Summary
Ein Protokoll für die Herstellung von nanoporösen anodische Aluminium Oxide über gleichzeitige Multi-Oberflächen-Anodisierung gefolgt von Treppe-wie umgekehrte Vorurteile Abteilungen präsentiert. Es kann immer wieder die gleichen Aluminium-Substrat, präsentiert eine leichtfertige, High-Yield-und ökologisch saubere Strategie angewendet werden.
Abstract
Nach der Berichterstattung über die zweistufige Anodisierung, nanoporöse anodische Aluminium Oxide (AAOs) haben verwendet worden, weit in den vielseitigen Bereichen Grundlagenwissenschaften und industrielle Anwendungen aufgrund ihrer periodische Anordnung von Nanoporen mit relativ hohen Seitenverhältnis. Jedoch die Techniken gemeldet, so weit die könnte nur gültig für Mono-Oberfläche Anodisierung, zeigen entscheidende Nachteile, d. h., zeitaufwendig sowie komplizierte Verfahren, dass giftige Chemikalien und verschwenden wertvollen natürliche Ressourcen . In diesem Beitrag zeigen wir Ihnen eine einfache, effiziente und umweltfreundliche Methode zur nanoporöse AAOs in Schwefelsäure und Oxalsäure sauren Elektrolyten, fabrizieren, die Überwindung der Grenzen, die durch konventionelle AAO Herstellung Methoden entstehen können. Erste, plural AAOs entstehen auf einmal durch gleichzeitige Multi-Oberflächen-Anodisierung (SMSA), Mass-producibility der AAOs mit vergleichbaren Eigenschaften angibt. Zweitens können jene AAOs aus Aluminium (Al) Substrat getrennt werden durch die Anwendung der Treppe-wie umgekehrte Vorurteile (SRBs) in den gleichen Elektrolyten verwendet für die SMSAs, was bedeutet Einfachheit und grün technologische Eigenschaften. Schließlich kann eine Einheit Sequenz bestehend aus SMSAs, die nacheinander in Kombination mit SRBs basierende Ablösung wiederholt auf den gleichen Al-Substrat angewendet werden verstärkt die Vorteile dieser Strategie und auch garantiert die effiziente Nutzung der natürlichen Ressourcen.
Introduction
AAOs, die sich gebildet hatten, durch Eloxieren Al Substrat in einem sauren Elektrolyten haben stieß auf großes Interesse in diversen grundlegende Wissenschaft und Industrie, z. B. harte Vorlagen für Nanoröhren/Nanodrähte1,2,3 , 4 , 5, Energie-Speicher-Geräte6,7,8,9, Bio-sensing10,11, Filterung Anwendungen12,13 , 14, Masken für verdampfen und/oder Ätzen15,16,17und kapazitive Feuchte Sensoren18,19,20,21 ,22, aufgrund ihrer selbst bestellten Wabenstruktur, hohes Aspektverhältnis der Nanoporen und hervorragenden mechanischen Eigenschaften23. Für diese verschiedenen Anwendungen nanoporöse AAOs zuweisen, sollte sie freistehende Formen mit einem hoch und weiträumige geordnetes Array von Nanoporen. In diesem Zusammenhang Strategien für den Erhalt der AAOs (Eloxieren) Bildung und Trennung (abnehmen) Verfahren zu berücksichtigen.
In der Sicht der AAO-Formation war milde Anodisierung (nachfolgend als MA) etabliert unter Schwefelsäure, Oxalsäure und Phosphor-sauren Elektrolyten23,24,25,26 ,27. Jedoch stellte MA Prozesse niedrige Erträge der AAO Fertigung aufgrund ihres langsamen Wachstumsrate abhängig von relativ geringen Intensitäten der anodische Spannungen, die durch MA Schritten zur Verbesserung der Nanoporen Periodizität28 weiter verschlechtern würde ,29. So wurden harte Anodisierung (HA) Techniken als Alternativen Ma vorgeschlagen, durch die Anwendung höherer anodische Spannungen (Oxalsäure/schweflige Säure Elektrolyt) oder mittels konzentrierter Elektrolyt (Phosphorsäure)30,31, 32,33,34,35,36,37,38,39,40. HA zeigen Prozesse deutlichen Verbesserungen der Wachstumsraten sowie regelmäßige Arrangements, während resultierende AAOs wurde brüchiger, und die Dichte der Nanoporen waren reduzierten30. Darüber hinaus ist eine teure Kühlsystem erforderlich zur Ableitung Joules Erwärmung durch hohe Stromdichte31. Diese Ergebnisse beschränken die mögliche Anwendbarkeit der AAOs über HA-Prozesse.
