JP4824430B2 - Method for producing nanostructure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノ構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a nano-structure.
金属および半導体の薄膜、細線、ドット等の技術領域では、ある特徴的な長さより小さいサイズにおいて自由電子の動きが閉じ込められることにより、電気的、光学的および化学的に特異な現象が見られることが知られている。このような現象は「量子力学的サイズ効果(量子サイズ効果)」と呼ばれている。このような特異な現象を応用した機能性材料の研究開発が、現在、盛んに行なわれている。具体的には、数百nmより微細な構造を有する材料が、「ナノ構造体」または「微細構造体」と称されており、材料開発の対象の一つとされている。 In the technical fields of metal and semiconductor thin films, thin wires, dots, etc., the phenomenon of electrical, optical and chemical peculiarities can be seen by confining the movement of free electrons in a size smaller than a certain characteristic length. It has been known. Such a phenomenon is called “quantum mechanical size effect (quantum size effect)”. Research and development of functional materials applying such a unique phenomenon is being actively conducted. Specifically, a material having a structure finer than several hundred nm is referred to as “nanostructure” or “fine structure”, and is one of the objects of material development.
こうした微細構造体の作製方法としては、例えば、フォトリソグラフィ、電子線露光、X線露光等の微細パターン形成技術を初めとする半導体加工技術によって直接的にナノ構造体を作製する方法が挙げられる。 As a method for manufacturing such a fine structure, for example, a method for directly manufacturing a nano structure by a semiconductor processing technique including a fine pattern forming technique such as photolithography, electron beam exposure, and X-ray exposure can be given.
中でも、規則的な微細構造を有するナノ構造体を作製する方法についての研究が注目され、多く行われている。
例えば、自己規制的に規則的な構造が形成される方法として、電解液中でアルミニウムに陽極酸化処理を施して得られる陽極酸化アルミナ膜(陽極酸化皮膜)が挙げられる。陽極酸化皮膜には、数nm程度から数百nm程度の直径を有する複数の微細孔(マイクロポア)が規則的に形成されることが知られている。この陽極酸化皮膜の自己規則化を用い、完全に規則的な配列を得ると、理論的には、マイクロポアを中心に底面が正六角形である六角柱のセルが形成され、隣接するマイクロポアを結ぶ線が正三角形を成すことが知られている。
例えば、非特許文献1には、マイクロポアのポア径のばらつきが3%以下である陽極酸化皮膜が記載されている。また、非特許文献2には、陽極酸化皮膜には、酸化の進行に伴って、細孔が自然形成されることが記載されている。また、非特許文献3では、多孔質酸化皮膜をマスクとしてSi基板上にAuドットアレイを形成することも提案されている。
In particular, much research has been conducted on methods for producing nanostructures having a regular microstructure.
For example, as a method for forming a regular structure in a self-regulating manner, an anodized alumina film (anodized film) obtained by subjecting aluminum to an anodizing treatment in an electrolytic solution can be mentioned. It is known that a plurality of fine pores (micropores) having a diameter of about several nm to several hundred nm are regularly formed in the anodized film. By using this self-ordering of the anodized film and obtaining a perfectly regular arrangement, theoretically, hexagonal prism cells with a regular hexagonal bottom centered around the micropores are formed, and adjacent micropores are formed. It is known that the connecting line forms an equilateral triangle.
For example, Non-Patent
陽極酸化皮膜の材料としての最大の特徴は、複数のマイクロポアが、基板表面に対してほぼ垂直方向に、ほぼ等間隔に平行に形成されたハニカム構造を採る点にあるとされている。これに加え、ポア径、ポア間隔およびポア深さを比較的自由に制御することができる点もほかの材料にない特徴であるとされている(非特許文献3参照。)。 The greatest feature of the material of the anodic oxide film is that it adopts a honeycomb structure in which a plurality of micropores are formed in a direction substantially perpendicular to the substrate surface and in parallel at substantially equal intervals. In addition to this, the pore diameter, the pore interval, and the pore depth can be controlled relatively freely, which is a feature not found in other materials (see Non-Patent Document 3).
陽極酸化皮膜の応用例としては、ナノデバイス、磁気デバイス、発光体等の種々のデバイス類が知られている。例えば、特許文献1には、磁気デバイスとして磁性金属であるCo、Niをマイクロポア内に充填したり、発光材料であるZnOをマイクロポア内に充填したり、バイオセンサーとして酵素/抗体をマイクロポア内に充填したりした応用例が記載されている。
As an application example of the anodized film, various devices such as a nano device, a magnetic device, and a light emitter are known. For example, in
更に、バイオセンシングの分野では、特許文献2に、陽極酸化皮膜のマイクロポアの内部に金属を充填した構造体を用いて、ラマン分光分析用の試料台とする例が記載されている。
ラマン散乱は、入射光(光子)が粒子に当たって散乱する際に、粒子と非弾性衝突を起こして、エネルギーを変化させる散乱である。ラマン散乱光は、分光分析の手法として用いられるが、分析の感度および精度の向上のため、測定に用いる散乱光の強度を増強させることが課題となっている。
ラマン散乱光を増強させる現象としては、表面増強共鳴ラマン散乱(SERRS:Surface−Enhanced Resonance Raman Scattering)現象が知られている。この現象は、金属電極、ゾル、結晶、蒸着膜、半導体等の表面上に吸収されたある種の分子の散乱が、溶液中に比べて増強される現象であり、特に、金または銀で、1011〜1014倍の顕著な増強効果が見られる。SERRS現象の発生メカニズムは、現時点では解明されていないが、上述した表面プラズモン共鳴が影響を与えていると考えられている。特許文献2においても、ラマン散乱強度を増強させる手段として、プラズモン共鳴の原理を利用することを目的としている。
Furthermore, in the field of biosensing, Patent Document 2 describes an example of using a structure in which a metal is filled in the micropores of an anodized film as a sample stage for Raman spectroscopic analysis.
Raman scattering is scattering in which energy is changed by causing an inelastic collision with particles when incident light (photons) hits the particles and scatters. Raman scattered light is used as a technique for spectroscopic analysis, but it is an issue to increase the intensity of scattered light used for measurement in order to improve the sensitivity and accuracy of analysis.
As a phenomenon that enhances the Raman scattered light, a surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) phenomenon is known. This phenomenon is a phenomenon in which the scattering of certain molecules absorbed on the surface of metal electrodes, sols, crystals, deposited films, semiconductors, etc. is enhanced compared to that in solution, particularly with gold or silver, A remarkable enhancement effect of 10 11 to 10 14 times is observed. Although the generation mechanism of the SERRS phenomenon has not been elucidated at present, it is considered that the above-described surface plasmon resonance has an influence. Patent Document 2 also aims to use the principle of plasmon resonance as means for enhancing the Raman scattering intensity.
プラズモン共鳴は、金、銀等の貴金属の表面に光を照射した際に、金属表面が励起状態となり、局在する電子密度波であるプラズモン波が、電磁波と相互作用を起こし(共鳴励起)、共鳴状態を形成する現象である。そのうち、表面プラズモン共鳴(SPR:Surface Plasmon Resonance)は、金属表面に光を照射した際に、金属表面の自由電子が励起状態になり、自由電子が集団で振動することで、表面プラズモン波が発生し、強い電場が発生する現象である。
プラズモン共鳴が起きている表面近傍の領域、具体的には、表面から200nm以内程度の領域では、数桁倍(一例では、108〜1010倍)に及ぶ電場の増強が見られ、各種の光学効果に顕著な高揚が観察される。例えば、金等の薄膜を蒸着したプリズムに臨界角以上の角度で光を入射すると、薄膜表面の誘電率変化を、表面プラズモン共鳴現象による反射光強度の変化として、高感度で検出することができる。
具体的には、表面プラズモン共鳴現象を応用したSPR装置を用いると、生体分子間の反応量および結合量の測定や速度論的解析が、ノンラベルかつリアルタイムで可能となる。SPR装置は、免疫応答、シグナル伝達、タンパク質、核酸等の様々な物質間の相互作用の研究に応用され、最近では、SPR装置で微量ダイオキシンを分析する論文も発表されている(非特許文献4参照。)。
In plasmon resonance, when the surface of a noble metal such as gold or silver is irradiated with light, the metal surface becomes an excited state, and the plasmon wave, which is a localized electron density wave, causes an interaction with an electromagnetic wave (resonance excitation). It is a phenomenon that forms a resonance state. Among them, surface plasmon resonance (SPR) is a surface plasmon wave generated when free electrons on a metal surface become excited when the metal surface is irradiated with light, and the free electrons vibrate in a collective manner. However, a strong electric field is generated.
In the region near the surface where plasmon resonance occurs, specifically, in the region within about 200 nm from the surface, an electric field enhancement of several orders of magnitude (in the example, 10 8 to 10 10 times) is observed. A marked uplift in the optical effect is observed. For example, when light is incident on a prism deposited with a thin film of gold or the like at an angle greater than the critical angle, a change in dielectric constant on the surface of the thin film can be detected with high sensitivity as a change in reflected light intensity due to a surface plasmon resonance phenomenon. .
Specifically, when an SPR device using the surface plasmon resonance phenomenon is used, measurement of the reaction amount and binding amount between biomolecules and kinetic analysis can be performed in real time without labeling. The SPR device is applied to the study of interactions between various substances such as immune responses, signal transduction, proteins, and nucleic acids, and recently, a paper on analyzing trace dioxins with the SPR device has been published (Non-patent Document 4). reference.).
プラズモン共鳴を増大させる方法として、種々の方法が検討されているが、金属を薄膜ではなく孤立した粒子にすることで、プラズモンを局在化させる手法が知られている。例えば、上述した特許文献2には、規則化した陽極酸化皮膜の細孔上に金属粒子を設けて局在化させる手法が記載されている。
ここで、金属粒子による局在プラズモン共鳴を利用する場合、金属粒子が近接して存在すると、金属粒子間のギャップで電場強度が増強され、プラズモン共鳴がより発生しやすい状態が実現するとの研究報告がある(非特許文献5参照。)。
Various methods have been studied as a method for increasing plasmon resonance. However, a technique for localizing plasmons by using metal as an isolated particle instead of a thin film is known. For example, Patent Document 2 described above describes a technique in which metal particles are provided on the pores of a regular anodic oxide film and localized.
Here, when using localized plasmon resonance due to metal particles, if the metal particles are in close proximity, the electric field strength is enhanced at the gap between the metal particles, and a state in which plasmon resonance is more likely to occur is realized. (See Non-Patent Document 5).
陽極酸化皮膜の自己規則化を用いて、規則的にマイクロポアが並んだ陽極酸化皮膜を作製する方法においては、従来、特定の電解条件で長時間電解を行い、マイクロポアの生成を規則的に進行させる規則化工程を行った後、最も規則的に整列しているマイクロポアの底部付近を表面に露出させるために、規則化工程で得られた陽極酸化皮膜をクロム酸とリン酸との混合水溶液で溶解させる脱膜工程を行うのが通例である。 In the method of producing an anodized film in which micropores are regularly arranged using self-ordering of the anodized film, conventionally, electrolysis is performed for a long time under specific electrolysis conditions, and the generation of micropores is regularly performed. After performing the regularization process, the anodic oxide film obtained in the regularization process is mixed with chromic acid and phosphoric acid in order to expose the vicinity of the bottoms of the most regularly aligned micropores on the surface. It is customary to perform a film removal step of dissolving in an aqueous solution.
また、特許文献3においては、アルミニウム部材又はその合金に陽極酸化処理を施して多孔質層を形成し、逆電解手段を使用して該多孔質層のみを母材から剥離させ、多孔質層を得る方法が記載されている。
非特許文献6においては、電流回復法によりバリア層を薄くしてから逆電解手段を使用して陽極酸化皮膜をアルミニウム部材からはく離させる方法が記載されている。
Further, in Patent Document 3, an aluminum member or an alloy thereof is anodized to form a porous layer, and only the porous layer is peeled off from the base material using a reverse electrolysis means. The method of obtaining is described.
Non-Patent
しかしながら、クロム酸とリン酸との混合水溶液を用いた脱膜工程は、陽極酸化皮膜の厚さによっても異なるが、通常、数時間から十数時間という長時間をかけて行う必要があった。また、陽極酸化皮膜は、溶解してしまうため、有効利用をすることができなかった。更に、クロム酸という環境に好ましくない物質を用いる必要があった。
また、特許文献3および非特許文献6に記載されている電流回復法により皮膜の膜厚を薄くしてから逆電解手段を使用して陽極酸化皮膜をアルミニウム部材からはく離させる方法を用いると、電流回復法によりマイクロポアの底が枝分かれした微細なポアとなり、はく離して得られるアルミニウム部材の表面の規則的に配列した窪みが乱れてしまうことが分かった。したがって、例えば、得られたアルミニウム部材に更に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成させても、ラマン分光分析用試料台等に用いることができなかった。
However, the film removal process using the mixed aqueous solution of chromic acid and phosphoric acid usually requires a long time of several hours to several tens of hours, although it varies depending on the thickness of the anodized film. Moreover, since the anodic oxide film is dissolved, it cannot be effectively used. In addition, it was necessary to use a chromic acid that is undesirable for the environment.
In addition, when the method of peeling the anodized film from the aluminum member using the reverse electrolysis means after reducing the film thickness by the current recovery method described in Patent Document 3 and
したがって、本発明は、クロム酸等の環境に好ましくない物質を用いずに、短時間で、規則的な配列の窪みを有する構造体を得ることができる構造体の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention is, without using the environmentally undesirable material such as chromic acid, in a short time, to provide a manufacturing how the structure can be obtained a structure having a recess in regular sequence Objective.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、陽極酸化皮膜を有するアルミニウム部材を陰極として陽極酸化皮膜の表面のみに電流が流れるように電解を施すことにより、短時間で、規則的な配列の窪みを有する構造体を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventor conducted electrolysis so that an electric current flows only on the surface of the anodized film using the aluminum member having the anodized film as a cathode, and in a short time. The present inventors have found that a structure having depressions of various arrangements can be obtained, and the present invention has been completed.
