中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來，陽極氧化鋁板憑借加工性能好、耐候性好、金屬感強(qiáng)、防火性能好、抗污性好等特點(diǎn)受到建筑裝飾界的追捧，被廣泛應(yīng)用于建筑外立面、幕墻、室內(nèi)的墻面頂面等，視覺沖擊感強(qiáng)烈。而家電采用陽極氧化鋁板做面板之后，由于具備特殊的金屬感，也烘托出十足的科技感。
（圖片來源：中國(guó)鐵建）
這都來源于其背后的技術(shù)-陽極氧化鋁薄膜技術(shù)，這是在應(yīng)用領(lǐng)域和研究前沿都非常火的一項(xiàng)技術(shù)，今天我們就來了解一下這項(xiàng)技術(shù)有何特殊之處。
何為陽極氧化鋁
陽極氧化鋁薄膜技術(shù)，是將預(yù)處理后的鋁浸入酸性或堿性電解液中作為陽極，以惰性材料（石墨、鉑、鉛等）作為陰極，在電場(chǎng)及酸性場(chǎng)的共同作用下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在陽極生成一層非晶態(tài)氧化鋁（Al2O3）薄膜的技術(shù)。
陽極氧化鋁按結(jié)構(gòu)劃分，可以分為致密型（BAA）與多孔型（PAA）兩種，將鋁片放入硼酸、乙二酸、及其銨鹽的水溶液等近中性的電解液通過陽極氧化可以得到致密型氧化鋁薄膜，而在酸性（硫酸、磷酸等無機(jī)酸系，草酸、檸檬酸、羥乙磷酸等有機(jī)酸系）或堿性（氫氧化鈉、氫氧化鉀等）電解液中則會(huì)形成多孔型氧化膜。
其厲害之處在于，陽極氧化鋁作為一種多孔納米薄膜材料，除本身作為納米材料所表現(xiàn)出的良好性能外，還能用作模板制備一維納米材料，包括納米線、納米管等。
對(duì)其結(jié)構(gòu)的猜想
早在上世紀(jì)20年代研究陽極氧化鋁初始，人們主要關(guān)注陽極氧化鋁的表面防護(hù)功能，包括其優(yōu)越的耐蝕性和良好的耐磨性。隨后陽極氧化鋁的結(jié)構(gòu)開始被關(guān)注，自上世紀(jì) 30 年代人們開始研究陽極氧化鋁的微觀結(jié)構(gòu)以來，提出了各種各樣的結(jié)構(gòu)模型，其中修正后的 Keller 模型形象的表現(xiàn)了陽極氧化的微觀結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)在較為認(rèn)同、使用率較高的一種模型，為現(xiàn)階段的研究提供了良好的基礎(chǔ)。
多孔陽極氧化鋁的結(jié)構(gòu)模型
上圖即為修正后的Keller模型，左圖為陽極氧化鋁的微觀結(jié)構(gòu)整體圖，右圖為陽極氧化鋁的微觀結(jié)構(gòu)截面圖。從右圖中可以看出，薄膜分為三部分，分別為孔道平行排列的多孔氧化物層、致密度高的阻擋層、鋁基；從左圖可以看出多孔層由緊密相連的六角形柱狀原胞組成，原胞的中心為圓柱形孔道，孔道垂直于鋁基，因氧化膜的結(jié)構(gòu)跟蜂窩的結(jié)構(gòu)類似，因此修正后的 Keller 結(jié)構(gòu)模型也常被人們稱為“六角形蜂窩狀結(jié)構(gòu)”。
陽極氧化鋁的制備方法
一次陽極氧化法
在陽極氧化鋁發(fā)展之初，幾乎所有的研究者都采用一次陽極氧化法，該方法是將預(yù)處理好的鋁片進(jìn)行陽極氧化，并得到模板的過程，但研究結(jié)果表明：該方法制備的PAA膜有序度較差，孔在生長(zhǎng)過程中易出現(xiàn)支孔、截?cái)嗫椎炔灰?guī)則的孔道，因此無法作為制備納米材料的模板，但由于一次陽極氧化法得到的模板孔隙率較低，且經(jīng)化學(xué)法修飾之后，表現(xiàn)出超疏水的特性，因此廣泛應(yīng)用于海洋防腐。
二次陽極氧化法
