现有技术 中存在纳米孔阵列和孔尺寸不一致；在较大的面积范围内(微米级)，纳米图案会出现较大 偏差的问题。本发明所采用的技术方案是，一种刻蚀图案引导制备氧化铝模板的方法，该方法 按照以下步骤具体实施
步骤1、选择高纯铝片为原料，经过机械抛光后，在氩气氛围中，450-550°C热处理 12-24h，随后在质量浓度为0. 4%-0. 7%的氢氧化钠溶液中浸泡5-15min，依次用蒸馏水、酒 精、丙酮浸泡，再用蒸馏水漂洗，然后在由高氯酸与乙醇体积比为1 :3. 5-4. 5组成的电解液 中进行电抛光，电抛光电压控制在12-15V ；
步骤2、依据电解液所制备的氧化铝模板的结构尺寸设计纳米孔图案，用聚焦离子束在 步骤1得到的电抛光铝片上刻蚀设计图案；
步骤3、以步骤2完成刻蚀图案的铝片为阳极，以Pt网为阴极，采用一次阳极氧化法制 备氧化铝模板，阳极氧化参数为电解液温度保持在0-5°C，电解液选用草酸、硫酸或磷酸， 相应控制施加电压和阳极氧化时间，最后得到带有刻蚀设计图案的氧化铝模板。
本发明方法的有益效果是，制备的氧化铝模板，孔径和孔间距调整精确，与没有刻蚀的区域对比，刻蚀区域的纳米孔阵列和孔尺寸几乎完全一致。
图1为本发明实施例6中设计图案为50nm孔径，400nm孔间距的高纯铝片SEM图； 图2为图1中的高纯铝片经离子束刻蚀后的SEM图3为图2中刻蚀后的高纯铝片在0. 2M的磷酸中阳极氧化后的SEM图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明所述刻蚀图案引导制备氧化铝模板的方法，按照以下步骤实施
步骤1、选择纯度为99. 999%、厚度为0. 3mm的高纯铝片为原料，经过机械抛光后，在氩 气氛围中，450-550°C热处理12-24h，随后在质量浓度为0. 4%-0. 7%的氢氧化钠溶液中浸泡 5-15min，依次用蒸馏水、酒精、丙酮浸泡，再用蒸馏水漂洗，然后在由高氯酸与乙醇体积比 为1 :3. 5-4. 5组成的电解液中进行电抛光，电抛光电压控制在12-15V。步骤2、依据氧化铝模板的结构尺寸，设计孔径为50nm、孔间距在100nm-400nm之 间的纳米孔图案，用聚焦离子束在步骤1得到的电抛光铝片上刻蚀设计图案。步骤3、以步骤2完成刻蚀图案的铝片为阳极，以Pt网为阴极，采用一次阳极氧化 法制备氧化铝模板，阳极氧化参数为电解液温度保持在0-5°C，电解液选用0. 3-0. 35M的 草酸，施加电压为60-65V，阳极氧化时间为100-120min ；或选用0. 3-0. 35M的硫酸，施加电 压为25-30V，阳极氧化时间为10-12min ；或选用0. 2-0. 25M的磷酸，施加电压为140-150V， 阳极氧化时间为10-12min，最后得到纳米孔阵列和孔尺寸几乎完全一致的氧化铝模板。实施例1
步骤1、选择纯度为99. 999%、厚度为0. 3mm的高纯铝片为原料，经过机械抛光后，在氩 气氛围中，在450°C热处理24h，随后在质量浓度为0. 5%的氢氧化钠溶液浸泡5min，依次用 蒸馏水-酒精-丙酮浸泡-蒸馏水漂洗，然后在由高氯酸与乙醇体积比为1 :4组成的电解 液中进行电抛光，电抛光电压为12V。步骤2、设计孔径为50nm、孔间距为IOOnm的纳米孔图案，用聚焦离子束将该图案 刻蚀在电抛光铝片上。步骤3、以步骤2刻蚀图案的铝片为阳极，以Pt网为阴极，采用一次阳极氧化法制 备氧化铝模板，阳极氧化参数为电解液温度保持在0°c，电解液为0. 3M的草酸，施加电压 为60V，阳极氧化时间为120min，得到孔间距为IOOnm的氧化铝模板。实施例2