即ち、本発明は、以下の(1)〜(11)を提供する。
(1)アルミニウム基板と前記アルミニウム基板の表面に存在する陽極酸化皮膜とを有するアルミニウム部材を陰極として電解を施すことにより、前記陽極酸化皮膜と前記アルミニウム基板とをはく離させて、陽極酸化皮膜からなる構造体を得るはく離工程を具備する、構造体の製造方法であって、
前記はく離工程において、前記陽極酸化皮膜の表面に電流が流れるように、前記電解を施す、構造体の製造方法。
(2)前記はく離工程において、前記陽極酸化皮膜の表面のみに電流が流れるように、前記電解を施す、上記(1)に記載の構造体の製造方法。
(3)前記はく離工程において、前記電解を、前記陽極酸化皮膜の表面に電解液が接触し、前記陽極酸化皮膜の側面および前記アルミニウム基板に電解液が接触しない状態で施す、上記(2)に記載の構造体の製造方法。
(4)前記はく離工程において、前記電解が定電圧電解である、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の構造体の製造方法。
(5)前記はく離工程において、電流値が0.1A/dm 2 以下となった時点以後に前記電解を終了する、上記(4)に記載の構造体の製造方法。
That is, the present invention provides the following (1) to (11).
(1) The aluminum member having an aluminum substrate and an anodized film present on the surface of the aluminum substrate is subjected to electrolysis as a cathode, whereby the anodized film and the aluminum substrate are separated to form an anodized film. A method for producing a structure comprising a peeling step for obtaining a structure,
In the peeling step, the electrolysis is performed so that a current flows on the surface of the anodized film.
(2) The method for manufacturing a structure according to (1), wherein in the peeling step, the electrolysis is performed so that a current flows only on a surface of the anodized film.
(3) In the peeling step, the electrolysis is performed in a state where the electrolytic solution is in contact with the surface of the anodized film and the electrolytic solution is not in contact with the side surface of the anodized film and the aluminum substrate. The manufacturing method of the structure of description.
(4) The manufacturing method of the structure according to any one of (1) to (3), wherein in the peeling step, the electrolysis is constant voltage electrolysis .
(5) The method for manufacturing a structure according to (4), wherein, in the peeling step, the electrolysis is terminated after a current value becomes 0.1 A / dm 2 or less.
(6)アルミニウム基板と前記アルミニウム基板の表面に存在する陽極酸化皮膜とを有するアルミニウム部材を陰極として電解を施すことにより、前記陽極酸化皮膜と前記アルミニウム基板とをはく離させて、複数の窪みを有するアルミニウム基板からなる構造体を得るはく離工程と、
前記複数の窪みを有するアルミニウム基板に陽極酸化処理を施して、マイクロポアを有する陽極酸化皮膜を表面に有するアルミニウム基板からなる構造体を得る陽極酸化処理工程と
を具備する、構造体の製造方法であって、
前記はく離工程において、前記陽極酸化皮膜の表面に電流が流れるように、前記電解を施す、構造体の製造方法。
(7)前記はく離工程において、前記陽極酸化皮膜の表面のみに電流が流れるように、前記電解を施す、上記(6)に記載の構造体の製造方法。
(8)前記はく離工程において、前記電解を、前記陽極酸化皮膜の表面に電解液が接触し、前記陽極酸化皮膜の側面および前記アルミニウム基板に電解液が接触しない状態で施す、上記(7)に記載の構造体の製造方法。
(9)前記はく離工程において、前記電解が定電圧電解である、上記(6)〜(8)のいずれかに記載の構造体の製造方法。
(10)前記はく離工程において、電流値が0.1A/dm 2 以下となった時点以後に前記電解を終了する、上記(9)に記載の構造体の製造方法。
(11)更に、前記陽極酸化処理工程の後に、前記マイクロポアを有する陽極酸化皮膜を表面に有するアルミニウム基板からなる構造体に化学溶解処理を施す化学溶解処理工程を具備する、上記(6)〜(10)のいずれかに記載の構造体の製造方法。
(6) By performing electrolysis using an aluminum member having an aluminum substrate and an anodized film present on the surface of the aluminum substrate as a cathode, the anodized film and the aluminum substrate are separated to have a plurality of depressions. A separation step of obtaining a structure comprising an aluminum substrate;
An anodizing treatment step of performing anodizing treatment on the aluminum substrate having the plurality of depressions to obtain an aluminum substrate having an anodized film having micropores on the surface. There,
In the peeling step, the electrolysis is performed so that a current flows on the surface of the anodized film.
(7) The method for manufacturing a structure according to (6), wherein, in the peeling step, the electrolysis is performed so that a current flows only on a surface of the anodized film.
(8) In the step (7), in the peeling step, the electrolysis is performed in a state where the electrolytic solution is in contact with the surface of the anodized film and the electrolytic solution is not in contact with the side surface of the anodized film and the aluminum substrate. The manufacturing method of the structure of description.
(9) The method for producing a structure according to any one of (6) to (8), wherein in the peeling step, the electrolysis is constant-voltage electrolysis .
(10) The method for manufacturing a structure according to (9), wherein, in the peeling step, the electrolysis is terminated after a current value becomes 0.1 A / dm 2 or less.
( 11 ) Further, after the anodizing treatment step, the chemical dissolution treatment step of performing a chemical dissolution treatment on a structure composed of an aluminum substrate having the anodized film having the micropores on the surface is provided. ( 10 ) The manufacturing method of the structure in any one of .
本発明の構造体の製造方法によれば、短時間で、規則的な配列の窪みを有する構造体を得ることができる。 According to the structure manufacturing method of the present invention, a structure having regularly arranged depressions can be obtained in a short time.
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の第1の態様は、アルミニウム基板と前記アルミニウム基板の表面に存在する陽極酸化皮膜とを有するアルミニウム部材を陰極として電解を施すことにより、前記陽極酸化皮膜と前記アルミニウム基板とをはく離させて、陽極酸化皮膜からなる構造体を得るはく離工程を具備する、構造体の製造方法であって、前記はく離工程において、前記陽極酸化皮膜の表面のみに電流が流れるように、前記電解を施す、構造体の製造方法である。
The present invention is described in detail below.
According to a first aspect of the present invention, the anodized film and the aluminum substrate are separated by performing electrolysis using an aluminum member having an aluminum substrate and an anodized film present on the surface of the aluminum substrate as a cathode. A structure manufacturing method comprising a peeling step for obtaining a structure comprising an anodized film, wherein the electrolysis is performed so that a current flows only on the surface of the anodized film in the peeling step. It is a manufacturing method of a body.
<アルミニウム部材>
本発明に用いられるアルミニウム部材は、アルミニウム基板と、前記アルミニウム基板の表面に存在する陽極酸化皮膜とを有する。このアルミニウム部材は、アルミニウム基板の表面に陽極酸化処理を施して得ることができる。
<Aluminum member>
The aluminum member used in the present invention has an aluminum substrate and an anodized film present on the surface of the aluminum substrate. This aluminum member can be obtained by anodizing the surface of the aluminum substrate.
<アルミニウム基板>
アルミニウム基板は、特に限定されず、例えば、市販のアルミニウム基板;低純度のアルミニウム(例えば、リサイクル材料)に高純度アルミニウムを蒸着させた基板;シリコンウエハー、石英、ガラス等の表面に蒸着、スパッタ等の方法により高純度アルミニウムを被覆させた基板;アルミニウムをラミネートした樹脂基板が挙げられる。
<Aluminum substrate>
The aluminum substrate is not particularly limited. For example, a commercially available aluminum substrate; a substrate obtained by depositing high-purity aluminum on low-purity aluminum (for example, recycled material); vapor deposition, sputtering, etc. on the surface of silicon wafer, quartz, glass, or the like A substrate coated with high-purity aluminum by the above method; a resin substrate laminated with aluminum.
アルミニウム基板のうち、陽極酸化処理により陽極酸化皮膜を設ける表面は、アルミニウム純度が、99.5質量%以上であるのが好ましく、99.80質量%以上であるのがより好ましく、また、99.99質量%未満であるのが好ましく、99.95質量%以下であるのがより好ましい。アルミニウム純度が99.5質量%以上であると、ポア配列の規則性が十分となり、99.99質量%未満であると安価に製造することができる。 Of the aluminum substrate, the surface on which the anodized film is provided by anodizing treatment preferably has an aluminum purity of 99.5% by mass or more, more preferably 99.80% by mass or more, and 99.80% by mass. The amount is preferably less than 99% by mass, and more preferably 99.95% by mass or less. When the aluminum purity is 99.5% by mass or more, the regularity of the pore arrangement is sufficient, and when it is less than 99.99% by mass, it can be produced at low cost.
アルミニウム基板の表面は、あらかじめ脱脂処理および鏡面仕上げ処理を施されるのが好ましい。 The surface of the aluminum substrate is preferably subjected to degreasing and mirror finishing in advance.
<脱脂処理>
脱脂処理は、酸、アルカリ、有機溶剤等を用いて、表面に付着した有機成分(主に脂分)等を溶解させて除去することを目的として行われる。脱脂処理には、従来公知の脱脂剤を用いることができる。
具体的には、例えば、市販されている各種脱脂剤を所定の方法で用いることにより行うことができる。
また、pH10〜13、温度30〜50℃程度の水酸化ナトリウム水溶液、pH1〜4、温度40〜70℃程度の硫酸水溶液等に、アルミニウム表面から気泡がわずかに発生する程度の時間、アルミニウム基板を浸せきさせることによっても行うことができる。
好ましい脱脂処理としては、アルミニウム基板をアセトンで洗浄した後、pH4、温度50℃の硫酸に浸せきさせる方法が例示される。この方法によれば、アルミニウム表面の脂分が除去される一方で、アルミニウムの溶解がほとんど起こらないので好ましい。
<Degreasing treatment>
The degreasing treatment is performed for the purpose of dissolving and removing organic components (mainly fat content) and the like attached to the surface using an acid, an alkali, an organic solvent, or the like. A conventionally known degreasing agent can be used for the degreasing treatment.
Specifically, for example, various commercially available degreasing agents can be used by a predetermined method.
In addition, the aluminum substrate is placed in a sodium hydroxide aqueous solution having a pH of about 10 to 13 and a temperature of about 30 to 50 ° C., a sulfuric acid aqueous solution having a pH of about 1 to 4 and a temperature of about 40 to 70 ° C. It can also be done by soaking.
As a preferred degreasing treatment, there is exemplified a method in which an aluminum substrate is washed with acetone and then immersed in sulfuric acid having a pH of 4 and a temperature of 50 ° C. This method is preferable because fat on the surface of the aluminum is removed while aluminum hardly dissolves.
<鏡面仕上げ処理>
鏡面仕上げ処理は、アルミニウム基板の表面の凹凸をなくして、電着法等による封孔処理の均一性や再現性を向上させるために行われる。
本発明において、鏡面仕上げ処理は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。例えば、各種市販の研磨布で研磨する方法、市販の各種研磨剤(例えば、ダイヤ、アルミナ)とバフとを組み合わせた方法、電解研磨を施す方法、化学研磨を施す方法が挙げられる。これらの方法は、適宜組み合わせて用いることができる。
電解研磨および化学研磨の方法は、例えば、アルミニウムハンドブック(第6版)、(社)日本アルミニウム協会編(2001年)、p.164−165に記載されている各種の方法が挙げられる。
好ましい鏡面仕上げ処理としては、研磨剤を用いる方法を、用いる研磨剤を粗い粒子から細かい粒子へと経時的に変更して行い、その後、電解研磨を施す方法が挙げられる。この場合、最終的に用いる研磨剤としては、#1500のものが好ましい。この方法によれば、アルミニウム基板が圧延を経て製造されたものである場合、圧延時に圧延筋が発生していても、圧延筋をなくすことができる。
鏡面仕上げ処理により、例えば、平均表面粗さRa0.03μm以下、光沢度70%以上の表面を得ることができる。平均表面粗さRaは、0.02μm以下であるのが好ましい。また、光沢度は80%以上であるのが好ましい。
なお、光沢度は、圧延方向に垂直な方向において、JIS Z8741−1997の「方法3 60度鏡面光沢」の規定に準じて求められる正反射率である。
<Mirror finish processing>
The mirror finish process is performed to eliminate unevenness on the surface of the aluminum substrate and improve the uniformity and reproducibility of the sealing process by an electrodeposition method or the like.
In the present invention, the mirror finish is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. Examples thereof include a method of polishing with various commercially available polishing cloths, a method of combining various commercially available abrasives (for example, diamond, alumina) and a buff, a method of performing electrolytic polishing, and a method of performing chemical polishing. These methods can be used in appropriate combination.
Methods of electrolytic polishing and chemical polishing are described in, for example, Aluminum Handbook (6th edition), Japan Aluminum Association (2001), p. Various methods described in 164 to 165 may be mentioned.
As a preferable mirror finishing treatment, a method using an abrasive is performed by changing the abrasive used from coarse particles to fine particles over time, and then performing electrolytic polishing. In this case, the final polishing agent is preferably # 1500. According to this method, when the aluminum substrate is manufactured through rolling, the rolling streaks can be eliminated even if rolling streaks are generated during rolling.
By mirror finishing, for example, a surface having an average surface roughness R a of 0.03 μm or less and a glossiness of 70% or more can be obtained. The average surface roughness Ra is preferably 0.02 μm or less. Further, the glossiness is preferably 80% or more.
The glossiness is a regular reflectance obtained in accordance with JIS Z8741-1997 “Method 3 60 ° Specular Gloss” in the direction perpendicular to the rolling direction.
<陽極酸化処理>
陽極酸化処理としては、従来公知の方法を用いることができる。具体的には、後述する自己規則化法を用いるのが好ましい。
自己規則化法は、陽極酸化皮膜のマイクロポアが規則的に配列する性質を利用し、規則的な配列をかく乱する要因を取り除くことで、規則性を向上させる方法である。具体的には、高純度のアルミニウムを使用し、電解液の種類に応じた電圧で、長時間(例えば、数時間から十数時間)かけて、低速で陽極酸化皮膜を形成させる。
<Anodizing treatment>
As the anodizing treatment, a conventionally known method can be used. Specifically, it is preferable to use the self-ordering method described later.
The self-ordering method is a method of improving the regularity by utilizing the property that the micropores of the anodized film are regularly arranged and removing the factors that disturb the regular arrangement. Specifically, high-purity aluminum is used, and an anodized film is formed at a low speed over a long period of time (for example, several hours to several tens of hours) at a voltage according to the type of the electrolytic solution.
