强发光氧化铝模板及制法.pdf

强发光氧化铝模板，掺有0.01－2at％金属离子的氧化铝模板。氧化铝模板是具有纳米孔洞的氧化铝模板。掺有Cr、Eu，Mn、Fe或Ti金属离子。强发光氧化铝模板制备方法是，先以阳极氧化法制备纳米孔洞氧化铝模板，将纳米孔洞氧化铝模板用铬盐、Eu、Mn、Fe或Ti盐溶液浸泡，然后经煅烧掺有Cr、Eu、Mn、Fe或Ti金属离子纳米孔洞氧化铝模板。本发明具有更高的类似红宝石的光致发光效率，制备方法工艺性能好、成本低、产品质量容易控制。

1、  强发光氧化铝模板，其特征是掺有0.01-2at％金属离子的氧化铝模板。

2、  根据权利要求1所述的强发光氧化铝模板，其特征是氧化铝模板是具有纳米孔洞的氧化铝模板。

3、  根据权利要求1所述的强发光氧化铝模板，其特征是掺有Cr、Eu，Mn、Fe或Ti金属离子。

4、  强发光氧化铝模板制备方法，先以阳极氧化法制备纳米孔洞氧化铝模板，其特征是将纳米孔洞氧化铝模板用铬盐、Eu、Mn、Fe或Ti盐溶液浸泡，然后经煅烧掺有Cr、Eu、Mn、Fe或Ti金属离子纳米孔洞氧化铝模板。

5、  根据权利要求4所述的强发光氧化铝模板制备方法，其特征是将制备好的纳米孔洞氧化铝模板浸入5wt％-20wt％的铬盐、Eu、Mn、Fe或Ti盐溶液5-30分钟。

6、  根据权利要求4所述的强发光氧化铝模板制备方法，其特征是所述盐溶液为硫酸盐或硝酸盐。

7、  根据权利要求4所述的强发光氧化铝模板制备方法，其特征是熔炼铝和掺杂金属的合金，其中掺入Cr、Eu、Mn、Fe或Ti 0.01-2at％，并以此为原料制备纳米孔洞的氧化铝模板。

