1.3.2 阳极氧化法的应用

阳极氧化法制备自有序多孔氧化铝膜已成功地应用于合成各种纳米材料[11-12]，阀金属的阳极氧化法已经成为了新的合成自有序多孔结构的低成本方法[13-24]。例如，直径为几十纳米到几百纳米的，具有可控孔深和均匀的孔径的自有序多孔氧化铝，我们对其在光子晶体[25-26]、功能膜[27-28]以及纳米线合成模板[29-32]方面的应用进行了研究。

目前除了研究制备多孔氧化铝的文献外，鲜有研究阳极氧化法制备高度有序排列的阀金属氧化物和高纵横比（孔长/孔径＞500）的阀金属氧化物的文章[31]。这是因为氧化物溶解的速率与生成氧化物的速率和形成金属氧化物的半导电能力几乎相等。

在多孔阳极氧化铝中，阳极氧化法之所以能形成孔洞，是因为局部表面的场增强氧化物发生溶解。当形成的氧化物是绝缘体时，易发生场增强氧化物的溶解，这样就能让外加电场局部聚焦在阳极极化波动的表面。如果是半导电氧化物，一些阳极阀金属氧化物，比如 TiO2，Nb2O5 和 WO3，在高电场导致孔核形成前，电流能够非常容易通过氧化膜。因此，能够在低阳极电位下形成孔核的电解质，对于制备阳极半导电金属氧化物薄膜是非常重要的。在制备阳极多孔结构的 Ti，Nb 等时，一般用含有 F−  的电解质。在制备阳极氧化铝时，随着温度的降低，氧化物的溶解速率减慢[32]，和铝金属不同，在低温下，阀金属的阳极氧化无法有效地控制溶解速率，而形成火山口状的结构或氧化物裂纹[33]。

2 实验部分

2.1 阳极氧化实验过程

   实验中所用铌片纯度为99.9 ％，厚度为0.1 mm。所有电解质均由试剂级化学品 (Aldrich) 和去离子水(>18 M cm) 制备。如图2.1所示，首先将剪切好的铌片（长×宽为8×1 cm）作为底物在丙酮中超声振荡5 min，然后用乙醇冲洗后在 N2 气流中干燥，随后在抛光液（HNO3:H2SO4:H2O为1:1:1）中浸泡15秒左右，立即用超纯水清洗干净，60 ℃烘箱中烘干备用。在1 M H3PO4 加 HF（0–2 wt%）的混合电解质中反应，使用已连接电脑的稳压器/恒电流 (AutoLab PGSTAT12，Eco Chemie) 使电流恒定，电压范围从1到100 V，对铌片进行阳极氧化。电解池是由活性 Pt 网格作为阴极，大小为1 cm2的铌箔作为阳极，箔片的面积大概为1 X 2 cm2。在阳极氧化的过程中，电解质的搅拌速度保持恒定。用扫描电子显微镜观察得到的氧化铌的表面形貌。