自己規則化法の代表例としては、J.Electrochem.Soc.Vol.144,No.5,May 1997,p.L128(非特許文献7)、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(1996)Pt.2,No.1B,L126(非特許文献8)、Appl.Phys.Lett,Vol.71,No.19,10 Nov 1997,p.2771(非特許文献9)、上記非特許文献1が知られている。
これらの公知文献に記載されている方法は、高純度の材料を用い、電解液に応じた特定の電圧で、比較的低温で長時間処理を施しているところに技術的特徴がある。具体的には、いずれもアルミニウム純度99.99質量%以上の材料を用いており、以下に示される条件で、自己規則化法を行っている。
As a representative example of the self-ordering method, J.A. Electrochem. Soc. Vol. 144, no. 5, May 1997, p. L128 (Non-Patent Document 7), Jpn. J. et al. Appl. Phys. Vol. 35 (1996) Pt. 2, no. 1B, L126 (Non-patent Document 8), Appl. Phys. Lett, Vol. 71, no. 19, 10 Nov 1997, p. 2771 (Non-Patent Document 9) and
The methods described in these known documents have a technical feature in that a high-purity material is used and a treatment is performed for a long time at a relatively low temperature with a specific voltage corresponding to the electrolytic solution. Specifically, all use materials having an aluminum purity of 99.99% by mass or more, and the self-ordering method is performed under the conditions shown below.
0.3mol/L硫酸、0℃、27V、450分(非特許文献7)
0.3mol/L硫酸、10℃、25V、750分(非特許文献7)
0.3mol/Lシュウ酸、17℃、40〜60V、600分(非特許文献8)
0.04mol/Lシュウ酸、3℃、80V、膜厚3μm(非特許文献9)
0.3mol/Lリン酸、0℃、195V、960分(非特許文献9)
0.3 mol / L sulfuric acid, 0 ° C., 27 V, 450 minutes (non-patent document 7)
0.3 mol / L sulfuric acid, 10 ° C., 25 V, 750 minutes (non-patent document 7)
0.3 mol / L oxalic acid, 17 ° C., 40-60 V, 600 minutes (Non-patent Document 8)
0.04 mol / L oxalic acid, 3 ° C., 80 V, film thickness 3 μm (Non-patent Document 9)
0.3 mol / L phosphoric acid, 0 ° C., 195 V, 960 minutes (Non-patent Document 9)
本発明に用いられる自己規則化陽極酸化処理は、例えば、酸濃度1〜10質量%の溶液中で、アルミニウム基板を陽極として通電する方法を用いることができる。陽極酸化処理に用いられる溶液としては、シュウ酸、硫酸、クエン酸、マロン酸、酒石酸、リン酸等を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。 The self-ordered anodizing treatment used in the present invention may be, for example, a method of energizing an aluminum substrate as an anode in a solution having an acid concentration of 1 to 10% by mass. As the solution used for the anodizing treatment, oxalic acid, sulfuric acid, citric acid, malonic acid, tartaric acid, phosphoric acid and the like can be used alone or in combination of two or more.
自己規則化陽極酸化処理の条件は、使用される電解液によって種々変化するので一概に決定され得ないが、一般的には電解液濃度0.01〜10mol/L、液温0〜20℃、電流密度0.1〜10A/dm2、電圧15〜240V、電気量3〜10000C/dm2、電解時間30〜1000分であるのが好ましい。
電解は、定電圧電解を行うのが好ましい。
The conditions of the self-ordering anodization treatment cannot be determined unconditionally because they vary depending on the electrolyte used, but generally the electrolyte concentration is 0.01 to 10 mol / L, the solution temperature is 0 to 20 ° C., It is preferable that the current density is 0.1 to 10 A / dm 2 , the voltage is 15 to 240 V, the amount of electricity is 3 to 10,000 C / dm 2 , and the electrolysis time is 30 to 1000 minutes.
The electrolysis is preferably constant voltage electrolysis.
陽極酸化皮膜の性状については、以下のとおりである。
厚さは、バリア層を含めて、0.1μm以上であるのが好ましく、1μm以上であるのがより好ましい。上記範囲であると、マイクロポアの規則性がより優れたものとなる。
また、厚さは、バリア層を含めて、100μm以下であるのが好ましい。上記範囲であると、後述するはく離工程におけるアルミニウム基板からのはく離が容易となる。
バリア層の厚さは、600nm以下であるのが好ましく、5〜400nmであるのがより好ましく、10〜80nmであるのが更に好ましい。上記範囲であると、後述するはく離工程におけるはく離性が優れたものとなる。
The properties of the anodized film are as follows.
The thickness including the barrier layer is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 1 μm or more. Within the above range, the regularity of the micropores becomes more excellent.
Moreover, it is preferable that thickness is 100 micrometers or less including a barrier layer. When it is in the above range, peeling from the aluminum substrate in the peeling step described later becomes easy.
The thickness of the barrier layer is preferably 600 nm or less, more preferably 5 to 400 nm, and still more preferably 10 to 80 nm. Within the above range, the peelability in the peeling step described later is excellent.
ポア径は、10〜500nmであり、15〜100nmであるのが好ましく、20〜80nmであるのがより好ましい。上記範囲であると、マイクロポアに金属を充填する差異に、金属がより均一に充填される。
ポア径の変動係数は、特に限定されないが、30%未満であるのが好ましく、5〜20%であるのがより好ましい。
ポア径の変動係数(CV:Coefficient of Variation)は、ポア径のばらつきの指標であり、下記式により定義される。
The pore diameter is 10 to 500 nm, preferably 15 to 100 nm, and more preferably 20 to 80 nm. Within the above range, the metal is more uniformly filled in the difference in filling the micropore with the metal.
The coefficient of variation of the pore diameter is not particularly limited, but is preferably less than 30%, more preferably 5 to 20%.
The coefficient of variation of pore diameter (CV: Coefficient of Variation) is an index of pore diameter variation and is defined by the following equation.
(ポア径の変動係数)=(ポア径の標準偏差)/(ポア径の平均) (Variation coefficient of pore diameter) = (Standard deviation of pore diameter) / (Average of pore diameter)
マイクロポアの周期は、20〜700nmであるのが好ましく、25〜600μmであるのがより好ましく、25〜150nmであるのが更に好ましい。
また、マイクロポアの周期の変動係数は、特に限定されないが、30%未満であるのが好ましく、5%以上20%未満であるのがより好ましい。
マイクロポアの占める面積率は、10〜70%であるのが好ましい。
The period of the micropores is preferably 20 to 700 nm, more preferably 25 to 600 μm, and further preferably 25 to 150 nm.
The coefficient of variation of the micropore cycle is not particularly limited, but is preferably less than 30%, more preferably 5% or more and less than 20%.
The area ratio occupied by the micropores is preferably 10 to 70%.
<ポアワイド処理>
本発明においては、上述したアルミニウム部材が、陽極酸化皮膜にポアワイド処理を施されたものであってもよい。
ポアワイド処理は、陽極酸化処理後、アルミニウム基板を酸水溶液またはアルカリ水溶液に浸せきさせることにより、陽極酸化皮膜を溶解させ、マイクロポアのポア径を拡大する処理である。これにより、マイクロポアの配列の規則性を制御することが容易となる。
<Pore wide processing>
In the present invention, the above-described aluminum member may be one in which a pore-wide treatment has been applied to the anodized film.
The pore-wide treatment is a treatment for expanding the pore diameter of the micropore by dissolving the anodized film by immersing the aluminum substrate in an acid aqueous solution or an alkali aqueous solution after the anodizing treatment. Thereby, it becomes easy to control the regularity of the arrangement of the micropores.
ポアワイド処理に酸水溶液を用いる場合は、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸等の無機酸またはこれらの混合物の水溶液を用いることが好ましい。酸水溶液の濃度は1〜10質量%であるのが好ましい。酸水溶液の温度は、25〜40℃であるのが好ましい。
ポアワイド処理にアルカリ水溶液を用いる場合は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化リチウムからなる群から選ばれる少なくとも一つのアルカリの水溶液を用いることが好ましい。アルカリ水溶液の濃度は0.1〜5質量%であるのが好ましい。アルカリ水溶液の温度は、20〜35℃であるのが好ましい。
具体的には、例えば、50g/L、40℃のリン酸水溶液、0.5g/L、30℃の水酸化ナトリウム水溶液または0.5g/L、30℃の水酸化カリウム水溶液が好適に用いられる。
酸水溶液またはアルカリ水溶液への浸せき時間は、8〜60分であるのが好ましく、10〜50分であるのがより好ましく、15〜30分であるのが更に好ましい。
When an aqueous acid solution is used for the pore wide treatment, it is preferable to use an aqueous solution of an inorganic acid such as sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, or a mixture thereof. The concentration of the acid aqueous solution is preferably 1 to 10% by mass. The temperature of the acid aqueous solution is preferably 25 to 40 ° C.
When an alkaline aqueous solution is used for the pore-wide treatment, it is preferable to use an aqueous solution of at least one alkali selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide. The concentration of the alkaline aqueous solution is preferably 0.1 to 5% by mass. The temperature of the alkaline aqueous solution is preferably 20 to 35 ° C.
Specifically, for example, 50 g / L, 40 ° C. phosphoric acid aqueous solution, 0.5 g / L, 30 ° C. sodium hydroxide aqueous solution or 0.5 g / L, 30 ° C. potassium hydroxide aqueous solution is preferably used. .
The immersion time in the acid aqueous solution or the alkali aqueous solution is preferably 8 to 60 minutes, more preferably 10 to 50 minutes, and further preferably 15 to 30 minutes.
<バリア層薄層化処理>
本発明においては、上述したアルミニウム部材が、陽極酸化皮膜のバリア層を薄層化されたアルミニウム部材であるのが、好ましい態様の一つである。バリア層が薄層化されていると、後述するはく離工程におけるはく離性が優れたものとなる。
本発明者は、陽極酸化処理の後、電圧を急激に変化させることなく漸減させることにより、即ち、電流回復期間を発生させず、常に電流が流れる状態を保持した状態を保つようにしながら電圧を下げる方法により、陽極酸化皮膜のマイクロポアの配列の規則性を損なうことなく、陽極酸化皮膜のバリア層を薄層化できることを見出した。これは、電流回復期間が発生しないため、微細な枝分かれが起きないからだと考えられる。
<Barrier layer thinning process>
In the present invention, it is one of preferred embodiments that the above-described aluminum member is an aluminum member obtained by thinning the barrier layer of the anodized film. When the barrier layer is thinned, the peelability in the peeling process described later is excellent.
The present inventor, after anodizing, gradually reduces the voltage without abruptly changing it, that is, does not generate a current recovery period, and maintains the state where the current always flows. It has been found that the barrier layer of the anodized film can be made thin without impairing the regularity of the micropore arrangement of the anodized film by the lowering method. This is probably because no branching occurs because no current recovery period occurs.
具体的には、例えば、陽極酸化処理の電圧が100V以上である場合は、電圧の降下速度を20V/分以下とするのが好ましく、10V/分以下とするのがより好ましく、5V/分以下とするのが更に好ましい。
維持する電流は大きいほどよい。具体的には、10μA/cm2以上であるのが好ましく、30μA/cm2以上であるのがより好ましく、50μA/cm2以上であるのが更に好ましい。
電流が低くなりすぎると、マイクロポアの配列の規則性が乱れるため、上記速度で、電流が10μA/cm2未満に低下した場合には、一旦電圧降下を中止し、電流が10μA/cm2以上流れるのを待って、電圧降下を続けるのが好ましい。
Specifically, for example, when the anodizing voltage is 100 V or more, the rate of voltage drop is preferably 20 V / min or less, more preferably 10 V / min or less, and 5 V / min or less. Is more preferable.
The larger the current to be maintained, the better. Specifically, it is preferably at 10 .mu.A / cm 2 or more, more preferably 30 .mu.A / cm 2 or more, more preferably 50 .mu.A / cm 2 or more.
If the current becomes too low, the regularity of the arrangement of micropores is disturbed. Therefore, when the current drops below 10 μA / cm 2 at the above speed, the voltage drop is stopped once and the current is 10 μA / cm 2 or more. It is preferable to continue the voltage drop after waiting for the flow.
<その他の処理>
また、必要に応じて、その他の処理を施すことができる。
例えば、本発明の構造体の製造方法により得られる構造体(以下、「本発明の構造体」ともいう)を試料台にして、水溶液を垂らして膜状にしたい場合には、水との接触角を小さくするために、親水化処理を施してもよい。親水化処理は、従来公知の方法により施すことができる。
また、本発明の構造体を試料台にして、酸で変性し、または分解されるタンパク質を対象とする場合には、陽極酸化処理に用いられ、アルミニウム表面に残留している酸を中和するために、中和処理を施してもよい。中和処理は、従来公知の方法により施すことができる。
<Other processing>
Further, other processes can be performed as necessary.
For example, when a structure obtained by the method for producing a structure of the present invention (hereinafter also referred to as “ structure of the present invention ” ) is used as a sample stage and an aqueous solution is to be dropped into a film shape, contact with water In order to reduce the corner, a hydrophilic treatment may be performed. The hydrophilic treatment can be performed by a conventionally known method.
In addition, when the structure of the present invention is used as a sample stage and a protein that is denatured or decomposed with an acid is targeted, the acid remaining on the aluminum surface is neutralized, which is used for anodizing treatment. Therefore, neutralization treatment may be performed. The neutralization treatment can be performed by a conventionally known method.
<はく離工程>
はく離工程は、上述したアルミニウム部材を陰極として電解することにより、前記陽極酸化皮膜と前記アルミニウム基板とをはく離させて、陽極酸化皮膜からなる構造体を得る工程である。なお、はく離工程においては、アルミニウム部材を陰極として電解を行うが、これは陽極酸化処理の電解がアルミニウム部材を陽極とするのと逆になるので、以下「逆電解」と呼ぶ。
<Peeling process>
The peeling step is a step of obtaining a structure made of the anodized film by electrolyzing the aluminum member described above as a cathode, thereby separating the anodized film and the aluminum substrate. In the stripping step, electrolysis is performed using the aluminum member as a cathode. This is referred to as “reverse electrolysis” because the anodizing electrolysis is the reverse of using the aluminum member as the anode.
はく離工程においては、この逆電解により、アルミニウム部材の陽極酸化皮膜とアルミニウム基板との界面で水素が発生し、この水素により陽極酸化皮膜のアルミニウム基板との界面にあるバリア層のアルミニウム基板に接している部分の一部が還元されて溶解し、アルミニウムイオンとなるため、陽極酸化皮膜とアルミニウム基板とがその界面ではく離するものと考えられる。 In the peeling process, hydrogen is generated at the interface between the anodized film of the aluminum member and the aluminum substrate by this reverse electrolysis, and this hydrogen contacts the aluminum substrate of the barrier layer at the interface with the aluminum substrate of the anodized film. It is considered that a part of the portion is reduced and dissolved to form aluminum ions, so that the anodized film and the aluminum substrate are separated at the interface.
