基于AAO模板的電沉積法制備鎳納米線課件

2023/8/91主講老師：周兆鋒基于AAO模板的電沉積法制備鎳納米線陣列2023/8/81主講老師：周兆鋒基于AAO模板的2023/8/92

掌握多孔陽極氧化鋁(AAO)模板的制備方法。熟悉電沉積鎳納米線陣列的電解液配制方法和電沉積工藝參數(shù)。一、實驗目的2023/8/82一、實驗目的2023/8/93二、實驗原理概述多孔氧化鋁膜是將金屬鋁置于酸性溶液中經(jīng)電化學陽極氧化制備而成。鋁箔在酸性溶液中陽極氧化的電化學反應機制是：陽極：H2O-2e=[O]+2H+(1)2Al+3[O]=Al2O3 (2)

陰極：2H++2e=H2(3)在此同時，酸對生成的氧化鋁膜也進行化學溶解，其反應如下：

Al2O3+6H+=2Al3++3H2O(4)由于陽極氧化過程中同時存在上述二個相反的過程，從而使多孔氧化鋁的生長機理變得尤為復雜。1.多孔陽極氧化鋁的成膜機理2023/8/83二、實驗原理概述多孔氧化鋁膜是將金屬鋁置2023/8/94AAO膜可分為三層：氧化鋁膜的多孔層、氧化鋁膜的阻擋層和純鋁基。它們依次由腐蝕表面向內排列，其中氧化鋁膜的多孔層和氧化鋁膜的阻擋層構成多孔氧化鋁膜。也就是說，多孔氧化鋁膜是雙層結構，即由外表面的多孔層和與之相接的內層阻擋層構成。氧化鋁膜的多孔層是呈蜂窩狀，含有高密度的納米級孔洞；阻擋層是致密的無孔洞層。二、實驗原理概述1.多孔陽極氧化鋁的成膜機理2023/8/84AAO膜可分為三層：氧化鋁2023/8/95二、實驗原理概述第一階段(AB段)，隨著氧化時間的增加電流急劇下降，表明通過陽極氧化在金屬鋁表面迅速形成一層致密氧化膜層；

陽極氧化鋁時的電流-時間曲線第三階段(CD段)，電流隨時間的延長基本保持恒定，表明此階段氧化形成速度和溶解速度基本達到平衡，微孔在不斷向縱深發(fā)展。1.多孔陽極氧化鋁的成膜機理第二階段(BC段)，隨著氧化時間的延長電流逐漸上升，氧化膜的生成過程中伴隨著氧化膜的溶解，產(chǎn)生孔核，電場集中于孔核底部，導致在某些點的氧化膜被擊穿，溶解速度增加，導致在這些部位形成微孔；鋁的陽極氧化過程可分為三個階段：2023/8/85二、實驗原理概述第一階段(AB段)，隨著2023/8/96

通常在外電流作用下，反應物粒子在陰極表面發(fā)生還原反應并形成新

相(金屬)的過程，叫做金屬的沉積。電沉積過程一般包括以下幾個步驟；

(1)液相傳質步驟-反應物粒子由溶液內部向電極表面附近傳送；

(2)電化學轉化步驟-將溶液中粒子的形態(tài)轉化為界面上放電粒子的形態(tài)；

(3)電子轉移步驟-反應物粒子在電極表面上得到電子的反應；

(4)結晶步驟-放電后粒子在界面另一邊的固相表面形成新相。二、實驗原理概述2.鎳納米線陣列的電化學沉積原理2023/8/86通常在外電流作用下，反應2023/8/971)

真空退火爐，用于高純鋁片退火。

2)超聲波清洗器，用于鋁片的清洗。

3)冰柜，用于制備AAO模板；

4)穩(wěn)壓電源，用于制備AAO模板和電

沉積鎳納米線陣列。

5)

