表面氧化膜覆盖下铝的阳极氧化与多层纳米孔径结构氧化膜的制备

氧化铝膜的微观结构与有序度强烈依赖于铝的表面状态和电解条件。本项目首次明确提出通过预制表面氧化膜对铝及其合金阳极氧化界面进行改性，达到改变后续电化学反应历程和氧化膜生长方式的目的，最终实现对所形成氧化膜整体结构和长程有序度的调控。主要研究内容如下：以不同电解条件对铝及其合金进行氧化,在其表面预制一层结构不同的氧化膜，或采用化学（电化学）方法对预制膜进行修饰，使之满足后续研究的需要；然后采用化学、电化学和现代表面分析技术，对表面膜覆盖条件下铝阳极氧化的动力学规律、膜层形成机制、自组装效应及膜层结构组成与预制膜的内在联系进行详细探讨，以获取在三维氧化铝膜改性条件下，制备多层次纳米孔径结构氧化膜的规律。本项目提出了一种对铝阳极氧化界面进行改性的新方法，可由此获得具有多层次结构的铝阳极氧化膜，以满足其各种功能特性的需要。

铝阳极氧化膜的微观结构与有序度强烈地依赖于被氧化铝的表面状态和阳极氧化电解条件。本项目首次明确提出在被氧化的铝表面预先制备一层三维氧化膜，以改变被氧化铝继续进行阳极氧化的界面状态，进而改变其阳极电化学反应的历程和氧化膜继续生长的进行模式，并根据其变化规律最终实现对铝阳极氧化膜结构的有效控制，并制备出具有多层次纳米结构的氧化铝纳米模板。项目将高纯铝预先在硫酸介质中形成一层纳米级的阳极氧化膜，再在草酸溶液中继续对其进行阳极氧化，系统考察了硫酸氧化膜对铝在草酸介质中阳极氧化规律和生成膜的组成结构的影响规律。结果表明，由于预存氧化膜对铝的表面改性，铝的继续阳极氧化过程要经历一个明显的过渡区，该过渡区电压—电流变化规律与常规氧化过程明显不同，同时预存氧化膜的孔底结构和多孔膜厚度对后续膜的初始生长产生明显影响，但对随后膜的生长和结构与组成影响不大。根据上述规律，本项目成功地将铝分别置于硫酸、草酸、丙二酸和酒石酸介质中对铝进行交替氧化，成功制得孔密度相同，但孔径可交替变化的高度有序氧化铝膜。本项目还尝试在硫酸和草酸分别进行高速阳极氧化和常规阳极氧化，利用硫酸介质中高速阳极氧化形成的高度有序氧化铝膜在铝表面制备高度有序凹坑，再在草酸介质中利用常规阳极氧化制备高度有序的氧化铝膜，大大缩短了两步法制备有序纳米氧化铝模板的时间。. 本项目成功地实现了利用存在于铝表面的三维氧化膜干预铝继续阳极氧化的界面过程，阳极氧化动力学以及氧化膜的生长规律，从而实现对氧化膜生长的调整与变化，最终达到可制备出具有多层次多样化，结构复杂可变的阳极氧化铝模板的目的。研究成果对铝阳极氧化过程的深入研究和新型纳米材料模板法制备具有良好的学术价值和应用前景。