逆電解においては、陰極として、上述したアルミニウム部材を用い、陽極酸化皮膜の表面に電流が流れるように、電解を施す。これにより、はく離が容易となる。 In reverse electrolysis, the above-described aluminum member is used as a cathode, and electrolysis is performed so that a current flows through the surface of the anodized film. Thereby, peeling becomes easy.
中でも、陽極酸化皮膜の表面のみに電流が流れるように、電解を施すのが好ましい。即ち、陽極酸化皮膜の表面に電流が流れ、かつ、アルミニウム部材のアルミニウム基板に電流が流れないように、電解を施すのが好ましい。
具体的には、例えば、陽極酸化皮膜の表面に電解液が接触し、陽極酸化皮膜の側面およびアルミニウム基板に電解液が接触しない状態で、電解を施す。そのような状態とする方法は、特に限定されず、例えば、マスキングまたは治具を用いて陽極酸化皮膜の表面のみが露出するようにしてから、アルミニウム部材を電解液に浸せきさせる方法、電解液を陽極酸化皮膜の表面のみに供給する方法が挙げられる。
Among them, it is preferable to perform electrolysis so that current flows only on the surface of the anodized film. That is, it is preferable to perform electrolysis so that current flows on the surface of the anodized film and current does not flow on the aluminum substrate of the aluminum member.
Specifically, for example, electrolysis is performed in a state where the electrolytic solution is in contact with the surface of the anodized film and the electrolytic solution is not in contact with the side surface of the anodized film and the aluminum substrate. The method for making such a state is not particularly limited. For example, a method in which only the surface of the anodized film is exposed using masking or a jig, and then the aluminum member is immersed in the electrolytic solution. The method of supplying only to the surface of an anodized film is mentioned.
マスキングを用いる方法は、アルミニウム部材の陽極酸化皮膜の表面の電解液と接触させる部分以外の部分を、絶縁材料により被覆することにより行う。
絶縁材料としては、特に限定されないが、体積抵抗率が温度20℃において1016Ω・m以上の材料であるのが好ましい。例えば、樹脂(天然樹脂および合成樹脂)、ゴム、セラミックス(例えば、ガラス)、金属酸化物、雲母が挙げられる。
中でも、柔軟な合成樹脂が好ましい。合成樹脂としては、塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル、PET、エポキシ、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、サラン、ポリ塩化ビニリデンが挙げられる。
これらの合成樹脂を基材として粘着剤を塗布した絶縁テープ(以下「粘着テープ」という。)も好適に用いることができる。粘着テープとしては、例えば、エポキシフィルム(例えば、3M社製のSuper10)、ポリイミドフィルム(例えば、3M社製の1205)、PTFEフィルム(例えば、3M社製の62)、ポリエステルフィルム(例えば、3M社製の56)、プラスチックフィルムテープ(例えば、スコッチ社製の470)、ポリエステルフィルム(例えば、日東電工製社製のエレップマスキングN−300)、ポリプロピレンテープ(例えば、日東電工製社製のダンプロン)が挙げられる。
The method using masking is performed by covering a portion other than the portion in contact with the electrolytic solution on the surface of the anodized film of the aluminum member with an insulating material.
The insulating material is not particularly limited, but a material having a volume resistivity of 10 16 Ω · m or more at a temperature of 20 ° C. is preferable. Examples thereof include resins (natural resins and synthetic resins), rubber, ceramics (for example, glass), metal oxides, and mica.
Among these, a flexible synthetic resin is preferable. Examples of the synthetic resin include vinyl chloride, polycarbonate, acrylic, PET, epoxy, polyimide, polypropylene, polyester, polyethylene, saran, and polyvinylidene chloride.
An insulating tape (hereinafter referred to as “adhesive tape”) in which an adhesive is applied using these synthetic resins as a base material can also be suitably used. Examples of the adhesive tape include an epoxy film (for example, Super10 manufactured by 3M), a polyimide film (for example, 1205 manufactured by 3M), a PTFE film (for example, 62 manufactured by 3M), and a polyester film (for example, 3M). 56), plastic film tape (for example, 470 manufactured by Scotch), polyester film (for example, Elep Masking N-300 manufactured by Nitto Denko), polypropylene tape (for example, dumplon manufactured by Nitto Denko) Is mentioned.
絶縁材料で被覆する方法は、特に限定されず、例えば、樹脂を用いる場合、液状樹脂(例えば、接着剤)を塗布する方法、粘着テープを貼付する方法が挙げられる。また、例えば、アルミニウム基板の裏面に粘着テープを貼付した後、アルミニウム基板および陽極酸化皮膜の側面に液状樹脂を塗布するなど、これらの方法を被覆する部分に応じて併用することもできる。
中でも、粘着剤を塗布された樹脂製のテープを貼付する方法が、電解液中における絶縁性、入手の容易性および方法の簡便性の点で好ましい。
The method of covering with an insulating material is not particularly limited. For example, when a resin is used, a method of applying a liquid resin (for example, an adhesive) and a method of applying an adhesive tape are exemplified. Moreover, for example, after sticking an adhesive tape on the back surface of the aluminum substrate, a liquid resin is applied to the side surfaces of the aluminum substrate and the anodized film.
Among these, a method of applying a resin tape coated with a pressure-sensitive adhesive is preferable in terms of insulation in an electrolytic solution, availability, and simplicity of the method.
被覆部分における絶縁材料の厚さは、1μm以上であるのが電気絶縁性の点で好ましく、10〜200μmであるのが取扱い性の点でより好ましい。
絶縁材料に粘着剤や接着剤を塗布する場合は、それらの厚さが10〜100μmであるのが塗布の均一性や接着後の変形防止の点で好ましい。
The thickness of the insulating material in the covering portion is preferably 1 μm or more from the viewpoint of electrical insulation, and more preferably 10 to 200 μm from the viewpoint of handleability.
When applying a pressure-sensitive adhesive or an adhesive to the insulating material, the thickness thereof is preferably 10 to 100 μm from the viewpoint of uniformity of application and prevention of deformation after bonding.
マスキングは、上述したように、アルミニウム部材の陽極酸化皮膜の表面の電解液と接触させる部分以外の部分を、絶縁材料により被覆することにより行う。具体的には、陽極酸化皮膜の側面およびアルミニウム基板の全部を絶縁材料により被覆する。
ここで、陽極酸化皮膜の一部を被覆することもできる。この場合、陽極酸化皮膜の一部を被覆して残った開口部が円形、楕円形、角を丸くした矩形であるのがはく離が容易である点で好ましい。中でも、逆電解を行う部分の全面にわたって、逆電解を均一に行うことができる点で円形が好ましい。
As described above, masking is performed by covering a portion other than the portion in contact with the electrolytic solution on the surface of the anodized film of the aluminum member with an insulating material. Specifically, the side surface of the anodized film and the entire aluminum substrate are covered with an insulating material.
Here, a part of the anodized film can be coated. In this case, it is preferable that the opening remaining after covering a part of the anodized film is a circle, an ellipse, or a rectangle with rounded corners because peeling is easy. Among these, a circular shape is preferable in that reverse electrolysis can be uniformly performed over the entire surface of the portion where reverse electrolysis is performed.
治具を用いる方法は、陽極酸化皮膜の表面のみが露出する治具を用いる方法であれば、特に限定されない。 The method using a jig is not particularly limited as long as it uses a jig that exposes only the surface of the anodized film.
逆電解に用いられる陽極は、特に限定されず、例えば、PtめっきされたTi電極、Pt電極、カーボン電極が挙げられる。 The anode used for reverse electrolysis is not particularly limited, and examples thereof include a Pt-plated Ti electrode, a Pt electrode, and a carbon electrode.
逆電解に用いられる電解液は、特に限定されないが、酸水溶液であるのが好ましい。
酸水溶液は、pH1〜7あるのが好ましく、pH2〜6であるのがより好ましく、pH2.5〜5.5であるのが更に好ましい。また、酸水溶液の電気伝導度は、0.01〜100mS/cmであるのが好ましく、0.1〜50mS/cmであるのがより好ましい。
酸水溶液のpHおよび電気伝導度が上記範囲であると、アルミニウム基板の腐食および残膜が発生しにく、はく離性が良好になる。
酸水溶液の電気伝導度が低すぎると、電流値の極小値が発生しないことがある。その場合には、酸水溶液中のイオン濃度を高くして、電流値の極小値が発生させるのが好ましい。逆に、酸水溶液中のイオン濃度が高すぎると、電流値の極小値が発生はするものの、短時間で終了し、その後、急速に電流値が増加してしまうので、制御が困難となる。更に、極小値に達する時間を超えると、腐食が発生してしまう。
The electrolytic solution used for reverse electrolysis is not particularly limited, but is preferably an acid aqueous solution.
The aqueous acid solution preferably has a pH of 1 to 7, more preferably a pH of 2 to 6, and even more preferably a pH of 2.5 to 5.5. Moreover, it is preferable that it is 0.01-100 mS / cm, and, as for the electrical conductivity of acid aqueous solution, it is more preferable that it is 0.1-50 mS / cm.
When the pH and electric conductivity of the acid aqueous solution are within the above ranges, corrosion of the aluminum substrate and residual film are less likely to occur, and the peelability is improved.
If the electric conductivity of the acid aqueous solution is too low, a minimum current value may not be generated. In that case, it is preferable to increase the ion concentration in the acid aqueous solution to generate a minimum current value. On the contrary, if the ion concentration in the acid aqueous solution is too high, a minimum value of the current value is generated, but it is completed in a short time, and then the current value rapidly increases, so that control becomes difficult. Furthermore, if the time to reach the minimum value is exceeded, corrosion will occur.
酸水溶液には、酸として、例えば、シュウ酸、硫酸、リン酸を好適に用いることができる。
また、例えば、水に溶解して酸性を示す金属塩化合物、水に溶解して酸性を示す有機化合物を用いることもできる。
水に溶解して酸性を示す金属塩化合物としては、例えば、シュウ酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、フッ化アルミニウム、ホウ酸アルミニウムが挙げられる。
水に溶解して酸性を示す有機化合物は、カルボン酸であるのが好ましい。例えば、アジピン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸、マレイン酸等の不飽和脂肪族ジカルボン酸、安息香酸等の芳香族モノカルボン酸、フタル酸等の芳香族ジカルボン酸、サリチル酸等の芳香族オキシカルボン酸が好適に挙げられる。
また、水に溶解して中性を示す塩、即ち、中性塩を用いることもできる。中性塩としては、例えば、炭酸アンモニウム等の炭酸塩、ホウ酸アンモニウム等のホウ酸塩が好適に挙げられる。
中性塩を用いる場合、更に、添加剤として、フッ化物、炭酸誘導体または酸アミドを添加した混合浴とするのも好適な態様の一つである。フッ化物としては、例えば、フッ化アンモニウムが挙げられる。炭酸誘導体としては、例えば、炭酸グアニジン、尿素、ホルムアルデヒドが挙げられる。酸アミドとしては、例えば、アセトアミドが挙げられる。
これらの中でも、シュウ酸、シュウ酸アルミニウム、硫酸、硫酸アルミニウムまたはこれらの混合物が好ましい。特に、硫酸アルミニウム、硫酸が、入手性や廃液処理性の点で好ましい。
In the acid aqueous solution, for example, oxalic acid, sulfuric acid, and phosphoric acid can be suitably used as the acid.
Further, for example, a metal salt compound that shows acidity when dissolved in water, or an organic compound that shows acidity when dissolved in water can be used.
Examples of the metal salt compound that dissolves in water and exhibits acidity include aluminum oxalate, aluminum sulfate, aluminum lactate, aluminum fluoride, and aluminum borate.
The organic compound that is acidic when dissolved in water is preferably a carboxylic acid. For example, saturated aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid, unsaturated aliphatic dicarboxylic acids such as maleic acid, aromatic monocarboxylic acids such as benzoic acid, aromatic dicarboxylic acids such as phthalic acid, and aromatic oxycarboxylic acids such as salicylic acid Are preferable.
In addition, a salt that is neutral when dissolved in water, that is, a neutral salt, can also be used. Suitable examples of the neutral salt include carbonates such as ammonium carbonate and borates such as ammonium borate.
In the case where a neutral salt is used, it is also a preferred embodiment to use a mixed bath to which a fluoride, a carbonic acid derivative or an acid amide is added as an additive. Examples of the fluoride include ammonium fluoride. Examples of the carbonic acid derivative include guanidine carbonate, urea, and formaldehyde. Examples of the acid amide include acetamide.
Among these, oxalic acid, aluminum oxalate, sulfuric acid, aluminum sulfate or a mixture thereof is preferable. In particular, aluminum sulfate and sulfuric acid are preferable in terms of availability and waste liquid treatment.
また、上記陽極酸化処理で用いられた電解液と同一の種類のものを用いるのが好ましい態様の一つである。 Moreover, it is one of the preferable aspects to use the same kind as the electrolyte solution used by the said anodizing process.
逆電解の条件は、使用される電解液によって種々変化するので一概に決定され得ない。
電解液濃度は、例えば、シュウ酸水溶液の場合、0.4〜10%、硫酸水溶液の場合、2〜20%、リン酸水溶液の場合、0.4〜5%であるのが好ましい。
電解液の温度は、一般的には、0〜50℃であるのが好ましく、10〜35℃であるのがより好ましい。
電流密度は、1〜400mA/dm2であるのが好ましく、5〜400mA/dm2であるのがより好ましく、10〜300mA/dm2であるのが更に好ましい。上記範囲であると、はく離にムラが生じず、より均一に行うことができる。
電圧は、5〜350Vであるのが好ましく、8〜300Vであるのがより好ましく、10〜240Vであるのが更に好ましい。電圧は、陽極酸化皮膜を形成させるときの電解電圧より低いのが好ましい。
また、電圧は、一定とするのが好ましい態様の一つであり、経時的に上昇させるのも好ましい態様の一つである。
The reverse electrolysis conditions vary depending on the electrolyte used, and therefore cannot be determined unconditionally.
For example, the concentration of the electrolytic solution is preferably 0.4 to 10% in the case of an oxalic acid aqueous solution, 2 to 20% in the case of an aqueous sulfuric acid solution, and 0.4 to 5% in the case of an aqueous phosphoric acid solution.
In general, the temperature of the electrolytic solution is preferably 0 to 50 ° C, and more preferably 10 to 35 ° C.
Current density is preferably 1~400mA / dm 2, more preferably from 5~400mA / dm 2, and even more preferably 10~300mA / dm 2. When it is within the above range, unevenness does not occur in peeling, and it can be performed more uniformly.