Für die entsprechende Oberfläche von Al-Platte ein AAO trennt, wurde gezielte chemische Ätzung des verbleibenden Al Substrats am häufigsten genutzt von den MA und HA Prozesse mit giftigen Chemikalien, wie z. B. Kupferchlorid35,39 ,41,42 oder Quecksilber-Chlorid16,17,43,44,45,46, 47 , 48 , 49. jedoch diese Methode induziert nachteilige Nebenwirkungen, z.B., eine längere Reaktionszeit proportional zur restlichen Dicke der Al, Verschmutzung der AAO von Schwermetall-Ionen, schädliche Rückstände zu menschlichen Körper/natürliche Umgebungen , und ineffiziente Nutzung der wertvollen Ressourcen. Daher wurden viele Versuche unternommen, für direkte Ablösung der ein AAO zu realisieren. Obwohl kathodischen Spannung Delamination50,51 und anodische Spannung Ablösung7,41,42,52, Puls 53,54,55 präsentieren einen Verdienst, das die restlichen Al Substrat wiederverwendet werden kann, die ehemalige Technik fast vergleichbar mit denen in chemische Ätzung Methoden50dauert. Trotz deutliche Reduzierung der Bearbeitungszeit schädliche und hochreaktive Chemikalien/Beispiele Butanedione oder Perchlorsäure, dienten als Elektrolyte in der letztgenannten Techniken55, abnehmen, wo eine zusätzliche Reinigung Verfahren ist wegen der wechselnden Elektrolyt zwischen trennen und Eloxal-Verfahren erforderlich. Vor allem Einfluss auf die trennen Verhaltensweisen und Qualität der freistehende AAOs stark die Dicke. Im Falle der AAO mit relativ dünner Stärke könnte die freistehende Risse und/oder Öffnungen enthalten.
Alle oben aufgeführten experimentelle Ansätze wurden auf eine "Single-Oberfläche" der Al-Probe, ohne Oberfläche schützen technische Zwecke, und diese Funktion der konventionellen Technologien Exponate kritischen Einschränkungen der AAO Fabrikation angewendet in Bezug auf Ertrag sowie Verarbeitbarkeit beeinflusst das auch die mögliche Anwendbarkeit der AAOs56,57.
Um den steigenden Anforderungen in der AAO zusammenhängenden Bereichen in Bezug auf facile, ertragreich und grüne technologische Ansätze gerecht zu werden, hatten wir zuvor SMSA und direkte Ablösung durch SRBs unter Schwefelsäure56 und Oxalsäure57 Säure Elektrolyt, beziehungsweise. Es ist eine wohlbekannte Tatsache, dass plural AAOs auf mehrere Flächen in sauren Elektrolyten getaucht Al-Substrat gebildet werden können. SRBs, ein ausschlaggebender Unterschied unserer Methoden ermöglichen die Ablösung des jene AAOs von den entsprechenden Multi-Oberflächen des Al-Substrat in den gleichen sauren Elektrolyten verwendet für die SMSAs angibt, Massenproduktion, Einfachheit und technologischen grün Eigenschaften. Wir möchten darauf hinweisen, dass SRBs basierende Ablösung eine optimale Strategie für plural AAOs ist, hergestellt durch SMSAs56,57 und sogar gültig für relativ dünner Wandstärken der AAOs57 im Vergleich zu kathodischen Delamination (d.h., konstante reverse Bias) auf Single-Oberfläche 51. Schließlich eine Einheit Sequenz bestehend aus SMSAs, die nacheinander in Kombination mit SRBs basierende Ablösung kann auf dem gleichen Al-Substrat, Vermeidung von komplizierten Verfahren und giftig/reaktiven Chemikalien, welche die Vorteile der verstärkt wiederholt angewendet werden unsere Strategien und auch garantiert die effiziente Nutzung der natürlichen Ressourcen.
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Protocol
Bitte beachten Sie alle damit verbundenen Materialien Sicherheitsdatenblätter (SDB) vor Beginn. Trotz der Öko-Natur dieses Protokolls ein paar Säuren und Oxidationsmitteln in die entsprechenden Verfahren eingesetzt. Darüber hinaus verwenden alle die richtige persönliche Schutzausrüstung (Kittel, Handschuhe, Schutzbrille, etc.).