二次陽極氧化法將一次陽極氧化之后的鋁片浸入鉻酸磷酸緩和溶液中，在一定溫度下，通過鉻酸與磷酸對(duì)氧化膜的溶解作用，使一次陽極氧化后的氧化膜溶解，留下規(guī)則排列的納米級(jí)凹痕，隨后在相同的條件下進(jìn)行二次陽極氧化的方法。
日本學(xué)者 Masuda 等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：這些規(guī)則的凹痕，將成為二次陽極氧化的初始位點(diǎn)，生成的多孔層相較于一次陽極氧化法更加有序，支孔、截?cái)嗫椎臄?shù)量明顯減少，可用作模板制備納米材料。二次陽極氧化法的發(fā)現(xiàn)是陽極氧化鋁發(fā)展歷史上的一次創(chuàng)舉，具有里程碑式的意義。
（圖片來源：中國(guó)鐵建）
陽極氧化鋁的應(yīng)用
陽極氧化鋁作為多孔型納米材料，容易制備且成本低，性能穩(wěn)定，孔洞高度有序、結(jié)構(gòu)參數(shù)可調(diào)等一系列優(yōu)點(diǎn)，在光子晶體、傳感器、過濾分離、一維納米材料制備、催化等方面具有良好應(yīng)用。
光子晶體方面的應(yīng)用
劉憶森采用周期性變電壓的方法成功制備了陽極氧化鋁層狀光子晶體，實(shí)現(xiàn)了光子晶體的的大面積有序制備，并通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，達(dá)到了調(diào)整光子晶體禁帶位置的目的。蒲彥鈞通過陽極氧化鋁光子晶體的周期性結(jié)構(gòu)，控制了反射光譜，進(jìn)一步模擬了綠色植被反射曲線。與一般電子比較，光子在信息容量、響應(yīng)速度、能量消耗等方面有很大優(yōu)勢(shì)。所以，光子晶體適合作為新型材料發(fā)展。
傳感器方面的應(yīng)用
有研究者先將生物素和鏈霉親和素附著到陽極氧化鋁薄膜表面，再用其檢測(cè)生物素修飾的DNA，結(jié)果在處理后的陽極氧化鋁表面檢測(cè)到了互補(bǔ)DNA，導(dǎo)致其反射光譜發(fā)生紅移，這種傳感器成功監(jiān)測(cè)了物質(zhì)變化。
過濾分離方面的應(yīng)用
由陽極氧化鋁的結(jié)構(gòu)可知，經(jīng)過處理去掉鋁基和阻擋層后，多孔層就相當(dāng)于一面可以篩分粒徑極小物質(zhì)的“篩子”，因此陽極氧化鋁在過濾分離方面有良好應(yīng)用。
（1）用于氣體分離。有研究者通過熱解的方法在陽極氧化鋁的表面和孔道內(nèi)附著了一層碳膜，進(jìn)一步氟化后，就得到了可用于分離水蒸氣和乙醇?xì)怏w的復(fù)合薄膜。這種類似的方法也被利用到分離甲烷和氫氣、煙道氣體的脫氧、脫硫等。
（2）作為離子選擇性膜。給陽極氧化鋁薄膜施加大于零的電位時(shí)，其表面帶正電，可以進(jìn)行陰離子選擇；相反，具有陽離子選擇性。
（3）醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。可進(jìn)行納米尺寸蛋白質(zhì)和血液的分離，大腸桿菌的截留、葡萄糖的過濾，以及用于去除發(fā)酵液和細(xì)胞組織培養(yǎng)液中的菌體、細(xì)胞殘?jiān)取Ｖ|(zhì)體在醫(yī)藥方面應(yīng)用廣泛，但以往制備的脂質(zhì)體具有粒徑不均勻的弱點(diǎn)，這直接影響了它的穩(wěn)定性和載荷能力，因此可以利用陽極氧化鋁的納米孔對(duì)脂質(zhì)體進(jìn)行塑形，從而達(dá)到控制其粒徑的目的。
除此之外，多孔陽極氧化鋁在作為模板制備一維磁性納米材料方面也應(yīng)用廣泛。
參考來源：
[1]李傲坤.多孔陽極氧化鋁的制備
[2]賈偉影.陽極氧化鋁的性能及應(yīng)用研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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