中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來(lái)，陽(yáng)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(jué)沖擊感強(qiáng)烈。而家電采用陽(yáng)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(lái)源：中國(guó)鐵建）
這都來(lái)源于其背后的技術(shù)-陽(yáng)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�；鸬囊豁�(xiàng)技術(shù)，今天我們就來(lái)了解一下這項(xiàng)技術(shù)有何特殊之處。
何為陽(yáng)極氧化鋁
陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極生成一層非晶態(tài)氧化鋁（Al2O3）薄膜的技術(shù)。
陽(yáng)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(guò)陽(yáng)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(wú)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(yáng)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(yáng)極氧化鋁初始，人們主要關(guān)注陽(yáng)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(yáng)極氧化鋁的結(jié)構(gòu)開(kāi)始被關(guān)注，自上世紀(jì) 30 年代人們開(kāi)始研究陽(yáng)極氧化鋁的微觀結(jié)構(gòu)以來(lái)，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(yáng)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(yáng)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(yáng)極氧化鋁的微觀結(jié)構(gòu)整體圖，右圖為陽(yáng)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(yáng)極氧化鋁的制備方法
一次陽(yáng)極氧化法
在陽(yáng)極氧化鋁發(fā)展之初，幾乎所有的研究者都采用一次陽(yáng)極氧化法，該方法是將預(yù)處理好的鋁片進(jìn)行陽(yáng)極氧化，并得到模板的過(guò)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(guò)程中易出現(xiàn)支孔、截?cái)嗫椎炔灰?guī)則的孔道，因此無(wú)法作為制備納米材料的模板，但由于一次陽(yáng)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(yáng)極氧化法
二次陽(yáng)極氧化法將一次陽(yáng)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(guò)鉻酸與磷酸對(duì)氧化膜的溶解作用，使一次陽(yáng)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(yáng)極氧化的方法。
日本學(xué)者 Masuda 等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：這些規(guī)則的凹痕，將成為二次陽(yáng)極氧化的初始位點(diǎn)，生成的多孔層相較于一次陽(yáng)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(yáng)極氧化法的發(fā)現(xiàn)是陽(yáng)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(lái)源：中國(guó)鐵建）
陽(yáng)極氧化鋁的應(yīng)用
陽(yáng)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(guò)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(yáng)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(guò)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(guò)陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(guò)濾分離方面的應(yīng)用
由陽(yáng)極氧化鋁的結(jié)構(gòu)可知，經(jīng)過(guò)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(yáng)極氧化鋁在過(guò)濾分離方面有良好應(yīng)用。
（1）用于氣體分離。有研究者通過(guò)熱解的方法在陽(yáng)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(yáng)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(yáng)離子選擇性。
（3）醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用�？蛇M(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(guò)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)�。脂質(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(yáng)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(yáng)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(lái)源：
[1]李傲坤.多孔陽(yáng)極氧化鋁的制備
[2]賈偉影.陽(yáng)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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