1. Vorbereitung der Lösung
Hinweis: nach vollständige Abdichtung des Schiffes Lösung-haltigen, kräftige magnetische rühren auf alle Lösungen bei Raumtemperatur so rechtzeitig angewendet wurde.
- Vorbereitung der Perchlorsäure Lösung
- Mix 100 mL Perchlorsäure (HClO 4, 60 %) mit 400 mL absolutes Ethanol (C 2 H 5 OH, 100 %) in 1 bis 4 Volumenverhältnis.
- Vorbereitung der Chromsäure Lösung
- 9,0 g Kaliumdichromat Oxid (CrO-3) und 20,3 mL Phosphorsäure (H 3 PO 4, 85 %) in 479,7 mL entionisiertem (D.I.) Wasser auflösen (CrO 3: H 3 PO 4 = 0,18 M:0.56 M).
- Herstellung von Schwefelsäure Elektrolyt
- Mix 16,2 mL Schwefelsäure (H 2 SO 4, 98 %) in 983,8 mL D.I. Wasser resultierte in molare Konzentration von 0,3 M.
- Vorbereitung der Oxalsäure-Elektrolyten
- auflösen 27.012 g wasserfreies Oxalsäure (C 2 H 2 O 4) in 1 L Wasser D.I. die molare Konzentration von 0,3 m
2. Vorbehandlung des Substrates Al
- Bearbeitung Al Exemplar
- schneiden Sie die gereinigte Al-Probe (> 99,99 % rein) in Rechteckprisma Form (Breite x Höhe x Dicke = 20,0 x 50,0 x 1,0 mm) mit rechten Winkeln zwischen allen die angrenzenden Flächen, die so genannten " Substrat " nachstehend.
- Polieren die Multi-Oberflächen von der Al-Substrat mechanisch mit Sandpapier mit richtigen ISO/FEPA Grit Bezeichnung Anzahl mehr als P1000.
Hinweis: Sehen Sie die Zusatzinformationen für weitere Details.
- Gleichzeitige Elektropolieren auf Multi-Oberflächen des Substrats Al
- Pour ca. 350 mL Ethanol-Lösung Perchlorsäure in Doppelmantel Becherglas mit Maximalleistung von 600 mL. Dann tauchen vier Fünftel des Substrats Al in Perchlorsäure Lösung.
- Die Temperatur der Perchlorsäure Lösung 7 ±0.1 ° C mit einer Bad-Thermostat an einen Doppelmantel-Becher angeschlossen Set.
- Clean Al-Substrat durch Ultraschall in Aceton für 30-40 Minuten und spülen Sie mit Aceton und D.I Wasser ein paar Mal entfernen organische Rückstände auf der Oberfläche des Substrates Al.
- Trocknen das Al-Substrat mit Luftgewehr oder Stickstoff (N 2) Gas-Schlag für die Beseitigung der restlichen Lösungsmittel.
Hinweis: Natürliche Trocknung unter atmosphärischen Umgebungen wird nicht werden empfohlen, da die Lösungsmittel Spuren Elektropolieren Effekte beeinträchtigen. - Verbinden die Al Substrat Arbeitselektrode (W.E) zum Hafen positiv (+) und Platin (Pt) Draht Gegenelektrode (C.E.) an die Negative (-) Anschluss programmierbare DC-Netzteil mit Krokodilklemmen. Al-Substrat und Pt Draht sollte parallel zueinander (siehe Abbildung S2).
- Anwenden auf das Vorspannung des +20.0 V Al W.E in Bezug auf Pt C.E. für 2-4 Minuten im Durchschnitt. Abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit, wie Verschmutzung oder Rauheit konnte die Anwendung Zeit bis zu 5 min. Inspect gehalten werden, alle Oberflächen in der Lösung zu prüfen, ob Rückstände auf der Oberfläche abziehen und in die Lösung Rutschen eingetaucht. Während dieses Schrittes, magnetische Rühren wird nicht empfohlen, da die Inspektion ist schwer unter Rühren, und die Lösung fließen die Elektropolitur Wirkung beeinflussen könnten.
Hinweis: Verwenden Sie keine Electropolish für mehr als 5 min, die die Oberflächen verschlechtern könnte.
