AAO模板

AAO（Anodic Aluminum Oxide）模板为双通结构，厚度为几十到几百纳米，广泛应用于纳米点阵列、纳米线阵列等的制备以及衬底表面图案化处理等。AAO模板孔径均一，孔排列短程有序，氧化铝的材质使其在可见光波段是透明的，而且是电缘的。相对于其它图形化纳米结构制备手段，AAO模板的优势在于可以轻易地获得平方厘米的尺度十纳米级的结构，而且成本低廉。

图1. （上）AAO模板产品结构示意图；（下）一片较大面积的AAO模板实物图

图2. 小面积AAO模板实物图

           AAO模板的一个缺点就是操作困难，这是因为AAO厚度小于1微米时不能自支撑，而且脆弱，使用不方便。我们将AAO模板表面涂覆一层PMMA作支撑，如图1所示，可以方便地取放、裁剪、转移到任意目标衬底。较小面积的AAO模板的实物图如图2所示。包装盒内膜的PMMA面为朝下放置。

图3. AAO模板转移方法示意图

        AAO模板一般需要转移到目标衬底使用，图3给出了带有PMMA支撑层的AAO的一种转移方法。先将目标基底清洗干净，进行亲水处理以使AAO将与基底贴合更加均匀紧密。亲水处理可以采用小功率氧气（或空气）plaa清洗处理，或采用紫外光表面处理机处理。然后将PMMA/AAO剪裁成所需形状和大小放置于衬底。采用中即可除去PMMA支撑层，在此过程中，AAO模板将与衬底贴合。除去PMMA之后，由于AAO很脆弱，请勿碰触AAO膜表面，以免AAO破损。转移操作过程中容器及操作台面务事先清洗干净。关于AAO模板的详细转移操作以及转移技巧请与我们联系。

图4. AAO（左）SEM俯视图和（右）30°视图

图5. （左）转移至硅片表面，（中）转移到载玻片表面，（右）转移到石英玻璃表面

图6. AAO模板的近距离透光性。(a,b) 孔间距较小的AAO，石英片基底，（c）孔间距450nm，普通玻璃基底

        图4为转移到硅基底上的AAO模板的SEM图。图5为转移到硅片、普通玻璃以及石英玻璃表面的AAO模板的实物照片。可以看到与基底贴合紧密，透明度很高。采用类似方法，可以方便地将大面积的AAO转移到Si、蓝宝石、SiC、ZnO、GaN、ITO、FTO、PDMS、PET等其它基底表面。以AAO为掩膜版，可以进行金属或半导体纳米材料的沉积，从而获得纳米材料点阵，可以以金属纳米点阵为催化剂生长纳米线阵列。可以直接以AAO为掩膜进行基底的刻蚀处理。

        如果您不想自己进行膜的转移，我们也提供膜的转移服务，基底由您提供或者使用我们的基底。具体的转移收费标准请与我们的客服联系。
        注：如果将PMMA面贴于基底，待PMMA除去后，AAO的正面与基底接触，由于AAO正面孔与孔之间大部分是凸起结构，所以此时AAO与基底的接触面就比较小，与基底的结合变弱，预计AAO在后期可能更加容易用胶带粘掉。
        AAO模板在任何情况下可以用声清洗，否则可能会破碎。

        AAO模板加热到五六百度时可以的，但是如果加热到更高温度，由于膨胀系数等差异，膜可能出现裂纹，所以高温实验需谨慎。

        孔中心间距65nm、100nm、125nm的AAO模板是无色的，孔中心间距450nm的膜是淡蓝色的。物理蒸发制备纳米颗粒选取AAO时，一般选取孔直径与膜厚的比例为1:3~1:6。AAO膜如果太薄，则膜在操作过程中容易损坏，而且AAO与基底粘附性可能会太强；如果太厚，材料蒸气到达不了基底，导致沉积失败。AAO结构参数、沉积厚度与得到的纳米颗粒的形状的关系，可以参阅文献：Chem. Mater., 2005, 17, 580-585。    