步骤1、选择纯度为99. 999%、厚度为0. 3mm的高纯铝片为原料，经过机械抛光后，在氩 气氛围中，在550°C热处理12h，随后在质量浓度为0. 4%的氢氧化钠溶液浸泡15min，依次用蒸馏水-酒精-丙酮浸泡-蒸馏水漂洗，然后在由高氯酸与乙醇体积比为1 :4.5组成的电 解液中进行电抛光，电抛光电压为15V。 步骤2、设计孔径为50nm、孔间距为IOOnm的纳米孔图案，用聚焦离子束将该图案 刻蚀在电抛光铝片上。步骤3、以步骤2刻蚀图案的铝片为阳极，以Pt网为阴极，采用一次阳极氧化法制 备氧化铝模板，阳极氧化参数为电解液温度保持在5°C，电解液为0. 35M的硫酸，施加电压 为30V，阳极氧化时间为12min，得到孔间距为IOOnm的氧化铝模板。实施例3
步骤1、选择纯度为99. 999%、厚度为0. 3mm的高纯铝片为原料，经过机械抛光后，在 500°C下氩气中热处理20h，随后在质量浓度为0. 7%的氢氧化钠溶液浸泡lOmin，依次用蒸 馏水-酒精-丙酮浸泡-蒸馏水漂洗，然后在由高氯酸与乙醇体积比为1 :3. 5组成的电解 液中进行电抛光，电抛光电压为14V。步骤2、设计孔径为50nm、孔间距为IOOnm的纳米孔图案，用聚焦离子束将该图案 刻蚀在电抛光铝片上。步骤3、以步骤2刻蚀图案的铝片为阳极，以Pt网为阴极，采用一次阳极氧化法制 备氧化铝模板，阳极氧化参数为电解液温度保持在2°C，电解液为0. 24M的磷酸，施加电压 为140V，阳极氧化时间为lOmin，得到孔间距为IOOnm的氧化铝模板。实施例4
步骤1、选择纯度为99. 999%、厚度为0. 3mm的高纯铝片为原料，经过机械抛光后，在氩 气氛围中，在500°C热处理15h，随后在质量浓度为0. 5%的氢氧化钠溶液浸泡lOmin，依次用 蒸馏水-酒精-丙酮浸泡-蒸馏水漂洗，然后在由高氯酸与乙醇体积比为1 :4组成的电解 液中进行电抛光，电抛光电压为13V。步骤2、设计孔径为50nm、孔间距为IOOnm的纳米孔图案，用聚焦离子束将该图案 刻蚀在电抛光铝片上。步骤3、以步骤2刻蚀图案的铝片为阳极，以Pt网为阴极，采用一次阳极氧化法制 备氧化铝模板，阳极氧化参数为电解液温度保持在0°c，电解液为0. 35M的草酸，施加电压 为65V，阳极氧化时间为lOOmin，得到孔间距为IOOnm的氧化铝模板。实施例5
步骤1、选择纯度为99. 999%、厚度为0. 3mm的高纯铝片为原料，经过机械抛光后，在氩 气氛围中，在500°C热处理16h，随后在质量浓度为0. 6%的氢氧化钠溶液浸泡12min，依次用 蒸馏水-酒精-丙酮浸泡-蒸馏水漂洗，然后在由高氯酸与乙醇体积比为1 :4组成的电解 液中进行电抛光，电抛光电压为12V。步骤2、设计直径为50nm、孔间距为200nm的纳米孔图案，用聚焦离子束将该图案 刻蚀在电抛光铝片上。步骤3、以具有刻蚀图案的铝片为阳极，以Pt网为阴极，采用一次阳极氧化法制备 氧化铝模板。阳极氧化参数为电解液温度保持在3°C，电解液为0. 33M的硫酸，施加电压 为26V，阳极氧化时间为12min。由此得到孔间距为200nm的氧化铝模板。实施例6