The voltage is preferably 5 to 350V, more preferably 8 to 300V, and still more preferably 10 to 240V. The voltage is preferably lower than the electrolysis voltage when forming the anodized film.
Moreover, it is one of the preferable embodiments that the voltage is constant, and it is also one preferable embodiment that the voltage is increased with time.
本発明においては、電流値が0.1A/dm2以下となった時点以後に電解を終了するのが好ましい。
図1は、アルミニウム基板と陽極酸化皮膜とを有するアルミニウム部材を陰極として、陽極酸化皮膜の表面のみに電流が流れるように電解を施した場合の電流の経時的変化を示す模式的なグラフである。
電解を開始した直後(T1)からT3に至るまでに、電流値が最大となる時点(T2)がある。T1T3間においては、ガスの発生が観察されることから、陽極酸化皮膜のバリア層とアルミニウム基板との界面において発生したH+が電気化学反応により水素分子となっていると推測される。
その後、T4において、急激に電流が下がる。この時点で、陽極酸化皮膜とアルミニウム基板とのはく離が終了していると考えられる。その後、T5までは低い電流値のままである。T4T5間においては、陽極酸化皮膜とアルミニウム基板との間に、水素ガスが蓄積していると推測される。
更に逆電解を続けると、T6で一度電流値がピークとなる。これは、陽極酸化皮膜に割れが発生したためであると考えられる。
その後、T7以後は、電解液が陽極酸化皮膜の割れを通じて陽極酸化皮膜とアルミニウム基板との間に浸透し、腐食が進行するものと推測される。
In the present invention, the electrolysis is preferably terminated after the time when the current value becomes 0.1 A / dm 2 or less.
FIG. 1 is a schematic graph showing a change in current over time when an aluminum member having an aluminum substrate and an anodized film is used as a cathode and electrolysis is performed so that the current flows only on the surface of the anodized film. .
There is a time point (T 2 ) at which the current value becomes maximum immediately after the start of electrolysis (T 1 ) to T 3 . Since gas generation is observed between T 1 and T 3 , it is assumed that H + generated at the interface between the barrier layer of the anodized film and the aluminum substrate becomes hydrogen molecules due to an electrochemical reaction. .
Thereafter, at T 4 , the current rapidly decreases. At this point, it is considered that peeling between the anodized film and the aluminum substrate has been completed. Thereafter, until T 5 remains low current value. It is estimated that hydrogen gas is accumulated between the anodic oxide film and the aluminum substrate between T 4 and T 5 .
If reverse electrolysis is further continued, the current value once peaks at T 6 . This is presumably because cracks occurred in the anodized film.
Thereafter, after T 7 , it is presumed that the electrolytic solution penetrates between the anodized film and the aluminum substrate through cracking of the anodized film, and corrosion progresses.
本発明においては、T4T5間において電解を終了するのが好ましい。これにより、陽極酸化皮膜の割れおよび電解液の浸透による腐食を防止することができる。そのためには、電流値をモニタリングし、電流値が0.1A/dm2以下となった時点以後に電解を終了するのが好ましい。
なお、T4T5間における電流値は、その最大値(T2の時点)に対して、通常、30%以下であり、多くは10%以下である。したがって、電流値をモニタリングし、電流値が最大値の30%以下または10%以下となった時点以後に電解を終了するのも好ましい態様の一つである。
In the present invention, the electrolysis is preferably terminated between T 4 and T 5 . Thereby, it is possible to prevent corrosion due to cracking of the anodized film and penetration of the electrolytic solution. For this purpose, it is preferable to monitor the current value and terminate the electrolysis after the time when the current value becomes 0.1 A / dm 2 or less.
The current value between T 4 and T 5 is usually 30% or less, and most is 10% or less with respect to the maximum value (time point T 2 ). Therefore, it is one of preferred embodiments that the current value is monitored and the electrolysis is terminated after the current value becomes 30% or less or 10% or less of the maximum value.
アルミニウム基板の裏面や側面(エッジ部分)は、金属アルミニウムが露出しているため、マスキング等を行わないと、金属アルミニウムに電流が集中し、陽極酸化皮膜に電流が流れにくくなるので、はく離が困難になり、または、はく離面の均一性が悪くなる。
また、マスキング等を行わないと、金属アルミニウムに流れる電流が大部分となるので、陽極酸化皮膜のはく離状態を電流値の変化から把握することが困難となる。上述したように、陽極酸化皮膜の側面およびアルミニウム基板の全部を絶縁材料により被覆することにより、陽極酸化皮膜のはく離状態を電流値の変化から把握することが可能となる。
The aluminum substrate is exposed on the back and side surfaces (edges) of the aluminum substrate. If masking is not performed, current concentrates on the metal aluminum, making it difficult for the current to flow through the anodized film. Or the uniformity of the peeling surface is deteriorated.
Further, if masking or the like is not performed, the current flowing through the metal aluminum becomes a large part, so that it is difficult to grasp the peeling state of the anodized film from the change in the current value. As described above, by covering all of the side surfaces of the anodized film and the aluminum substrate with the insulating material, it is possible to grasp the peeling state of the anodized film from the change in the current value.
電解終了後、例えば、電流を流した部分と流さなかった部分との境界を切断することにより、はく離した陽極酸化皮膜をアルミニウム基板から分離することができる。この際、切断時の応力で陽極酸化皮膜が破壊しないように、粘着テープ等で固定してから取り出すことができる。 After the electrolysis is completed, for example, the separated anodized film can be separated from the aluminum substrate by cutting the boundary between the portion where current is passed and the portion where current is not passed. At this time, it can be taken out after being fixed with an adhesive tape or the like so that the anodized film is not broken by the stress at the time of cutting.
はく離工程を行って得られるアルミニウム基板には、はく離面の10%以下の領域に、厚さ0.2μm以下の陽極酸化皮膜の残存物が残留することがある。このアルミニウム基板を利用する場合には、陽極酸化皮膜の残存物がないのが好ましい。
したがって、この場合、逆電解後、化学処理を行って、陽極酸化皮膜の残存物を除去するのが好ましい。具体的には、各種の酸性またはアルカリ性の水溶液を陽極酸化皮膜に接触させる方法等の化学処理(化学研磨処理)により、除去することができる。化学処理(化学研磨処理)の方法は、特に限定されず、例えば、従来公知の方法により行うことができる。
In the aluminum substrate obtained by performing the peeling step, a residue of an anodic oxide film having a thickness of 0.2 μm or less may remain in a region of 10% or less of the peeling surface. When this aluminum substrate is used, it is preferable that no anodized film remains.
Therefore, in this case, it is preferable to perform chemical treatment after reverse electrolysis to remove the residue of the anodized film. Specifically, it can be removed by chemical treatment (chemical polishing treatment) such as a method of bringing various acidic or alkaline aqueous solutions into contact with the anodized film. The method of chemical treatment (chemical polishing treatment) is not particularly limited, and can be performed by, for example, a conventionally known method.
酸性水溶液としては、例えば、リン酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液、シュウ酸水溶液、クロム酸とリン酸との混合水溶液が挙げられる。中でも、クロム酸とリン酸との混合水溶液が好ましい。
酸性水溶液は、pH−0.3〜6であるのが好ましく、pH0〜4であるのがより好ましく、pH2〜4であるのが更に好ましい。
酸性水溶液の温度は、20〜60℃であるのが好ましく、30〜50℃であるのがより好ましい。
処理時間は、1秒〜6時間であるのが好ましく、5秒〜3時間であるのがより好ましく、10秒〜1時間であるのが更に好ましい。
Examples of the acidic aqueous solution include a phosphoric acid aqueous solution, a sulfuric acid aqueous solution, a nitric acid aqueous solution, an oxalic acid aqueous solution, and a mixed aqueous solution of chromic acid and phosphoric acid. Among these, a mixed aqueous solution of chromic acid and phosphoric acid is preferable.
The acidic aqueous solution preferably has a pH of -0.3 to 6, more preferably a pH of 0 to 4, and still more preferably a pH of 2 to 4.
It is preferable that the temperature of acidic aqueous solution is 20-60 degreeC, and it is more preferable that it is 30-50 degreeC.
The treatment time is preferably 1 second to 6 hours, more preferably 5 seconds to 3 hours, and even more preferably 10 seconds to 1 hour.
アルカリ性水溶液としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウムの各水溶液が挙げられる。
アルカリ性水溶液は、pH10〜13.5であるのが好ましく、pH11〜13であるのがより好ましい。
アルカリ性水溶液の温度は、10〜50℃であるのが好ましく、20〜40℃であるのがより好ましい。
処理時間は、1秒〜10分であるのが好ましく、2秒〜1分であるのがより好ましく、3秒〜30秒であるのが更に好ましい。
Examples of the alkaline aqueous solution include aqueous solutions of sodium hydroxide, sodium carbonate, and potassium hydroxide.
The alkaline aqueous solution preferably has a pH of 10 to 13.5, more preferably a pH of 11 to 13.
The temperature of the alkaline aqueous solution is preferably 10 to 50 ° C, and more preferably 20 to 40 ° C.
The treatment time is preferably 1 second to 10 minutes, more preferably 2 seconds to 1 minute, and even more preferably 3 seconds to 30 seconds.
また、これらの方法を組み合わせることもできる。例えば、アルカリ性水溶液によりアルミニウム基板の表面をわずかに溶解させて陽極酸化皮膜の残存物を除去するアルカリ処理を行い、その後、そのアルカリ処理により生じた中和生成物を、酸性水溶液により溶解させて除去するデスマット処理を行う方法が挙げられる。
具体的には、例えば、5質量%水酸化ナトリウム水溶液(温度70℃)に10秒間接触させるアルカリ処理を行った後、30質量%硫酸水溶液(温度50℃)に60秒間接触させるデスマット処理を行う方法が挙げられる。
Moreover, these methods can also be combined. For example, the surface of the aluminum substrate is slightly dissolved with an alkaline aqueous solution to remove the anodized film residue, and then the neutralized product generated by the alkaline treatment is dissolved and removed with an acidic aqueous solution. The method of performing the desmut process to perform is mentioned.
Specifically, for example, after performing an alkali treatment that is brought into contact with a 5% by mass sodium hydroxide aqueous solution (temperature 70 ° C.) for 10 seconds, a desmut treatment that is brought into contact with a 30% by mass sulfuric acid aqueous solution (temperature 50 ° C.) for 60 seconds is performed. A method is mentioned.
そのほかに、例えば、「アルミニウム技術便覧」、軽金属協会編(1996)、カロス出版、p.926−929(非特許文献10)に化学的前処理として記載されている種々の方法が挙げられる。中でも、アルミニウム基板の表面層を溶解させる作用のあるアルカリ脱脂、酸脱脂、電解脱脂、これらの組み合わせ;アルミニウム基板の表面層を溶解させる強い作用のあるアルカリエッチング処理、酸エッチング処理、これらの組み合わせが好適に挙げられる。 In addition, for example, “Aluminum Technical Handbook”, edited by the Japan Institute of Light Metals (1996), Karos Publishing, p. Various methods described as chemical pretreatment in 926-929 (Non-patent Document 10) can be mentioned. Among them, there are alkali degreasing, acid degreasing, electrolytic degreasing, and a combination thereof, which have an action of dissolving the surface layer of the aluminum substrate; alkaline etching treatment, acid etching treatment, and a combination of these having a strong action of dissolving the surface layer of the aluminum substrate. Preferably mentioned.
また、はく離工程を行っても陽極酸化皮膜が一部残存する場合には、陽極酸化処理とはく離工程とを交互に複数回繰り返し行うことにより、残存した陽極酸化皮膜を完全に除去することができる。
この方法で、陽極酸化皮膜をはく離させると、電流回復を行わないため、アルミニウム基板側の窪みの配列の規則性を乱すことがないので、後述する本発明の第2の態様において、好適である。
Further, when a part of the anodic oxide film remains even after the peeling process, the remaining anodic oxide film can be completely removed by repeating the anodic oxidation treatment and the peeling process a plurality of times alternately. .
When the anodized film is peeled off by this method, current recovery is not performed, and the regularity of the arrangement of the depressions on the aluminum substrate side is not disturbed. Therefore, this method is suitable in the second aspect of the present invention described later. .
逆電解の好適条件の例を下記に例示する。
<好適条件1>
陰極:濃度0.3mol/L、温度17℃のシュウ酸水溶液で、電圧40V、処理時間60分の条件で陽極酸化処理して得られる陽極酸化皮膜、厚さ60μm
陽極:カーボン電極
電解液:濃度0.04g/L(アルミニウムイオン換算)、pH3.8、電気伝導度0.6mS/cm、温度33℃の硫酸アルミニウム水溶液
電圧:40V(設定電圧)
Examples of suitable conditions for reverse electrolysis are illustrated below.
<
Cathode: Anodized film obtained by anodizing with an oxalic acid aqueous solution with a concentration of 0.3 mol / L and a temperature of 17 ° C. under conditions of a voltage of 40 V and a treatment time of 60 minutes, thickness 60 μm
Anode: Carbon electrode Electrolyte: Concentration 0.04 g / L (in terms of aluminum ion), pH 3.8, electric conductivity 0.6 mS / cm, temperature 33 ° C. Aluminum sulfate aqueous solution Voltage: 40 V (set voltage)
本発明の第1の態様においては、はく離工程の処理時間が、従来のクロム酸とリン酸との混合水溶液で溶解させる脱膜工程に要する時間に比べて、極めて短い。したがって、本発明の第1の態様によれば、効率的な構造体の製造が可能となる。
更に、クロム酸とリン酸との混合水溶液は、脱膜工程時において、酸化アルミニウムの含有量がAl2O3として15g/Lを超えると、急激に溶解能力が劣化するため、新しい処理液に交換する必要がある。本発明に用いられる陽極酸化皮膜は、一般に厚さが厚いので、一度の処理で溶出する酸化アルミニウムの量が多く、処理液の劣化が激しい。
これに対し、本発明においては、陽極酸化皮膜はアルミニウム基板との界面で固形の状態ではく離するため、フィルター等で簡便に分離することができ、逆電解に用いられる酸水溶液が劣化しない。
したがって、本発明におけるはく離工程の処理時間および酸水溶液の消費量は、従来のクロム酸とリン酸との混合水溶液による脱膜工程の処理時間および処理液の消費量に比べて、格段に短く、少ない。
In the first aspect of the present invention, the treatment time of the peeling step is extremely short compared to the time required for the film removal step of dissolving with a conventional mixed aqueous solution of chromic acid and phosphoric acid. Therefore, according to the first aspect of the present invention, an efficient structure can be manufactured.