Option: Strom-Aufnahmezeit (Ich-t) Eigenschaften Verhalten über PC-Schnittstelle ist hilfreich für die Überwachung des Elektropolieren Verfahrens einschließlich abnorme Punkte, wenn sie vorhanden sind. - Anwendung von Voreingenommenheit zu stoppen und trennen Sie die Krokodilklemmen. Al-Substrat und Pt-Elektrode sorgfältig aus der Elektropolitur Lösung abholen. Entfernen Sie dann die restliche Lösung auf die Oberfläche des Al-Substrats mit Ethanol (95 %) und D.I Wasser ein paar Mal. Wenn das Elektropolieren ordnungsgemäß durchgeführt wird, spiegelglatte Oberflächen des Substrats Al identifiziert werden können (siehe Abbildung S1 und S3 Figur).
- Elektropoliert Al Substrat in Ethanol (95 %) zu speichern, bis die nächste Prozedur Oberflächenoxidation minimieren.
3. Massive Verarbeitung der AAOs unter Oxalsäure-Elektrolyten
Hinweis: für AAOs mit einem Long-Range Anordnung der Nanoporen ' Periodizität, SMSAs Zweischrittverfahren dienten, in denen regelmäßig strukturierte Al Multi-Flächen wurden Erhalt durch Pre-SMSA, und dann, Main-SMSA wurde für die Herstellung von hoch qualifizierten AAOs durchgeführt. Wiederholte Anwendung einer Einheit-Sequenz kann plural und fast identische AAOs produzieren bis Al-Substrat bleibt. " n " bezeichnet die Anzahl der angewandten Sequenz.
- n th Pre-SMSA
- Pour ca. 650 mL Oxalsäure Wasserlösung mit molare Konzentration von 0,3 M in einen Doppelmantel-Becher mit Maximalleistung von 1,0 L. Dann, etwa drei Viertel der Al-Substrat in die Oxalsäure-Lösung eintauchen.
- Die Temperatur der Oxalsäure-Elektrolyten bei 15 ±0.1 ° C mit einer Bad-Thermostat an einen Doppelmantel-Becher angeschlossen Set.
- Pick up elektropoliert Al Substrat aus Ethanol, und entfernen Sie das restliche Lösungsmittel mit einem Luftgewehr oder N 2 Gas Blow.
- Verbinden die elektropoliert Al Substrat, W.E (+) und Pt-Draht, C.E. (-) der programmierbare DC-Netzteil mit einer Krokodilklemme. Die Al-Substrat und Pt-Draht sollte parallel zueinander sein. Dann tauchen die elektropoliert Teil des Al-Substrats in Oxalsäure-Elektrolyten.
Hinweis: Stellen Sie sicher, dass genügend Platz (z.B., ca. 1 cm) zwischen der Spitze des sauren Elektrolyten und dem unteren Rand die Krokodilklemme verbunden, das Al-Substrat besteht, ansonsten tritt starker Korrosion an der Alligator Clip verbunden Position. - Beantragen anodische Vorspannung des +40.0 V, W.E in Bezug auf C.E. mehr als 1-2 h unter moderaten magnetische rühren von 100-150 u/min für die Aufrechterhaltung der Elektrolyt Temperatur.
Hinweis: Wenn die Pre-SMSA Zeit zu kurz ist, Multi-Oberflächen von Al-Substrat werden nicht werden strukturiert richtig.
Option: Aufnahme ich-t Merkmale Verhalten über PC-Schnittstelle ist hilfreich für das Verständnis der typischer Verhaltensweisen in SMSA. - Stop Anwendung anodische bias after Pre-SMSA, Veredelung und trennen Sie die Krokodilklemmen. Abholen der Probe sorgfältig aus sauren Elektrolyten, und spülen Sie die Pre-SMSAed Al-Substrat mit Aceton und D.I Wasser ein paar Mal.
- n th Pre-AAOs Ätzen
- stellen Sie die Temperatur der Chromsäure wässriger Lösung bei 60-65 ° C.
- Tauchen die Pre-SMSAed Al-Substrat in Chromsäure Lösung für 1-2 h, Pre-AAOs auf dem Al-Substrat zu entfernen.
- Spülen die Pre-AAOs entfernt Al Substrat mit Aceton und D.I. Wasser ein paar Mal. Messen Sie den Widerstand des Al-Substrats zu bestätigen, ob die Pre-AAOs komplett auf der Oberfläche entfernt wurden. Wenn nicht, wiederholen Sie die Radierung wieder (Schritt 3.2.2).