步骤1、选择纯度为99. 999%、厚度为0. 3mm的高纯铝片为原料，经过机械抛光后，在氩气氛围中，在550°C热处理12h，随后在质量浓度为0. 5%的氢氧化钠溶液浸泡15min，依次用蒸馏水-酒精-丙酮浸泡-蒸馏水漂洗，然后在由高氯酸与乙醇体积比为1 :4组成的电解 液中进行电抛光，电抛光电压在15V之间。步骤2、设计孔径为50nm、孔间距为400nm的纳米孔图案，显微图见图1，用聚焦离 子束将该图案刻蚀在电抛光铝片上，显微图见图2。步骤3、以具有刻蚀图案的铝片为阳极，以Pt网为阴极，采用一次阳极氧化法制备 氧化铝模板。阳极氧化参数为电解液温度保持在0°c，电解液为0. 2M的磷酸，施加电压为 145V，阳极氧化时间为llmin。由此得到孔间距为200nm的氧化铝模板，显微图见图3。本发明的方法，采用高纯铝片为原料，经过机械抛光、热处理、清洗后，进行电抛 光，然后用聚焦离子束刻蚀图案，最后在草酸、硫酸或磷酸中进行阳极氧化，得到孔径可调 的有序纳米孔阵列模板。本发明方法的优点是孔径和孔间距调整精确，借助高分辨率扫描 电子显微镜观察，刻蚀区域的纳米孔阵列和孔尺寸几乎完全一致。
权利要求
一种刻蚀图案引导制备氧化铝模板的方法，其特征在于该方法按照以下步骤具体实施步骤1、选择高纯铝片为原料，经过机械抛光后，在氩气氛围中，450-550℃热处理12-24h，随后在质量浓度为0.4%-0.7%的氢氧化钠溶液中浸泡5-15min，依次用蒸馏水、酒精、丙酮浸泡，再用蒸馏水漂洗，然后在由高氯酸与乙醇体积比为13.5-4.5组成的电解液中进行电抛光，电抛光电压控制在12-15V；步骤2、依据电解液所制备的氧化铝模板的结构尺寸设计纳米孔图案，用聚焦离子束在步骤1得到的电抛光铝片上刻蚀设计图案；步骤3、以步骤2完成刻蚀图案的铝片为阳极，以Pt网为阴极，采用一次阳极氧化法制备氧化铝模板，阳极氧化参数为电解液温度保持在0-5℃，电解液选用草酸、硫酸或磷酸，相应控制施加电压和阳极氧化时间，最后得到带有刻蚀设计图案的氧化铝模板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高纯铝片的纯度为99.999%，厚度 为 0. 3mmο
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中电解液浓度为0.3-0. 35M的 草酸，施加电压为60-65V，阳极氧化时间为100-120min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中电解液浓度为0.3-0. 35M的 硫酸，施加电压为25-30V，阳极氧化时间为10-12min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中电解液浓度为0.2-0. 25M的 磷酸，施加电压为140-150V，阳极氧化时间为10-12min。
全文摘要
本发明公开了一种刻蚀图案引导制备氧化铝模板的方法，该方法按照以下步骤具体实施步骤1、选择高纯铝片，抛光后，在氩气中热处理，随后在氢氧化钠溶液中浸泡，依次用蒸馏水、酒精、丙酮浸泡，再用蒸馏水漂洗，然后在高氯酸与乙醇组成的电解液中进行电抛光；步骤2、设计纳米孔图案，用聚焦离子束在步骤1得到的电抛光铝片上刻蚀设计图案；步骤3、以步骤2完成刻蚀图案的铝片为阳极，以Pt网为阴极，采用一次阳极氧化法制备氧化铝模板，阳极氧化参数为保持电解液温度，电解液选用草酸、硫酸或磷酸，相应控制施加电压和阳极氧化时间，最后得到氧化铝模板。本发明方法制备的氧化铝模板孔径和孔间距调整精确。
文档编号C25D11/06GK101798701SQ20101013529
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者赵敬忠 申请人:西安理工大学