Furthermore, the mixed aqueous solution of chromic acid and phosphoric acid has a rapid deterioration of the dissolving ability when the aluminum oxide content exceeds 15 g / L as Al 2 O 3 during the film removal step. It needs to be replaced. Since the anodic oxide film used in the present invention is generally thick, the amount of aluminum oxide eluted in a single treatment is large and the treatment liquid is severely deteriorated.
On the other hand, in the present invention, since the anodized film is peeled off in a solid state at the interface with the aluminum substrate, it can be easily separated with a filter or the like, and the acid aqueous solution used for reverse electrolysis does not deteriorate.
Therefore, the treatment time of the peeling step and the consumption amount of the acid aqueous solution in the present invention are much shorter than the treatment time of the film removal step and the consumption amount of the treatment solution by the conventional mixed aqueous solution of chromic acid and phosphoric acid, Few.
はく離工程においては、上述した逆電解により、バリア層が溶解し、陽極酸化皮膜からなる構造体が得られる。
また、一方で、陽極酸化皮膜がはく離したアルミニウム基板は、複数の窪みを有するアルミニウム基板となる。この複数の窪みを有するアルミニウム基板は、後述する本発明の第2の態様に用いられる。以下、図面を用いて具体的に説明する。
In the peeling step, the barrier layer is dissolved by the reverse electrolysis described above, and a structure made of an anodized film is obtained.
On the other hand, the aluminum substrate from which the anodized film has been peeled becomes an aluminum substrate having a plurality of depressions. The aluminum substrate having the plurality of depressions is used in a second aspect of the present invention described later. Hereinafter, it demonstrates concretely using drawing.
図2は、本発明の構造体の製造方法の説明図である。
図2(A)は、はく離工程前のアルミニウム部材の模式的な断面図である。図2(A)に示されるように、アルミニウム部材10は、アルミニウム基板12と、アルミニウム基板12の表面に存在する陽極酸化皮膜14とを有する。陽極酸化皮膜14には、マイクロポア16が存在し、その下部はバリア層18となっている。
図2(B)および図2(C)は、それぞれはく離工程により得られる構造体およびアルミニウム基板の模式的な断面図である。
図2(B)に示される構造体20は、図2(A)に示されるアルミニウム部材10の陽極酸化皮膜14のバリア層18が溶解して得られ、複数の窪み22を有する陽極酸化皮膜からなる。
図2(C)に示されるアルミニウム基板24は、図2(A)に示されるアルミニウム部材10の陽極酸化皮膜14のバリア層18が溶解して得られ、複数の窪み26を有する。
FIG. 2 is an explanatory view of the structure manufacturing method of the present invention.
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the aluminum member before the peeling step. As shown in FIG. 2A, the
FIG. 2B and FIG. 2C are schematic cross-sectional views of the structure and the aluminum substrate obtained by the peeling process, respectively.
A
An
本発明の第2の態様は、アルミニウム基板と前記アルミニウム基板の表面に存在する陽極酸化皮膜とを有するアルミニウム部材を陰極として電解を施すことにより、前記陽極酸化皮膜と前記アルミニウム基板とをはく離させて、複数の窪みを有するアルミニウム基板からなる構造体を得るはく離工程と、前記複数の窪みを有するアルミニウム基板に陽極酸化処理を施して、マイクロポアを有する陽極酸化皮膜を表面に有するアルミニウム基板からなる構造体を得る陽極酸化処理工程とを具備する、構造体の製造方法であって、前記はく離工程において、前記陽極酸化皮膜の表面のみに電流が流れるように、前記電解を施す、構造体の製造方法である。 According to a second aspect of the present invention, the anodized film and the aluminum substrate are separated by performing electrolysis using an aluminum member having an aluminum substrate and an anodized film present on the surface of the aluminum substrate as a cathode. A peeling step for obtaining a structure composed of an aluminum substrate having a plurality of depressions, and a structure comprising an aluminum substrate having an anodized film having micropores on the surface by anodizing the aluminum substrate having the plurality of depressions A method for producing a structure, comprising: an anodizing treatment step for obtaining a body, wherein in the peeling step, the electrolysis is performed so that a current flows only on a surface of the anodized film. It is.
本発明の第2の態様のはく離工程は、本発明の第1の態様のはく離工程と同様に行われる。 The peeling step of the second aspect of the present invention is performed in the same manner as the peeling step of the first aspect of the present invention.
<陽極酸化処理工程>
本発明の第2の態様においては、はく離工程後に、陽極酸化処理工程を行う。
陽極酸化処理工程は、はく離工程で得られた複数の窪みを有するアルミニウム基板に陽極酸化処理を施して、マイクロポアを有する陽極酸化皮膜を表面に有するアルミニウム基板からなる構造体を得る工程である。
<Anodizing process>
In the second aspect of the present invention, an anodizing treatment step is performed after the peeling step.
The anodizing treatment step is a step of obtaining an aluminum substrate having an anodized film having micropores on the surface thereof by anodizing the aluminum substrate having a plurality of depressions obtained in the peeling step.
はく離工程において得られた複数の窪みを有するアルミニウム基板においては、最も規則的に整列しているマイクロポアのバリア層の底部の形状が、表面の窪みとなっている(図2(C)参照。)。したがって、その表面の窪みは、ほぼ半球状であり、マイクロポアと同様に規則的に整列している。 In the aluminum substrate having a plurality of depressions obtained in the peeling step, the shape of the bottom part of the barrier layer of the micropores that are most regularly aligned is a depression on the surface (see FIG. 2C). ). Therefore, the depressions on the surface are almost hemispherical and are regularly aligned like micropores.
陽極酸化処理工程は、従来公知の方法を用いることができる。具体的には、上述したアルミニウム部材を得る際の陽極酸化処理と同様である。
ここで、上記逆電解で用いられた電解液と同一の種類のものを用いるのが好ましい態様の一つである。これにより、同一の電解槽で、逆電解と陽極酸化処理工程とを行うことが可能となる。また、別の電解槽で行う場合であっても、陽極酸化処理槽への液の持ち込みによる悪影響がない。
A conventionally well-known method can be used for an anodizing process process. Specifically, it is the same as the anodizing treatment for obtaining the aluminum member described above.
Here, it is one of the preferable embodiments to use the same type of electrolyte as that used in the reverse electrolysis. Thereby, it becomes possible to perform reverse electrolysis and an anodizing process in the same electrolytic cell. Moreover, even if it is a case where it carries out by another electrolytic cell, there is no bad influence by carrying in of the liquid to an anodizing treatment tank.
この陽極酸化処理工程においては、アルミニウム基板の表面の規則的な配列の複数の窪みが陽極酸化処理の起点となって、規則的な配列のマイクロポアを有する陽極酸化皮膜が形成される。
したがって、陽極酸化処理工程により、規則的な配列のマイクロポアを有する陽極酸化皮膜を表面に有するアルミニウム基板からなる構造体が得られる。
In this anodizing treatment step, a plurality of regularly arranged depressions on the surface of the aluminum substrate are used as starting points for the anodizing treatment to form an anodized film having regularly arranged micropores.
Therefore, a structure comprising an aluminum substrate having an anodized film having regularly arranged micropores on the surface is obtained by the anodizing treatment step.
図2(D)は、陽極酸化処理工程により得られる構造体の模式的な断面図である。図2(D)に示される構造体28は、図2(C)に示されるアルミニウム基板24に陽極酸化処理を施すことにより陽極酸化皮膜30を形成して得られる。陽極酸化処理時には、アルミニウム基板24の窪み26を起点としてマイクロポア32が形成される。したがって、構造体28は、マイクロポア32を有する陽極酸化皮膜30を表面に有するアルミニウム基板34からなる。
FIG. 2D is a schematic cross-sectional view of a structure obtained by an anodizing process. The
本発明の第2の態様においては、はく離工程の処理時間が、従来のクロム酸とリン酸との混合水溶液で溶解させる脱膜工程に要する時間に比べて、極めて短い。したがって、本発明の第2の態様によれば、効率的な構造体の製造が可能となる。 In the second aspect of the present invention, the treatment time of the peeling step is extremely short compared to the time required for the conventional film removal step of dissolving with a mixed aqueous solution of chromic acid and phosphoric acid. Therefore, according to the 2nd aspect of this invention, manufacture of an efficient structure is attained.
<化学溶解処理工程>
本発明の第2の態様においては、更に、前記陽極酸化処理工程の後に、前記マイクロポアを有する陽極酸化皮膜を表面に有するアルミニウム基板からなる構造体に、化学溶解処理を施す化学溶解処理工程を具備するのが好ましい態様の一つである。化学溶解処理工程を行うことにより、ポア径がより均一になる。
化学溶解処理は、上述したポアワイド処理と同様の方法で行うことができる。
<Chemical dissolution treatment process>
In the second aspect of the present invention, there is further provided a chemical dissolution treatment step of subjecting a structure comprising an aluminum substrate having an anodized film having micropores to a chemical dissolution treatment after the anodization treatment step. It is one of the preferable embodiments. By performing the chemical dissolution treatment step, the pore diameter becomes more uniform.
The chemical dissolution treatment can be performed by the same method as the pore wide treatment described above.
<構造体>
本発明の第1の態様により得られる陽極酸化皮膜からなる構造体および本発明の第2の態様により得られるマイクロポアを有する陽極酸化皮膜を表面に有するアルミニウム基板からなる構造体は、いずれも規則的な配列を有する複数の窪みやマイクロポアを有するため、種々の用途に応用することができる。
<Structure>
The structure composed of the anodized film obtained by the first aspect of the present invention and the structure composed of the aluminum substrate having the micropores having the micropores obtained by the second aspect of the present invention are both regular. Since it has a plurality of depressions and micropores having a typical arrangement, it can be applied to various applications.
例えば、封孔処理により、複数の窪みまたはマイクロポアに金属を充填することにより、ラマン分光分析用試料台等として用いることができる。
また、ナノプリント用金型として用いることができる。
更に、本発明の第1の態様により得られる陽極酸化皮膜からなる構造体は、分離フィルターとして用いることができる。
For example, it can be used as a sample table for Raman spectroscopic analysis by filling a plurality of depressions or micropores with metal by a sealing treatment.
It can also be used as a nanoprint mold.
Furthermore, the structure comprising the anodized film obtained by the first aspect of the present invention can be used as a separation filter.
<封孔処理>
封孔処理に用いられる金属は、自由電子を有する金属結合からなる元素であり、特に限定されないが、プラズモン共鳴が確認されている金属であるのが好ましい。中でも、金、銀、銅、ニッケル、白金が、プラズモン共鳴が起こりやすいことが知られており(現代化学,2003年9月号,p.20〜27(非特許文献11))、好ましい。特に、電着やコロイド粒子の作製が容易である金、銀が好ましい。
<Sealing treatment>
The metal used for the sealing treatment is an element composed of a metal bond having free electrons, and is not particularly limited, but is preferably a metal in which plasmon resonance has been confirmed. Among these, gold, silver, copper, nickel, and platinum are known to cause plasmon resonance (Hyundai Kagaku, September 2003, p. 20 to 27 (Non-patent Document 11)), and are preferable. In particular, gold and silver are preferable because electrodeposition and colloidal particle preparation are easy.
封孔処理の方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。
例えば、電着法;金属コロイド粒子の分散液を本発明の構造体に塗布し乾燥させる方法が好適に挙げられる。金属は、単一粒子または凝集体であるのが好ましい。
電着法は、従来公知の方法を用いることができる。具体的には、例えば、金電着法の場合、1g/LのHAuCl4と7g/LのH2SO4を含有する30℃の分散液に、アルミニウム部材を浸せきさせ、11Vの定電圧(スライダックで調整)で、5〜6分間電着処理する方法が挙げられる。
電着法としては、現代化学,1997年1月号,p.51−54(非特許文献12)に銅、スズおよびニッケルを用いた例が詳細に記載されており、この方法を用いることもできる。
The method for the sealing treatment is not particularly limited, and a conventionally known method can be used.
For example, an electrodeposition method; a method in which a dispersion of colloidal metal particles is applied to the structure of the present invention and dried is preferably mentioned. The metal is preferably a single particle or an aggregate.
As the electrodeposition method, a conventionally known method can be used. Specifically, for example, in the case of gold electrodeposition, an aluminum member is immersed in a dispersion at 30 ° C. containing 1 g / L HAuCl 4 and 7 g / L H 2 SO 4, and a constant voltage of 11 V ( (Adjusted with slidac), and a method of electrodeposition treatment for 5 to 6 minutes.
As the electrodeposition method, Hyundai Kagaku, January 1997, p. An example using copper, tin and nickel is described in detail in 51-54 (Non-patent Document 12), and this method can also be used.
金属コロイド粒子を用いる方法に用いられる分散液は、従来公知の方法により得ることができる。例えば、低真空蒸発法による微粒子の作製方法、金属塩の水溶液を還元する金属コロイド作製方法により得ることができる。
金属コロイド粒子は、平均粒径が1〜200nmであるのが好ましく、1〜100nmであるのがより好ましく、2〜80nmであるのが更に好ましい。
分散液に用いられる分散媒としては、水が好適に用いられる。また、水と混合しうる溶剤、例えば、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、1−ブチルアルコール、2−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、メチルセルソルブ、ブチルセルソルブ等のアルコールと、水との混合溶媒も用いることができる。
The dispersion used in the method using metal colloidal particles can be obtained by a conventionally known method. For example, it can be obtained by a method for producing fine particles by a low vacuum evaporation method or a method for producing a metal colloid that reduces an aqueous solution of a metal salt.
The metal colloidal particles preferably have an average particle size of 1 to 200 nm, more preferably 1 to 100 nm, and even more preferably 2 to 80 nm.
As the dispersion medium used in the dispersion, water is preferably used. In addition, solvents that can be mixed with water, for example, alcohols such as ethyl alcohol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, 1-butyl alcohol, 2-butyl alcohol, t-butyl alcohol, methyl cellosolve, and butyl cellosolve A mixed solvent with water can also be used.
金属コロイド粒子を用いる方法において、塗布方法は特に限定されず、例えば、バーコーター塗布、回転塗布、スプレー塗布、カーテン塗布、浸せき塗布、エアーナイフ塗布、ブレード塗布、ロール塗布等が挙げられる。 In the method using metal colloidal particles, the coating method is not particularly limited, and examples thereof include bar coater coating, spin coating, spray coating, curtain coating, dip coating, air knife coating, blade coating, and roll coating.