强发光氧化铝模板及制法
一、技术领域
本发明涉及光致发光材料与纳米结构材料的结合，尤其是强发光氧化铝模板及制法。
二、背景技术
随着纳米材料、纳米技术的兴起，很多结合制备的一维、准一维纳米磁性，半导体发光材料层出不穷。例如：在氧化铝模板中制备了ZnO纳米线发光，TiO₂纳米线发光等。另外氧化铝模板本身也能具有一定的发光性能，不同的酸来阳极氧化或者对它进行热处理都可以提高它的光致发光性能。中科院固体所的张立德教授课题组，南大的吴兴龙教授课题组都对模板本身的发光做过研究，确认是氧化铝模板中的氧缺位导致。(请李博士引用原文：张立德和吴兴龙)，纳米氧化铝模板尤其大尺寸纳米孔洞的氧化铝模板在现有技术中已经有公开，如本申请人00112370一种大尺寸纳米有序孔洞模板的制备方法，在金属铝、铝合金或单晶铝的表面首先生成一个大面积有序图案，再用阳极氧化方法，在铝或铝合金上生成大面积的有序纳米孔洞模板。单晶铝作基底，直接阳极氧化。本发明可以产生高密度大面积六角对称有序的长孔洞的纳米孔洞模板，用作有序磁记录介质时，记录密度高。模板也可以用来制备有序纳米管，生长有序纳米棒等。
三、发明内容
本发明的目的是：提供一种强发光氧化铝模板及制法。尤其是纳米孔洞结构的强发光氧化铝PAA模板，有类似红宝石的极强的光致发光，提供一种工艺性能好、成本低、产品质量容易控制的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：强发光氧化铝模板，其特征是掺有0.01-2at％Cr离子的氧化铝模板，尤其是具有纳米孔洞的氧化铝模板。
本发明的制法是：1、阳极氧化制备氧化铝模板。将高纯铝片(99.999％)制备纳米孔洞模板，然后以金属盐溶液浸泡PAA模板。所述金属为Cr、Eu，Mn、Fe或Ti金属的盐溶液。然后经煅烧掺有Cr、Eu、Mn、Fe或Ti金属离子纳米孔洞氧化铝模板。
铬盐等金属盐溶液的浓度一般5wt％-20wt％，然后经煅烧掺有Cr的PAA。这时浸泡过的PAA模板的纳米孔洞中会吸附一些微量的Cr盐。另外可以用同样的方法在氧化铝模板中掺入Eu，Mn，Ti等杂质，可以根据需要人为控制模板的发光性质。
熔炼铝铬合金，其中掺入Cr 0.01-2at％，更容易人为控制铬在合金的含量，线切割合金铝锭，切成薄片。清洗后以制备纳米孔洞的氧化铝模板的方法制备。
以氧化铝模板(PAA)为母体，掺入三价Cr离子，将掺杂的PAA煅烧使其形成一定的γα相，那么就会有类似红宝石的极强的光致发光，发光波长在692nm附近，而且线宽很窄，保证了发光具有极好的单色性。尽管当煅烧温度超过1250℃时所有的氧化铝都形成了α相，这时的发光性能最好，但是由于大规模的相转变会破坏原有氧化铝模板的纳米孔洞结构，而使其丧失模板的功能。该发明就是通过适当的控制煅烧温度，使得氧化铝模板在γ相到α相的转变没有充分，微量存在的γ相仍然可以使PAA保持其固有的纳米孔洞结构，而大量的α相已经使PAA具有了良好的光致发光性能。这样就可以利用氧化铝发光模板结合纳米孔洞内的填充材料制备多重性能的纳米复合功能材料，设计更多纳米复合发光器件。
本发明的特点是：本发明得到一种强发光氧化铝模板。具有更高的类似红宝石的光致发光效率，制备方法工艺性能好、成本低、产品质量容易控制。可以用于各种光致发光和光学器件的应用。
四、附图说明
图1为本发明1000℃煅烧的掺Cr的PAA模板的光致发光谱。波长在694nm附近有非常尖锐的发光峰，正对应于红宝石的发光位置(见图1中对比图)。从1000℃煅烧的掺Cr的PAA模板扫面电镜照片来看有非常好的纳米孔洞结构孔径大概是80nm。
五、具体实施方式
方法1：
(1)阳极氧化制备氧化铝模板。(参考中国专利00112370公开)将高纯铝片(99.999％)在500℃退火5小时。
分别用乙醇，NaOH浸泡去除表面的油脂和氧化层。
0.4M的硫酸溶液作为电解液，在0℃27V地直流电压下电解5小时。
用6wt％的磷酸溶液作为扩孔液在30℃下对制备的模板扩孔。(具体时间对应于所需要的孔径大小)。
类似的办法用草酸或磷酸作为电解液可以制备不同参数的氧化铝模板。
(2)铬盐溶液浸泡PAA模板。
将制备好的PAA模板浸入5wt％-20wt％的铬盐溶液5-30分钟取出，用滤纸小心地擦去模板表面的液体，然后在空气中晾干。常用的铬盐是硫酸铬、硝酸铬。一般在常温和常压的条件下进行，溶液的温度提高可以使浸入的时间减少。
(3)煅烧掺有Cr的PAA。这时浸泡过的PAA模板的纳米孔洞中会吸附一些微量的CrSO₄，将它用两片硅片压住放入马夫炉中煅烧：
升温速率：＜200℃/小时
煅烧温度：900-1200℃不等(根据具体情况而定)
煅烧时间：2-10小时
特点：操作简单、方便，很容易大量制备。
方法2：
(1)熔炼铝铬合金(这时可以人为控制铬在合金的含量)。
一般含量在0.5at％为易。(范围很宽，0.01at％-2at％都可)线切割合金铝锭，切成薄片。
用砂纸打磨薄片表面，然后500℃退火5小时。
按照方式一(1)进行阳极氧化制备模板。
(2)按照方式一(3)进行煅烧。
特点：工艺比较复杂，但是掺入的Cr很均匀，而且可以控制。
可以用同样的方法在氧化铝模板中掺入Eu，Mn，Ti等杂质，可以根据需要人为控制模板的发光性质。金属盐溶液浸泡的方法更容易得到结果，成本额外的增加很小。
用方法1制备的还掺有微量Eu，Mn或Ti等杂质金属离子的发光图谱亦如图1。