- n th Main-SMSA
- neu einrichten die Versuchsbedingungen und Verbindungen wie bei Schritt 3.1.
Hinweis: Es sei darauf hingewiesen, dass Oxalsäure-Elektrolyten in ein paar Sequenzen verwendet werden kann, und dies keinen auf die Qualitäten des Main-AAOs Einfluss hat. Jedoch für quantitative Vergleiche, es wird empfohlen, dass der Elektrolyt ist in einer ganzen Sequenz verwendet, und dann durch eine frische ausgetauscht. - Zuweisen W.E in Bezug auf C.E anodische Vorspannung des +40.0 V; Anwendung Zeit variiert werden, je nach der wünschenswert Dicke der AAO. AAO Wachstumsrate war schätzungsweise etwa 8,0 und 7,5 μm/h auf der Vorderseite und wieder Oberfläche des Substrates Al bei der Elektrolyt-Temperatur von 15 ° C betragen (siehe 57 für weitere Details verweisen).
- neu einrichten die Versuchsbedingungen und Verbindungen wie bei Schritt 3.1.
- n th SRBs-Abteilung
- Anwendung des anodischen Bias und rühren nach Abschluss der Haupt-SMSA beenden und schließen Sie die Haupt-SMSAed Al-Substrat, C.E. (-) und Pt Draht, W.E (+) der programmierbaren DC Stromversorgung durch den Wechsel jede Krokodilklemme.
- Gelten die SRBs und typischen sprudelnden Effekte entlang zu den Multi-Kanten von der Al-Substrat bedeckt mit Main-AAOs zu inspizieren. Details der SRBs Bedingung, wie z. B. Intensität des Anfang RB, Anzahl der Treppen und Dauer jeder Treppe korrelieren eng mit der Dicke des Main-AAOs. Für Main-AAOs dicker als 60 μm war Treppe in SRBs von-21 V 24V mit das Inkrement von-1 V und ohne zeitlichen Abstand zwischen angrenzenden Treppe kontrolliert. Die Dauer für V-21-22 V und-23 V wurde auf 10 Minuten festgelegt, und die letzte Treppe 24V wurde beibehalten bis trennen Verfahrens abgeschlossen (siehe Referenz 57 weitere Informationen einschließlich des Fall dünner AAOs).
Hinweis: Es wird dringend empfohlen, für einen Anfänger zu nutzen eine Schnittstelle PC-Steuerung der SRBs ich-t Kennlinien während dieses Vorgangs. - Beenden SRBs nach Beendigung der Abordnung anwenden, und trennen Sie die Krokodilklemmen. Abholen der Probe sorgfältig aus sauren Elektrolyten, und spülen Sie sie vorsichtig mit Aceton und D.I Wasser eine ausreichende Anzahl von Zeiten.
- Trennen einzelnen AAO entsprechende Al-Oberfläche komplett. Direkt nach Schritt 3.4.3 Oberteile der freistehende AAOs noch mit verbunden sind das Al-Substrat, das manuell gebrochen werden sollten.
- n th Residual Aluminiumoxid Ätzen
- stellen Sie die Temperatur der Chromsäure Lösung bei 60-65 ° C, und Tauchen der AAOs losgelöst Al Substrat für ca. 30 min, passives Aluminiumoxid zu beseitigen.
- Abholung der geätzten Al Substrat und Spülen mit Aceton und D.I. Wasser ein paar Mal. Messen Sie den Widerstand um vollständige Entfernung der restlichen Tonerde zu bestätigen. Wenn nicht, wiederholen Sie Schritt 3.5.2.
- n + 1 th Sequenz
- gehen Sie zu Schritt 3.1, und wiederholen Sie den gesamten Ablauf über die verbleibende Aluminiumoxid geätzt Al Substrat.
4. Massive Verarbeitung der AAOs unter Schwefelsäure Elektrolyt
Hinweis: In diesem Abschnitt deutlich unterschiedliche Bedingungen von denen in Schritt 3 werden hingewiesen.
- n th Pre-SMSA
- Pour ca. 650 mL Schwefelsäure wässrige Lösung (0,3 M) in einen Doppelmantel-Becher mit Maximalleistung von 1,0 L. Dann, etwa drei Viertel der Al-Substrat in der Schwefelsäure-Lösung eingetaucht.
- Stellen Sie die Temperatur des Elektrolyten bei ±0.1 0° C.