       将AAO转移到基底上干燥后，如果想把基底浸没在水溶液中，一般不可以直接将覆盖AAO的基底直接水溶液中，因为水溶液的表面张力会作用于AAO膜的边缘，很可能将AAO从基底表面掀起来而漂浮在水溶液的表面，AAO就与基底脱离了。比较保险的方法是将AAO膜的四周边缘密封起来，比如，可以使用PMMA的溶液涂一圈，等溶剂挥发完以后，PMMA固化，从而保护AAO边缘不与水溶液接触，这样会大大降低AAO与基底脱离的几率。

      如果想AAO与基底的结合力，可以将AAO与基底都进行很好的亲水处理，请参阅文献Langmuir 2017, 33, 503?509。

      利用转移的AAO做电化学沉积然后制备纳米颗粒，目前可能只有2篇文献有相关报道(Sci. Rep.2016,6,18967和Langmuir 2017, 33, 503?509)，因此风险较高，因为转移AAO与基底毕竟是物理吸附，电化学沉积时体系情况复杂，很可能使AAO与基底之间产生缝隙而导致不能形成颗粒，因此实验设计时需谨慎。

 图7.  AAO模板制备的纳米颗粒阵列示例

        温馨提示：AAO模板为自下而上的方法制备，属于自组织结构，因此它的孔径都有的分布范围，而不是单一值，是孔间距450nm的模板不均匀性略大一些。孔的排列为短程有序（），每个有序区域可称为一个“筹”，在筹边界处孔的形状可能大是正圆形。膜的孔径分布比双通厚膜以及单通膜宽一些。如果您对多孔膜的孔径均匀程度要求高，对孔的圆形程度要求高，那么AAO并不是好的选择。

 如果需要更详细的产品介绍，请您访问我们公司网站（公司网址： https://www.membranes.com/）中膜产品介绍。

孔间距450nm的AAO模板价格为300元/片，产品型号中带有字母C的为140元/片，具体请与客服联系。

满600元包邮。如果要求更快速的快递，请跟客服事先沟通说明。

AAO模板应用举例

1.铁电纳米电容器阵列的制备，应用于高密度信息存储 

图1 纳米电容器阵列的制备

        制备方法如上图所示。先将AAO转移到镀有铂（Pt）膜的MgO衬底，通过脉冲激光沉积（PLD）法先沉积一层Pb(Zr0.20Ti0.80)O3 （PZT），然后再沉积一层Pt材料，将AAO模板除去后即得到铁电纳米电容阵列。图中（a）为制备流程示意图，（b,c）为AAO模板以及所制备的纳米电容的SEM图。由于AAO的孔密度高，所以所制备的金属/铁电/金属纳米电容器阵列可176 Gb/in2的存储密度。 

参考文献：Nature Nanotechnology, 2008, 3, 402.                                                

2. 金属/半导体核壳纳米颗粒阵列的制备

图2 半导体纳米点阵的制备

        制备方法如上图所示。先将AAO转移到硅衬底上，沉积金属In之后，除去AAO模板后即得到In纳米颗粒阵列。然后在氧气气氛下经过的加热和保温过程，In纳米颗粒表层被氧化，从而得到In/In2O3核壳结构纳米阵列，通过调节结构参数，可以调节阵列的光学性能，有望应用于纳米光学器件当中。

 参考文献:Journal of the American Chemical Society, 2005, 127, 1487

3. 金属纳米颗粒对阵列的制备

图3 金属纳米颗粒对阵列制备

        采用AAO模板可以制备高密度的金属纳米颗粒对阵列，制备流程如上图左图所示，先将AAO转移到目标衬底，然后经过两次不同的角度沉积，在每一个孔的位置可以制备一对金属纳米颗粒阵列，其SEM图如右上角所示。两次沉积的金属材料可以不同，右下所示为金、银纳米颗粒对的元素分布图。

 参考文献：Advanced Materials, 2000, 12, 1031.

