多功能陽極氧化鋁之奈米結構薄膜與其應用研究

Applications and Research Themes based on Nanostructured Anodic Aluminum Oxide

陳士勛(Shih Hsun Chen) ； 沈翌新(Yi-Sin Shen) ； 張中銓(Chung-Chuan Chang) ； 馮偉豪(Wei-Hao Feng) ； 陳建仲(Chien Chon Chen)

《真空科技》 30卷3期 (2017/09) Pp. 48-61

摘要

現今科技蓬勃發展，材料製程技術與量產化經驗越趨成熟，促使各產業重新考量新製程技術嘗試與導入量產的可能性。新製程技術提供更多新材料配方與各種複雜結構材料；其中，具有可控制尺寸且結構均一之材料，能提供穩定的可量化特性尤其受到重視，例如：具有均一孔徑且規則管狀排列的奈米模板材料，被廣泛應用於透析膜、藥物釋放載體、高比表面積需求之化學反應、奈米材料製備和材料篩選用。然而，上述應用的發展都必須仰賴穩定品質的奈米孔洞陣列模板；除此之外，傳統的奈米孔洞陣列模板仍受限於製程技術，可取得的模板面積大小與形狀有限，均為平面、似銅板大小圓形薄板產品。本研究團隊利用電化學陽極處理方式製作氧化鋁奈米孔洞陣列模板(Anodic aluminum oxide, AAO)，結合真空鍍膜技術，可將該奈米陣列孔洞實現於玻璃、矽晶圓與藍寶石基板上；並將其應用於奈米材料的製備、功能性光學薄膜、太陽能電池製作與陽離子過濾用透析膜。本文中首先將介紹以鋁材表面之電化學陽極氧化反應，製備氧化鋁奈米模板之流程與製程條件，透過不同反應溶液條件獲得由奈米至次微米尺度孔徑範圍(10～500奈米)的AAO模板，厚度則可隨化學反應時間而增加。結合模具與冷卻系統的設計，製備25 × 25平方公分的方形AAO平板、或將氧化鋁奈米結構建立於中空氧化鋁管壁上，或在藍寶石透明基板上建立功能性光學AAO薄膜。研究方面，可利用陽極氧化鋁規則奈米孔徑的特性，配合真空模具鑄造製程，得到各種金屬或化合物奈米線材；因不同材料特性，獲得的奈米線可應用在不同產業上，包括奈米尺度下的溫度計、單電子奈米線電晶體與閃爍晶體感測器。另外，AAO模板的高比表面積特性，結合光觸媒材料的披覆，可用以提高染料敏化太陽能電池(DSSC)之光電轉換率；若於陽極氧化鋁模板上沉積可捕抓金屬陽離子之材料，更藉由透析與過濾的反應可以達到淡化海水的功能。經由本文介紹，陽極氧化鋁奈米陣列薄膜是一種結合成熟的製程技術且具應用潛力的功能性材料，除具有化學與熱穩定性的特質，加上低製作成本並可大面積製作的優勢，可提供工業界一新功能性材料的選擇。

關鍵字

陽極氧化鋁(AAO) ； 奈米結構薄膜 ； 奈米線元件測器 ； 功能性光學膜