- Entfernen Sie das restliche Lösungsmittel auf elektropoliert Al Substrat mit einem Luftgewehr oder N-2-Gas-Schlag, und verbinden Sie das Al Substrat eine programmierbare DC-Netzteil mit Krokodilklemmen (siehe Schritt 3.1.4)
- Anwenden anodische Bias von 25,0 V, W.E in Bezug auf C.E. für mehr als 1-2 h unter moderaten magnetische rühren (100-150 u/min).
- Quit Anwendung des anodischen Bias nach Fertigstellung Pre-SMSA, und trennen Sie die Krokodilklemmen. Abholen und spülen Sie die Pre-SMSAed Al-Substrat mit Aceton und D.I Wasser ein paar Mal.
Hinweis: für n th Pre-AAOs Ätzen, finden Sie unter Schritt 3.2.
- n th Main-SMSA
- neu einrichten die Versuchsbedingungen und Verbindungen wie bei Schritt 4.1.
- Gelten die gleichen anodische Vorspannung. Anwenden von Zeit kann je nach der wünschenswert AAO Dicke variiert werden. AAO Wachstumsrate war schätzungsweise etwa 5,3 µm/h (siehe 56 für weitere Details verweisen).
- n th SRBs-Abteilung
- Beenden Sie anwenden die anodische Vorspannung und nach Abschluss der Haupt-SMSA rühren, und schließen Sie die Haupt-SMSAed Al-Substrat, C.E. (-) und Pt Draht, W.E (+) der programmierbaren Gleichstrom Versorgung durch den Wechsel jede Krokodilklemme.
- Gelten SRBs und typischen sprudelnden Effekte entlang zu den Multi-Kanten der Probe zu inspizieren. Treppe in SRBs wurde von-15 V bis-17 V mit das Inkrement von-1 V und ohne zeitlichen Abstand zwischen angrenzenden Treppe kontrolliert. Die Dauer für-15 V und-16 V wurde auf 10 Minuten festgelegt, und endgültige Treppe von-17 V wurde beibehalten, bis das trennen Verfahren abgeschlossen.
Hinweis: Basierend auf der zerbrechlicher Natur der AAOs unter Schwefelsäure Elektrolyt hergestellt, das derzeitige Niveau stieg schlagartig in den trennen Momenten mit spürbaren klickende Geräusche begleitet. - Beenden, Anwendung der SRBs nach Beendigung der Abordnung, und trennen Sie die Krokodilklemmen. Abholen der Probe sorgfältig aus dem sauren Elektrolyten, und eine ausreichende Anzahl von Zeiten mit Aceton und D.I Wasser sorgfältig abspülen.
- Trennen einzelnen AAO die entsprechende Al-Oberfläche mechanisch durch das brechen die oberen Teile des losgelöst als AAOs.
Hinweis: Für n th Residual Aluminiumoxid Radierung finden Sie unter Schritt 3.5.
- n + 1 th Sequenz
- gehen Sie zu Schritt 4.1, und wiederholen Sie den gesamten Ablauf über die verbleibende Aluminiumoxid geätzt Al Substrat.
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Representative Results
Flussdiagramm von nth AAO Sequenz hauptsächlich bestehend aus zweistufigen SMSAs, SRBs-Ablösung, Herstellung und verwandte chemische Ätzung präsentierte sich schematisch in Abbildung 1a. Jeder Einschub zeigen ein Rasterelektronenmikroskop (REM) Bild der Morphologie der entsprechenden Oberfläche auf jede einzelne Prozedur und ein Foto sofort nach der SRBs-Ablösung. Eine schematische Darstellung, nachdem die insgesamt 5th Wiederholung der Einheit Sequenz Vorteile SMSA und SRBs-basierte Strategien (Abbildung 1 b) ausgestellt. ich-t Kennlinien für die vor- und Haupt-SMSAs bis zu 5th -Sequenzen wurden in Abb. 2a und 2 b, bzw. verglichen. Ein Vergleich der ich-t Kennlinien aus einzelnen SRBs abnehmen Verfahren entnehmen Sie bitte Abbildung 2 c. Foto und entsprechenden SEM-Bilder von der Main-AAOs von vorderen und hinteren Oberflächen unter Oxalsäure erhalten und Schwefelsäure-Elektrolyten sind in Abbildung 3 und Abbildung 4, bzw. vorgestellt.