金属コロイド粒子を用いる方法に用いられる分散液としては、例えば、金コロイド粒子の分散液、銀コロイド粒子の分散液が好適に用いられる。
金コロイド粒子の分散液としては、例えば、特開平2001−89140号公報および特開平11−80647号公報に記載されているものを用いることができる。また、市販品を用いることもできる。
銀コロイド粒子の分散液は、陽極酸化皮膜から溶出する酸によって影響を受けない点で、銀とパラジウムの合金の粒子を含有するのが好ましい。この場合、パラジウムの含有量は、5〜30質量%であるのが好ましい。
As the dispersion liquid used in the method using metal colloid particles, for example, a gold colloid particle dispersion liquid and a silver colloid particle dispersion liquid are preferably used.
As the dispersion of colloidal gold particles, for example, those described in JP-A-2001-89140 and JP-A-11-80647 can be used. Commercial products can also be used.
The dispersion of silver colloidal particles preferably contains silver and palladium alloy particles in that they are not affected by the acid eluted from the anodized film. In this case, the palladium content is preferably 5 to 30% by mass.
分散液を塗布した後、水等の溶媒を用いて適宜洗浄する。これにより、複数の窪みまたはマイクロポアに充填された粒子のみ残存し、複数の窪みまたはマイクロポアに充填されなかった粒子は除去される。 After applying the dispersion, it is appropriately washed with a solvent such as water. Thereby, only the particles filled in the plurality of depressions or micropores remain, and the particles not filled in the plurality of depressions or micropores are removed.
封孔処理後の金属の付着量は、100〜500mg/m2であるのが好ましい。
また、封孔処理後の表面空隙率は、20%以下であるのが好ましい。封孔処理後の表面空隙率は、構造体表面の面積に対する封孔されていない複数の窪みまたはマイクロポアの開口部の面積の合計の割合である。表面空隙率が上記範囲であると、より強い局在プラズモン共鳴が得られる。
It is preferable that the adhesion amount of the metal after the sealing treatment is 100 to 500 mg / m 2 .
The surface porosity after the sealing treatment is preferably 20% or less. The surface porosity after the sealing treatment is a ratio of the total area of the plurality of dents or micropore openings that are not sealed to the area of the structure surface. When the surface porosity is within the above range, stronger localized plasmon resonance is obtained.
ポア径が50nm以上である場合は、金属コロイド粒子を用いる方法が好適に用いられる。また、ポア径が50nm未満である場合は、電着法が好適に用いられる。両者を組み合わせる方法も好適に用いられる。 When the pore diameter is 50 nm or more, a method using metal colloidal particles is preferably used. Moreover, when a pore diameter is less than 50 nm, an electrodeposition method is used suitably. A method of combining both is also preferably used.
封孔処理後の構造体は、金属が複数の窪みまたはマイクロポアを封孔しており、構造体の表面に粒子となって存在している。
この金属粒子の間隔は、ラマン増強効果を大きくするためには、一般に短い方が好ましいが、最適な間隔は、金属粒子の大きさや形状の影響を受ける。また、ラマン分光分析の検体とされる物質の分子量や液体の粘性によっては、金属粒子の間に上手く入り込まないなどの問題が発生する場合がある。
したがって、金属粒子の間隔は一概には決定することができないが、概して、1〜400nmの範囲であるのが好ましく、5〜300nmであるのがより好ましく、10〜200nmであるのが更に好ましい。上記範囲であると、ラマン増強効果が大きくなり、かつ、検体とされる物質が金属粒子の間に入りこまないという問題も少なくなる。
ここで、「金属粒子の間隔」は、隣接する粒子の表面同士の最短距離である。
In the structure after the sealing treatment, the metal seals the plurality of depressions or micropores, and is present as particles on the surface of the structure.
In general, the interval between the metal particles is preferably shorter in order to increase the Raman enhancement effect, but the optimum interval is affected by the size and shape of the metal particles. In addition, depending on the molecular weight of the substance used as the specimen for Raman spectroscopic analysis and the viscosity of the liquid, there may be a problem that it does not enter between the metal particles.
Therefore, although the interval between the metal particles cannot be determined unconditionally, it is generally preferably in the range of 1 to 400 nm, more preferably 5 to 300 nm, and still more preferably 10 to 200 nm. Within the above range, the Raman enhancement effect is increased, and the problem that the substance to be detected does not enter between the metal particles is reduced.
Here, the “interval between metal particles” is the shortest distance between the surfaces of adjacent particles.
<局在プラズモン共鳴によるラマン増強効果>
ラマン増強効果は、金属に吸着した分子のラマン散乱強度が105〜106倍程度増強される現象であり、表面増強ラマン散乱(SERS:Surface Enhanced Raman Scattering)と呼ばれている。そして、上記非特許文献11には、金、銀、銅、白金、ニッケル等の金属粒子を用いた局在プラズモン共鳴により、ラマン増強効果が得られることが記載されている。
封孔処理後の構造体は、従来技術に比べて、強度が大きい局在プラズモン共鳴を発生させることができるため、ラマン分光分析に用いると、より強いラマン増強効果が得られる。したがって、封孔処理後の構造体を用いたラマン分光分析用試料台は、有用である。
封孔処理後の構造体を用いたラマン分光分析用試料台の使用方法は、従来のラマン分光分析用試料台の使用方法と同様である。具体的には、封孔処理後の構造体を用いたラマン分光分析用試料台に対して光を照射して、反射した光または透過した光のラマン散乱強度を測定することにより、試料台に保持された金属の近傍の物質の特性を検出する。
<Raman enhancement effect by localized plasmon resonance>
The Raman enhancement effect is a phenomenon in which the Raman scattering intensity of the molecules adsorbed on the metal is enhanced by about 10 5 to 10 6 times, and is called surface enhanced Raman scattering (SERS: Surface Enhanced Raman Scattering). And the said nonpatent literature 11 describes that the Raman enhancement effect is acquired by the localized plasmon resonance using metal particles, such as gold | metal | money, silver, copper, platinum, nickel.
Since the structure after the sealing treatment can generate localized plasmon resonance having a higher intensity than that of the prior art, a stronger Raman enhancement effect can be obtained when used for Raman spectroscopic analysis. Therefore, the sample stand for Raman spectroscopic analysis using the structure after the sealing treatment is useful.
The method for using the sample stage for Raman spectroscopic analysis using the structure after the sealing treatment is the same as the method for using the conventional sample stage for Raman spectroscopic analysis. Specifically, the sample stage for Raman spectroscopic analysis using the structure after sealing treatment is irradiated with light, and the Raman scattering intensity of the reflected light or transmitted light is measured. Detect the properties of the material in the vicinity of the retained metal.
<ナノプリント>
本発明の構造体は、ナノプリント用金型として用いることができる。具体的には、本発明の構造体の複数の窪みまたはマイクロポアに、樹脂等を流し込んで固めることにより、複数の突起物を有する基板を得ることができる。この複数の突起物を有する基板は、例えば、光学デバイスに用いることができる。
<Nanoprint>
The structure of the present invention can be used as a nanoprint mold. Specifically, a substrate having a plurality of protrusions can be obtained by pouring a resin or the like into a plurality of depressions or micropores of the structure of the present invention and hardening. The substrate having the plurality of protrusions can be used for an optical device, for example.
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。
1.構造体の作製
(実施例1〜15および比較例1)
基板に、鏡面仕上げ処理、自己規則化陽極酸化処理、マスキングおよび逆電解を順次施し、陽極酸化皮膜からなる構造体と、アルミニウム基板とを得た。得られたアルミニウム基板には、本陽極酸化処理およびポアワイド処理を順次施し、アルミニウム基板からなる構造体を得た。
以下、各処理の詳細について説明する。
The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.
1. Fabrication of structures (Examples 1 to 15 and Comparative Example 1)
The substrate was sequentially subjected to mirror finish, self-ordered anodizing, masking and reverse electrolysis to obtain a structure made of an anodized film and an aluminum substrate. The obtained aluminum substrate was sequentially subjected to the present anodizing treatment and pore wide treatment to obtain a structure made of an aluminum substrate.
Details of each process will be described below.
(1)基板
構造体の作製には、以下の基板1を用いた。
基板1:高純度アルミニウム、和光純薬工業社製、純度99.99質量%、厚さ0.4mm
(1) Substrate For manufacturing the structure, the following
Substrate 1: High-purity aluminum, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.99 mass%, thickness 0.4 mm
(2)鏡面仕上げ処理
上記基板に、以下の鏡面仕上げ処理を施した。
<鏡面仕上げ処理>
電解研磨を行うことにより、鏡面仕上げ処理を施した。電解研磨は、下記組成の電解液(温度65℃)を用いて、陽極を基板、陰極をカーボン電極とし、12.5A/dm2の定電流で、5分間行った。
(2) Mirror finish treatment The following mirror finish treatment was performed on the substrate.
<Mirror finish processing>
A mirror finish was applied by electrolytic polishing. The electrolytic polishing was performed for 5 minutes at a constant current of 12.5 A / dm 2 using an electrolytic solution (temperature: 65 ° C.) having the following composition, using the anode as a substrate and the cathode as a carbon electrode.
<電解液組成>
・85質量%リン酸(和光純薬工業社製試薬) 1320mL
・50質量%硫酸水溶液 600mL
・純水 20mL
<Electrolyte composition>
・ 85 mass% phosphoric acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 1320mL
・ 600% 50% sulfuric acid aqueous solution
・ Pure water 20mL
(3)自己規則化陽極酸化処理(窪みの形成)
鏡面仕上げを施した基板の表面に、以下の条件AおよびBのいずれかにより自己規則化陽極酸化処理を施して、窪みを形成させた。この窪みは、後述する本陽極酸化処理においてマイクロポア形成の開始点となった。
(3) Self-ordered anodizing treatment (formation of dents)
The surface of the mirror-finished substrate was subjected to self-ordering anodizing treatment under any of the following conditions A and B to form a recess. This depression became a starting point for forming micropores in the anodizing process described later.
<自己規則化陽極酸化処理>
<条件A>
硫酸(関東化学社製試薬)を用いて、濃度0.3mol/L、温度16℃の硫酸水溶液を調製した。この硫酸水溶液に基板(処理領域5cm×10cm)を浸せきさせ、電圧25Vの定電圧条件で、7時間、自己規則化陽極酸化処理を行い、基板上に膜厚90μmの陽極酸化皮膜を形成させた。
自己規則化陽極酸化処理においては、陰極としてSUS304電極、冷却装置としてNeoCool BD36(ヤマト科学社製)、かくはん加温装置としてペアスターラー PS−100(EYELA社製)、電源としてGP0650−2R(高砂製作所社製)を用いた。なお、基板の電極面と対向していない側の面には、陽極酸化処理が施されないように、あらかじめPETテープ(ダンプロンテープ、日東電工製)を貼り付けておいた。
<Self-ordered anodizing treatment>
<Condition A>
A sulfuric acid aqueous solution having a concentration of 0.3 mol / L and a temperature of 16 ° C. was prepared using sulfuric acid (a reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.). A substrate (
In the self-ordering anodizing treatment, SUS304 electrode as a cathode, NeoCool BD36 (manufactured by Yamato Kagaku Co.) as a cooling device, a pair stirrer PS-100 (manufactured by EYELA) as a stirring and heating device, and GP0650-2R (Takasago Seisakusho) as a power source Used). A PET tape (Damplon tape, manufactured by Nitto Denko) was previously applied to the surface of the substrate not facing the electrode surface so as not to be anodized.
<条件B>
シュウ酸・二水和物(関東化学社製試薬)を用いて、濃度0.5mol/L、温度16℃のシュウ酸水溶液を調製した。この硫酸水溶液に基板(処理領域5cm×10cm)を浸せきさせ、電圧40Vの定電圧条件で、5時間、自己規則化陽極酸化処理を行い、基板上に膜厚45μmの陽極酸化皮膜を形成させた。
自己規則化陽極酸化処理においては、陰極としてSUS304電極、冷却装置としてNeoCool BD36(ヤマト科学社製)、かくはん加温装置としてペアスターラー PS−100(EYELA社製)、電源としてGP0650−2R(高砂製作所社製)を用いた。なお、基板の電極面と対向していない側の面には、陽極酸化処理が施されないように、あらかじめPETテープ(ダンプロンテープ、日東電工製)を貼り付けておいた。
<Condition B>
An oxalic acid aqueous solution having a concentration of 0.5 mol / L and a temperature of 16 ° C. was prepared using oxalic acid dihydrate (a reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.). The substrate (
In the self-ordering anodizing treatment, SUS304 electrode as a cathode, NeoCool BD36 (manufactured by Yamato Kagaku Co.) as a cooling device, a pair stirrer PS-100 (manufactured by EYELA) as a stirring and heating device, and GP0650-2R (Takasago Seisakusho) as a power source Used). A PET tape (Damplon tape, manufactured by Nitto Denko) was previously applied to the surface of the substrate not facing the electrode surface so as not to be anodized.
<膜厚測定方法>
陽極酸化皮膜が形成された基板を折り曲げ、ひび割れた部分の側面(破断面)について、超高分解能型SEM(日立S−900、日立製作所社製)を使用して、加速電圧20Vで、倍率200倍で観察し、膜厚を測定した。1回につき10箇所を無作為抽出し、その平均値を求め、膜厚とした。10箇所の膜厚の値は、いずれも平均値の±10%の範囲内にあった。
<Thickness measurement method>
The substrate on which the anodized film is formed is bent, and the side surface (fracture surface) of the cracked portion is used with an ultra-high resolution SEM (Hitachi S-900, manufactured by Hitachi, Ltd.) at an acceleration voltage of 20 V and a magnification of 200. The film thickness was measured. Ten locations were randomly extracted at one time, and the average value was obtained as the film thickness. The film thickness values at 10 locations were all within a range of ± 10% of the average value.
(4)マスキング
自己規則化陽極酸化処理を施した基板に、マスキングを行った。マスキング方法を第1表に示す。第1表中の表記の意味は、以下の通りである。
「なし」:自己規則化陽極酸化処理後、PETテープをはがし、マスキングを行わずに逆電解に供した。
「裏面」:自己規則化陽極酸化処理後、PETテープをそのままにしたまま、逆電解に供した。
「裏面+エッジ」:自己規則化陽極酸化処理後、PETテープをそのままにしたまま、更に、基板端部に2液混合型エポキシ樹脂(アラルダイト、ニチバン(株)製)を塗布し、1日間静置して樹脂を硬化させた後、逆電解に供した。
(4) Masking Masking was performed on the substrate subjected to the self-ordering anodizing treatment. The masking method is shown in Table 1. The meanings of the notations in Table 1 are as follows.