制備AAO模板的裝置，如圖所示。

6)磁控濺射鍍膜機。三、實驗設備及材料1.實驗設備

陽極氧化法制備氧化鋁模板的裝置示意圖1.電解槽；2.電解液；3.石磨電極；4.穩(wěn)壓電源；5.導線；6.電流計；7.銅電極；8.鋁片；9.橡膠墊；10.帶內羅紋的接口2023/8/871)

真空退火爐，用于高純鋁片退火。

2)2023/8/98制備AAO模板的原材料材料名稱純度用途高純鋁片99.99％制備模板高氯酸分析純電化學拋光無水乙醇分析純電化學拋光草酸分析純氧化模板磷酸分析純去一次氧化層和擴孔鉻酸分析純去一次氧化層丙酮分析純清洗去油氯化銅分析純去底部鋁2．實驗材料三、實驗設備及材料2023/8/88制備AAO模板的原材料材料名稱純度用途2023/8/99電沉積鎳納米線陣列的原料三、實驗設備及材料2．實驗材料材料名稱純度Ni2SO4·6H2O

分析純NiCl·6H2O

分析純H3BO3分析純2023/8/89電沉積鎳納米線陣列的原料三、實驗設備及材料2023/8/910四、實驗步驟與方法

將0.3mm厚的高純鋁片(99,999%)剪成直徑2.5cm的圓片，壓平，用丙酮超聲10min去除表面的有機物質，空氣中晾干。將晾干的鋁片置于真空管式爐中5000C真空退火4h。以去除鋁片中殘余的內應力。對鋁片進行電化學拋光，拋光液為無水乙醇和高氯酸的混合液(體積比C2H5OH:HC1O4=3:1)。電壓設置為23V，時間為30-50s，得到具有光潔表面的鋁片。(d)(f)(a)(b)(c)(e)1.AAO模板的制備2023/8/810四、實驗步驟與方法將0.3mm厚的2023/8/911將拋光后的鋁片放入置于冰柜中的氧化裝置中，進行一次氧化，氧化電解液為0.3mol/L的草酸溶液，氧化時間為4h。(圖b)四、實驗步驟與方法一次氧化后的樣品置于80℃的混合酸(6wt％H3PO4＋1.8％H2CrO4)中浸泡1h將A12O3層去除干凈。(圖c)二次陽極氧化與一次氧化條件相同，只是時間變?yōu)?2h。(圖d)將飽和氯化銅溶液滴加在二次氧化后的樣品底部表面，去除背面未被氧化的金屬鋁層。(圖e)將模板背面向下漂浮在30℃的5％H3PO4溶液表面70-80min，去除阻礙層，并適當擴孔。經(jīng)過通孔擴孔后的模板用大量蒸餾水浸泡，以去除孔洞中殘留的AlPO4和H3PO4，最后晾干備用。(圖f)2023/8/811將拋光后的鋁片放入置于冰柜中的氧化裝置中2023/8/912四、實驗步驟與方法2.電沉積法制備鎳納米線陣列配制鍍液。成份配比為250g/LNi2SO4·6H2O，50g/LNiCl·6H2O，40g/LH3BO3。先按比例稱量每種化合物，再將稱好的Ni2SO4·6H2O和NiCl·6H2O混合放入燒杯A中，加入適量蒸餾水并加熱溶解，再將H3BO3單獨放入另一燒杯B中，加適量蒸餾水，并加熱溶解，然后將B中溶液導入A中，最后加適量蒸餾水直到滿足濃度配比。電沉積鎳納米線陣列。將做好的模板用磁控濺射鍍膜機在背面鍍銅。然后將模板放入氧化裝置中，裝置中倒入上步配好的電鍍溶液，鍍銅面背對溶液，鎳板做陽極，模板做陰極，把該裝置放入恒溫水域，恒溫55oC，電流密度為2mA/cm2，電沉積時間為20－30min。制得鎳納米線陣列2023/8/812四、實驗步驟與方法2.電沉積法制備鎳2023/8/9133．實驗組織和程序四、實驗步驟與方法

每班分成6～8組，每組4～5人。每小組參照上述配料和工藝流程，領取相應的原材料進行實驗，制出鎳納米線陣列。2023