Abbildung 1 : n th AAOs Herstellung Verfahren (n = 1, 2, 3...). (ein) Schaltplan Flussdiagramm einschließlich der entsprechenden SEM Bilder in nth AAOs Herstellung Sequenz: (i) unberührte Al Substrat, (Ii) Elektro Polieren, (Iii) nth Pre-SMSA, (iv) nth Pre-AAOs Ätzen, (V) nth Main-SMSA, (vi) nth SRBs abnehmen, (Vii) nth residual Aluminiumoxid Ätzen. Eine Einheit-Sequenz wurde mit Box blau gestrichelt dargestellt. (b) schematische Darstellung, die plural AAOs mit gleichen Abmessungen der jeweiligen Flächen wurden von Multi-Oberflächen einer einzigen Al-Platte durch 5th wiederholte Anwendungen der Einheit Sequenz erfolgreich erhalten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2 : Eigenartige Verhaltensweisen während der zweistufigen SMSAs und SRBs-Abteilungen der AAOs unter Oxalsäure-Elektrolyten bei 15 ° c -T Kennlinien von (einem) vor und (b) Main-SMSAs aus 1St , 5th Sequenzen, beziehungsweise. (c) - t -Kennlinien der SRBs abnehmen Verfahren aus 1St , 5th -Sequenzen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3 : Foto von der restlichen Al Substrat und Main-AAOs nach 5 th wiederholte Anwendungen der Einheit Sequenz unter Oxalsäure-Elektrolyten. AAOs aus vorderen und hintere Oberflächen unterschieden sich von rot und blau gestrichelten Boxen, bzw.. Einsätze: Offenporige und Barriere Seite SEM Bilder der entsprechenden 1St , 5th Main-AAOs. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4 : Foto von der restlichen Al Substrat und Main-AAOs nach 5th wiederholte Anwendungen der Einheit Sequenz unter Schwefelsäure Elektrolyt. AAOs aus vorderen und hintere Oberflächen unterschieden sich von rot und blau gestrichelten Boxen, bzw.. Einsätze: Offenporige und Barriere Seite SEM Bilder der entsprechenden 1St , 5th Main-AAOs. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Zusätzliche Informationen: Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterladen.
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Discussion
In diesem Papier haben wir erfolgreich eine facile, ertragreich und umweltfreundliche Methode zu fabrizieren nanoporöse AAOs durch SMSA und SRBs-Abteilung, die auf dem gleichen Al-Substrat für die Verbesserung der deutlich Mass-producibility als wiederholt werden könnte sowie die Nutzbarkeit der begrenzten natürlichen Ressourcen. Wie das Flussdiagramm Abbildung 1azeigt, unsere AAO Herstellung Strategie die herkömmliche zweistufige Anodisierung beruht auf Multi-Oberflächen Situation geändert wurde. Einzelne Verfahren funktioniert auch unabhängig von den anderen Flächen, da elektrische Felder in das Elektropolieren und zweistufigen SMSAs Verfahren in der normalen Richtungen auf den Multi-Oberflächen gebildet wurden wo die elektrochemische Reaktion erfolgt gleichzeitig. In dieser Sicht wird Position jede Oberfläche und entsprechenden AAO in Bezug auf die Gegenelektrode bestimmt werden, wie in Abbildung 1 bgezeigt; z.B., "Vorne" eine Oberfläche, die Konfrontation mit dem Pt-Gegenelektrode zu bezeichnen, und so weiter.
Unberührten Al Substrat zeigte rauere Oberflächen durch mechanisches Polieren, die nach Elektropolieren Eingriff viel glatter geworden. Jede Oberfläche von der elektropoliert Al Substrat sah aus wie ein Spiegel im makroskopischen, aber es war bedeckt mit unregelmäßig verteilten nanoskaligen Dreschkörbe wie im Einschub (Ii) der Abbildung 1adargestellt. Nicht nur jeder Reinigung, aber auch trocknen Behandlung waren daher auch sehr wichtig, aufgrund der Tatsache, dass Lösungsmittel Spuren Oberfläche Morphologien in Verfahren nach dem Elektropolieren erheblich beeinträchtigen könnten. Sobald sich verschlechtert, Oberflächen nie erholt, und die Armen Morphologien gehalten. In dieser Hinsicht wäre übermäßige Elektropolieren Behandlung nicht entweder gut. Wenn Elektropolieren Zeit zu lange, in regelmäßigen Abständen wellig angeordnet ist bildeten Täler auf die gesamte Al-Oberflächen, die eine Haftfestigkeit zwischen AAOs und Al erhöhen könnte. Eine Einheit-Sequenz dargestellt durch ein blau gestrichelte Feld dargestellt in Abbildung 1a besteht aus nth Pre-SMSA, n, nth Pre-AAOs Ätzen, nth Main-SMSAth SRBs-Ablösung und n th residual Aluminiumoxid Radierung, wo n ist die Nummer der angewandten Sequenz (n = 1, 2, 3,...).