“None”: After self-ordering anodizing treatment, the PET tape was peeled off and subjected to reverse electrolysis without masking.
“Back side”: After the self-ordering anodizing treatment, the PET tape was left as it was and subjected to reverse electrolysis.
"Back side + edge": After self-ordering anodization, leave the PET tape as it is, and then apply a two-component mixed epoxy resin (Araldite, manufactured by Nichiban Co., Ltd.) to the edge of the substrate, Then, the resin was cured and then subjected to reverse electrolysis.
「裏面+エッジ+表面A」:上記「裏面+エッジ」の処理をした後、更に、陽極酸化皮膜側の表面に半径1.7cmの円形の開口を有するPETテープ(ダンプロンテープ、日東電工製)を貼り付けた。なお、PETテープは、開口が基板のほぼ中央に位置するように、かつ、基板端部の硬化した樹脂も被覆されるように貼り付けた。
「裏面+エッジ+表面B」:上記「裏面+エッジ」の処理をした後、更に、陽極酸化皮膜側の表面に長径2.5cm、短径1.4cmの楕円形の開口を有するPETテープ(ダンプロンテープ、日東電工製)を貼り付けた。なお、PETテープは、開口が基板のほぼ中央に位置するように、かつ、基板端部の硬化した樹脂も被覆されるように貼り付けた。
「裏面+エッジ+表面C」:上記「裏面+エッジ」の処理をした後、更に、陽極酸化皮膜側の表面に一片3cmの正方形の頂点付近に半径5mmの丸みを設けた形の開口を有するPETテープ(ダンプロンテープ、日東電工製)を貼り付けた。なお、PETテープは、開口が基板のほぼ中央に位置するように、かつ、基板端部の硬化した樹脂も被覆されるように貼り付けた。
「裏面+エッジ+表面D」:上記「裏面+エッジ」の処理をした後、更に、陽極酸化皮膜側の表面に一片3cmの正方形の開口を有するPETテープ(ダンプロンテープ、日東電工製)を貼り付けた。なお、PETテープは、開口が基板のほぼ中央に位置するように、かつ、基板端部の硬化した樹脂も被覆されるように貼り付けた。
“Back side + Edge + Surface A”: After the above processing of “Back side + Edge”, PET tape having a circular opening with a radius of 1.7 cm on the surface on the anodized film side (Damplon tape, manufactured by Nitto Denko) ) Was pasted. The PET tape was affixed so that the opening was positioned substantially in the center of the substrate and the cured resin at the edge of the substrate was also covered.
“Back side + Edge + Surface B”: After the treatment of “Back side + Edge”, a PET tape having an elliptical opening with a major axis of 2.5 cm and a minor axis of 1.4 cm on the surface on the anodized film side ( Damplon tape, manufactured by Nitto Denko) was attached. The PET tape was affixed so that the opening was positioned substantially in the center of the substrate and the cured resin at the edge of the substrate was also covered.
“Back side + Edge + Surface C”: After the above processing of “Back side + Edge”, the surface on the anodized film side has an opening in the form of a round with a radius of 5 mm in the vicinity of the apex of a 3 cm piece. A PET tape (Damplon tape, manufactured by Nitto Denko) was attached. The PET tape was affixed so that the opening was positioned substantially in the center of the substrate and the cured resin at the edge of the substrate was also covered.
“Back side + Edge + Surface D”: After the above processing of “Back side + Edge”, a PET tape having a 3 cm square opening on the surface on the anodized film side (Damplon tape, manufactured by Nitto Denko) Pasted. The PET tape was affixed so that the opening was positioned substantially in the center of the substrate and the cured resin at the edge of the substrate was also covered.
「特殊治具」:図3に示されるように、陽極酸化皮膜14が形成されたアルミニウム基板12(アルミニウム部材10)の陽極酸化皮膜14側に、特殊治具を配置して、逆電解に供した。特殊治具は、陰極40と、陰極40を内部空間に有するパッキン42と、パッキンに設けられた電解液流入口44と、電解液流出口46とを有していた。陰極40は、直径3cmであった。パッキン42の内部空間は、直径3cm、深さ2cmであった。電解液流出口46には圧力弁を兼ねた逆止弁が設けられていた(図示せず)。逆電解時には、電解液流入口44を通じてパッキン42の内部空間に電解液(ハッチで示す。)が流入し、パッキンの内部空間42から電解液流出口46を通じて電解液が流出するようになっており、また、電解液が漏れないようにパッキン42の端部と陽極酸化皮膜14とが、パッキン42が陽極酸化皮膜14に押し付けられることにより密着するような状態となっていた。なお、図3は、逆電解に用いられる特殊治具の模式的な説明図であり、特殊治具の大きさに対するマイクロポア16の大きさ等は、実際のものと異なる。
“Special jig”: As shown in FIG. 3, a special jig is disposed on the anodized
(5)逆電解
マスキングを行った後、陰極として上述した陽極酸化皮膜が形成された基板を用い、陽極としてPt電極を用い、濃度4.5g/L、温度33℃の硫酸アルミニウム水溶液中で、電圧16Vの定電圧条件で逆電解を行い、陽極酸化皮膜とアルミニウム基板とをはく離させた。陽極酸化皮膜が形成された基板は、基板の面方向が鉛直となるように、硫酸アルミニウム水溶液中に配置された。
逆電解においては、電流値のモニタリングを行った。第1表に、電流値の最大値、逆電解終了時の電流値および電流比(逆電解終了時の電流値/電流値の最大値)を示す。
なお、実施例15においては、定電圧条件ではなく、電圧を0Vから17.8Vまで、上昇速度2V/分で、直線的に漸増させて、逆電解を行った(第1表中、電流値の最大値および電流比は記載していない。)。
逆電解終了後、陽極酸化皮膜の表面にPETテープ(ダンプロンテープ、日東電工製)を貼り付け、その後、逆電解において電解液と接触した部分と接触しなかった部分との境界にカッターで切り込みを入れて、陽極酸化皮膜をアルミニウム基板から分離した。
(5) Reverse electrolysis After performing masking, using the substrate on which the above-described anodized film is formed as a cathode, using a Pt electrode as an anode, in an aluminum sulfate aqueous solution having a concentration of 4.5 g / L and a temperature of 33 ° C. Reverse electrolysis was performed under a constant voltage condition of a voltage of 16 V to separate the anodized film from the aluminum substrate. The substrate on which the anodized film was formed was placed in an aluminum sulfate aqueous solution so that the surface direction of the substrate was vertical.
In reverse electrolysis, the current value was monitored. Table 1 shows the maximum current value, the current value at the end of reverse electrolysis, and the current ratio (current value at the end of reverse electrolysis / maximum value of current value).
In Example 15, reverse electrolysis was performed by gradually increasing the voltage from 0 V to 17.8 V at a rate of increase of 2 V / min instead of a constant voltage condition (current value in Table 1). The maximum value and current ratio are not shown.)
After reverse electrolysis, a PET tape (Damplon tape, manufactured by Nitto Denko) is pasted on the surface of the anodized film, and then cut with a cutter at the boundary between the part that was in contact with the electrolyte and the part that was not in contact in reverse electrolysis The anodized film was separated from the aluminum substrate.
(6)本陽極酸化処理
逆電解で陽極酸化皮膜をはく離されて得られたアルミニウム基板に本陽極酸化処理を施した。本陽極酸化処理は、処理時間を2分間とした以外は、自己規則化陽極酸化処理で用いたのと同一の条件AまたはBにより行った。
(6) Main anodizing treatment The main anodizing treatment was performed on the aluminum substrate obtained by peeling off the anodized film by reverse electrolysis. This anodizing treatment was performed under the same conditions A or B as those used in the self-ordering anodizing treatment except that the treatment time was 2 minutes.
(7)ポアワイド処理
本陽極酸化処理後のアルミニウム基板に、後述する封孔処理の均一性を向上させるために、ポアワイド処理を施した。ポアワイド処理は、アルミニウム基板を濃度5質量%のリン酸水溶液(温度30℃)に、15分間浸せきさせることにより行った。
(7) Pore-wide treatment The aluminum substrate after this anodizing treatment was subjected to a pore-wide treatment in order to improve the uniformity of the sealing treatment described later. The pore-wide treatment was performed by immersing the aluminum substrate in a phosphoric acid aqueous solution (
2.はく離状態の評価
上記各実施例における逆電解後の陽極酸化皮膜とアルミニウム基板とのはく離の状態を評価した。
具体的には、逆電解後のアルミニウム基板のはく離面について、目視により、鏡面光沢がない白くくすんだ部分をペンで塗りつぶし、画像解析することにより、鏡面光沢がある部分の面積率を算出し、これによりはく離の均一性を評価した。
結果を第1表に示す。表中、「はく離の均一性」について、鏡面光沢がある部分の面積率が95%を超え100%以下であったものをA、90%を超え95%以下であったものをB、85%を超え90%以下であったものをC、80%を超え85%以下であったものをD、70%を超え80%以下であったものをE、70%以下であったものをFで示した。
2. Evaluation of peeled state The peeled state between the anodized film after reverse electrolysis and the aluminum substrate in each of the above examples was evaluated.
Specifically, for the peeled surface of the aluminum substrate after reverse electrolysis, by visually painting a white dull part without specular gloss with a pen and analyzing the image, the area ratio of the specular gloss part is calculated, This evaluated the uniformity of peeling.
The results are shown in Table 1. In the table, regarding "uniformity of peeling", the area ratio of the part having the specular gloss is 95% to 100% or less, A is 90% to 95% or less B, 85% Over 90% and below, C, over 80% over 85% D, over 70% over 80% E, over 70% under F. Indicated.
3.アルミニウム基板からなる構造体の評価
本陽極酸化処理後のアルミニウム基板について、マイクロポアの規則性の指標である規則化度を求めた。結果を第1表に示す。
3. Evaluation of structure comprising aluminum substrate The degree of ordering, which is an index of the regularity of the micropores, was determined for the aluminum substrate after this anodizing treatment. The results are shown in Table 1.
なお、規則化度は、下記式(1)により定義される。 The degree of ordering is defined by the following formula (1).
規則化度(%)=B/A×100 (1) Ordering degree (%) = B / A × 100 (1)
ここで、上記式(1)中、Aは、測定範囲におけるマイクロポアの全数を表す。Bは、一のマイクロポアの中心(重心)を中心とし、他のマイクロポアの縁に内接する最も半径が短い円を描いた場合に、その円の内部に前記一のマイクロポア以外のマイクロポアの中心(重心)を6個含むことになる前記一のマイクロポアの測定範囲における数を表す。 Here, in the above formula (1), A represents the total number of micropores in the measurement range. B, when a circle with the shortest radius is drawn centering on the center (center of gravity) of one micropore and inscribed in the edge of another micropore, a micropore other than the one micropore is inside the circle. This represents the number of the one micropore in the measurement range that includes 6 centers (centers of gravity).
図4は、ポアの規則化度を算出する方法の説明図である。図4を用いて、上記式(1)をより具体的に説明する。
図4(A)に示されるマイクロポア1は、マイクロポア1の中心(重心)を中心とし、他のマイクロポアの縁に内接する最も半径が短い円3(マイクロポア2に内接している。)を描いた場合に、円3の内部にマイクロポア1以外のマイクロポアの中心(重心)を6個含んでいる。したがって、マイクロポア1は、Bに算入される。
図4(B)に示されるマイクロポア4は、マイクロポア4の中心(重心)を中心とし、他のマイクロポアの縁に内接する最も半径が短い円6(マイクロポア5に内接している。)を描いた場合に、円6の内部にマイクロポア4以外のマイクロポアの中心(重心)を5個含んでいる。したがって、マイクロポア4は、Bに算入されない。また、図4(B)に示されるマイクロポア7は、マイクロポア7の中心(重心)を中心とし、他のマイクロポアの縁に内接する最も半径が短い円9(マイクロポア8に内接している。)を描いた場合に、円9の内部にマイクロポア7以外のマイクロポアの中心(重心)を7個含んでいる。したがって、マイクロポア7は、Bに算入されない。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for calculating the degree of ordering of pores. The above formula (1) will be described more specifically with reference to FIG.
The
The
第1表から明らかなように、本発明の構造体の製造方法(実施例1〜15)は、いずれもはく離の均一性および得られるアルミニウム基板からなる構造体のポアの規則性に優れる。
これに対して、逆電解をアルミニウム基板に電流が流れるように行った場合(比較例1)は、はく離の均一性に劣っていた。
As is apparent from Table 1, the structure production methods (Examples 1 to 15) of the present invention are excellent in the uniformity of peeling and the regularity of the pores of the structure composed of the obtained aluminum substrate.
On the other hand, when reverse electrolysis was performed so that a current flowed through the aluminum substrate (Comparative Example 1), the uniformity of peeling was poor.
1、2、4、5、7、8、16、32 マイクロポア
3、6、9 円
10 アルミニウム部材
12、24、34 アルミニウム基板
14、30 陽極酸化皮膜
18 バリア層
20、28 構造体
22、26 窪み
40 陰極
42 パッキン
44 電解液流入口
46 電解液流出口
1, 2, 4, 5, 7, 8, 16, 32
Claims (11)
前記はく離工程において、前記陽極酸化皮膜の表面に電流が流れるように、前記電解を施す、構造体の製造方法。 By subjecting an aluminum member having an aluminum substrate and an anodized film present on the surface of the aluminum substrate to electrolysis as a cathode, the anodized film and the aluminum substrate are separated to form a structure comprising the anodized film. A method for producing a structure, comprising a separation step.
In the peeling step, the electrolysis is performed so that a current flows on the surface of the anodized film.
前記複数の窪みを有するアルミニウム基板に陽極酸化処理を施して、マイクロポアを有する陽極酸化皮膜を表面に有するアルミニウム基板からなる構造体を得る陽極酸化処理工程と
を具備する、構造体の製造方法であって、
前記はく離工程において、前記陽極酸化皮膜の表面に電流が流れるように、前記電解を施す、構造体の製造方法。 From the aluminum substrate having a plurality of depressions by separating the anodized film and the aluminum substrate by electrolysis using an aluminum member having an aluminum substrate and an anodized film present on the surface of the aluminum substrate as a cathode. A peeling step to obtain a structure comprising:
An anodizing treatment step of performing anodizing treatment on the aluminum substrate having the plurality of depressions to obtain an aluminum substrate having an anodized film having micropores on the surface. There,
In the peeling step, the electrolysis is performed so that a current flows on the surface of the anodized film.
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