 4. 纳米线阵列的制备

图4 纳米线阵列的生长

        有序纳米线阵列通常可以采用预制金属纳米颗粒作为催化剂，然后通过化学气相沉积（CVD）等方法获得，AAO可以作为金属颗粒催化剂制备的模板其流程如上图所示。已有报道的使用该路线的纳米线阵列包括MgO纳米线，ZnO纳米线，GaAs纳米线和碳纳米管阵列等。

参考文献：RSC Advance, 2012, 2, 10618;Materials Letters, 2015, 154, 40;Applied Physics Letters, 2002, 81, 5177;Chemistry of Materials, 2004; 16, 2757; Applied Physics Letters, 2009, 75, 2047. 

 5. 平整表面上制备纳米凹坑阵列以及纳米柱阵列

图5 基片刻蚀

        将AAO模板转移到平整表面，通过干法刻蚀，由于AAO模板的阻挡，孔的位置将被刻蚀并形成复写了AAO孔排列的凹坑阵列。例如，在LED芯片中的蓝宝石衬底或者芯片的薄膜刻蚀出凹坑，即可出光效率。采用AAO在衬底表面制备金属或者其它材料阵列之后，除去AAO，再通过干法刻蚀，即可得到纳米柱阵列结构。

参考文献：Journal of Applied Physics, 2002, 91, 2544；Nano Lett., 2008, 8, 3046.

 6. Ag纳米颗粒阵列的制备及其表面修饰

图6. Ag纳米颗粒阵列的制备及其表面修饰

        2015年，德国伊尔梅瑙工业大学的Yong Lei研究组采用AAO模板制备Ag纳米颗粒阵列，并对其表面进行修饰，以应用于太阳能电池效率的，研究结果发表在杂志《Advanced Energy Materials》上。其样品制备如图6所示,。他们所用的双通AAO的孔间距约为100nm，孔径约为60nm，膜厚约为300nm，所沉积的Ag的厚度为42nm。将AAO模板转移到基底上后，采用电子束蒸发法沉积Ag，然后用胶带将AAO粘去，获得Ag纳米颗粒阵列，然后采用ALD法在Ag颗粒表面包裹不同厚度的TiO2，通过TiO2包裹层厚度的调控，进而调控Ag纳米颗粒的表面等离激元性质，使其四子振动峰与偶子振动峰靠拢甚至重合，了Ag纳米颗粒本身的表面等离激元共振强度，使其对光的散射更加强烈，进而了太阳能电池的光生载流子产率。

参考文献:Adv. Energy Mater. 2015, 5,.

7. 多铁性磁电纳米颗粒阵列的制备

图7. （a）BiFeO3/CoFe2O4/SrRuO3纳米点阵制备流程示意图。（b）纳米点阵的SEM图（c）三维AFM图以及（d）截面TEM图。部分AAO模板为有意保留。

多铁性磁电（Multiferroic magnetoelectric，ME）复合材料在室温下就表现出较大的ME耦合效应，因此在很多领域都有广泛的应用前景。对于高密度集成器件，制备规则排列的具有ME耦合效应的纳米结构阵列重要。2016年，华南师范大学的高兴森研究组采用AAO模板，结合脉冲激光沉积法制备了BiFeO3/CoFe2O4/SrRuO3纳米点阵。其基本步骤如图7a所示，所得到的纳米点阵的SEM图和AFM图如图7b与7c所示，图7d是样品截面的TEM图。他们所用的AAO模板厚度为250nm，孔径约为70nm，孔间距约为110nm。所制备的纳米颗粒具有良好的异质外延特征，性能上兼有压电和铁电性能，表现出明显的ME耦合效应。这种纳米点阵有望应用于高密度ME器件，例如高密度存储（>100Gbit/in2）或逻辑器件。研究结果发表在期刊《ACS Nano》上。参考文献：ACS Nano 2016, 10, 1025

8. 电化学沉积法在导电基底上制备纳米颗粒或纳米棒

图8. 纳米电阻式随机存储器(ReRAM)制备流程图。图中SEM图为AAO模板孔结构。Ni是以AAO为掩膜板采用电化学沉积法制备的。终获得的是MIM(Ni/NiO/Ni)纳米阵列结构。

风险提示：据我们所知，使用转移的膜用于电化学沉积的报道只有Sci. Rep.2016,6,18967和Langmuir 2017, 33, 503?509两篇报道，因此该技术应该不是很成熟，有风险。