Abbildung 2 vergleicht die - t Kennlinien pre/Main-SMSA und SRBs Loslösung aus 1St , 5th -Sequenzen. In beiden SMSAs die aktuelle Ebene allmählich mit zunehmender Anwendung Zeit verringert. Diese typischen Merkmale wurden in einer Multi-Oberflächen-Situation zugeschrieben werden, die schrittweise Verringerung der Gesamtfläche Eloxal sowie Ansammlung von mechanischen Spannungen aufgrund der viskosen Strömung23,58 und Volumen nur beobachtet. Ausbau23,59,60,61,62 bei gleichzeitiger Formationen der plural AAOs56,57. Frühere berichten über diese SMSA und SRBs-Ablösung der Stress veröffentlicht direkte trennen Mechanismus vorgeschlagen, die durch geeignete SRBs Bedingungen für relativ dünner Stärke der AAO (siehe57 für verweisen weiter optimiert werden konnte weitere Details).
Eine intuitive schematische Darstellung einer massiven Herstellbarkeit in Abbildung 3 und Abbildung 4 präsentiert Ergebnisse der über insgesamt 5th erfolgreich verwirklicht wird mal Iterationen der Einheit Sequenz unter Oxalsäure und schweflige Säure Elektrolyt, beziehungsweise. Jedes Foto zeigt deutlich, dass die AAOs, die mit den genauen Abmessungen denen des entsprechenden vorne gleich und Flächen (siehe Zusatzinformationen für die AAOs losgelöst von Seiten und Unterseite) zurück. Barriere Seite SEM Bilder aller Sequenzen zeigen, dass Spaltung Flugzeuge unter die Barriere Oxide in beiden sauren Elektrolyten sind ähnliche Ergebnisse über kathodischen Delamination ein relativ dicker AAO auf Mono-Fläche50, 51. als ein alternativer Ansatz für den Erhalt der AAO mit Durchgangsbohrung Strukturen (i.e., ohne Barriere Oxid), anodische Spannung Puls Ablösung mit einem anderen abnehmen Elektrolyt7,41, 42,52,53,54,55 oder Zweischicht-Anodisierung mit normalen AAO in ein Opfer fabriziert aus sauren Elektrolyten der extrem hohen Konzentration (12,0 M)63 könnte in Betracht gezogen werden.
SMSA und SRBs basierenden Strategie scheint einen Säure-Typ unabhängigen Charakter besitzen, daher die verschiedenen Vorteile und Stärken sind Wert Expansion in Phosphorsäure Elektrolyt und/oder HA-Bedingung, die die Potenziale der nanoporösen AAOs bereichern in Richtung vielseitiger Anwendungen.
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Disclosures
Diese Forschung wurde zum Teil durch die National Research Foundation of Korea (NRF) Zuschuss gefördert durch die Regierung von Korea (MSIP) (Nr. 2016R1C1B1016344 und 2016R1E1A2915664) unterstützt.
Acknowledgments
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sulfuric Acid >98% | DUKSAN reagent | 5950 | |
| Oxalic Acid Anhydrous, 99.5-100.2% | KANTO chemical | 31045-73 | |
| Phosphoric Acid, 85% | SAMCHUN chemical | P0463 | |
| Perchloric Acid, 60% | SAMCHUN chemical | P0181 | Highly Reactive |
| Chromium(VI) Oxide | Sigma Aldrich | 232653 | Strong Oxidizer |
| Ethanol, 95% | SAMCHUN chemical | E0219 | |
| Absolute Ethanol, 99.9% | SAMCHUN chemical | E1320 | |
| Double Jacket Beaker | iNexus | 27-00292-05 | |
| Low Temperature Bath Circulator | JEIO TECH | AAH57052K | |
| Programmable DC Power Supply | PNCYS | EDP-3001 | |
| Aluminum Plate, >99.99% | Goodfellow | ||
| Platinum Cylinder | Whatman | 444685 | |
| Pure & Ultra Pure Water System (Deionized Water) | Human Science | Pwer II & HIQ II |
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