Gelijktijdige meerdere oppervlakte Anodizations en trap-achtige omgekeerde vertekeningen detachement van Anodic aluminium stikstofoxiden in zwavelzuur en oxaalzuur elektrolyt

Summary

Een protocol voor het fabriceren van nanoporeuze anodic aluminium stikstofoxiden via gelijktijdig meerdere oppervlakken anodisatie gevolgd door trap-achtige omgekeerde vertekeningen detachementen wordt gepresenteerd. Het kan herhaaldelijk worden toegepast op de dezelfde aluminium substraat, een facile tentoonstellen, hoge opbrengst en ecologisch schoon strategie.

Abstract

Na rapportage over de twee stappen anodisatie, nanoporeuze anodic aluminium stikstofoxiden (AAOs) hebben grote schaal gebruikt in het veelzijdige gebied van fundamentele wetenschappen en industriële toepassingen als gevolg van hun periodieke regeling van nanopores met relatief hoge hoogte-breedteverhouding. Echter de technieken tot nu toe gerapporteerd die kon worden alleen geldig voor mono-oppervlak anodisatie, Toon kritische nadelen, dat wil zeggen, tijdrovende evenals ingewikkelde procedures, te verplichten op giftige chemische stoffen, en verspilling van waardevolle natuurlijke hulpbronnen . In deze paper tonen we een facile, efficiënte en milieuvriendelijke schone methode om te fabriceren nanoporeuze AAOs in zwavelzuur en oxaalzuur zure elektrolyten, die kunnen overwinnen van de beperkingen die voortvloeien uit conventionele AAO fabriceren van methoden. Eerste, meervoud AAOs worden geproduceerd op een bepaald moment door gelijktijdige meerdere oppervlakken anodisatie (SMSA), met vermelding van de mass-producibility van de AAOs met vergelijkbare kwaliteiten. Ten tweede, deze AAOs kunnen worden gescheiden van het substraat aluminium (Al) door trap-achtige omgekeerde vooroordelen (SRBs) toe te passen in de dezelfde elektrolyt gebruikt voor de SMSAs, eenvoud en groen technologische kenmerken impliceren. Tot slot kan een reeks van de eenheid die bestaat uit de SMSAs opeenvolgend gecombineerd met SRBs gebaseerde detachement herhaaldelijk worden toegepast op de dezelfde Al substraat, die de voordelen van deze strategie versterkt en ook garandeert het efficiënt gebruik van natuurlijke hulpbronnen.

Introduction

AAOs die werden gevormd door het anodiseren Al substraat in een zure elektrolyt, hebben grote belangstelling in diverse fundamentele wetenschap en industrie, bijvoorbeeld hard sjablonen voor nanotubes/nanowires^{1,2,3 , 4 , 5}, energie-opslag apparaten^6,7,8,9, bio-sensing^10,11, filteren van toepassingen^{12,13 , 14}, maskers voor verdamping en/of etsen^15,16,17, en capacitieve vochtigheid sensoren^{18,19,20,21 ,22}, als gevolg van hun zelf bestelde honingraatstructuur, hoge hoogte-breedteverhouding van nanopores en superieure mechanische eigenschappen²³. Zij moeten voor de toepassing van de nanoporeuze AAOs om deze verschillende toepassingen, vrijstaande vormen met een sterk en lange-afstands geordende matrix van nanopores. In dit verband strategieën voor het verkrijgen van AAOs moeten rekening houden met zowel de vorming (anodiseren) en de scheiding (losmaken) procedures.

In het gezichtspunt van de AAO-formatie was milde anodisatie (hierna genoemd als MA) goed ingeburgerd onder fosforzuur, zwavelzuur en oxaalzuur zure elektrolyten^{23,24,25,26 ,27}. Echter, MA processen tentoongesteld laag-opbrengsten van AAO fabricage vanwege hun trage groei afhankelijk van relatief lage intensiteiten van anodic spanningen, die verder door middel van een proces van twee stappen MA verslechteren zou voor de verbetering van de periodiciteit van de nanopores’^{28 ,29}. Dus werden harde anodisatie (HA) technieken voorgesteld als alternatieven voor MA door toepassen van hogere anodic spanningen (oxaalzuur/zwavelzuur zuur elektrolyt) of het gebruik van meer geconcentreerde elektrolyt (fosforzuur)^{30,31, 32,33,34,35},^,36,^,37,38,39,40. HA tonen processen verschillende verbeteringen van groeicijfers, alsmede periodieke regelingen, overwegende dat als gevolg AAOs werd meer kwetsbaar, en de dichtheid van nanopores waren verlaagd³⁰. Bovendien, is een dure koelsysteem vereist voor het absorberen van Joule verwarming veroorzaakt door hoge stroomdichtheid³¹. Deze resultaten beperken de mogelijke toepasbaarheid van de AAOs via HA processen.

Voor een AAO scheiden van het betreffende oppervlak van de plaat Al, werd selectieve chemische etsen van de resterende Al substraat wijdst gebruikt in zowel de MA en HA processen met behulp van giftige chemische stoffen, zoals koper chloride^{35,39 ,41,42} of kwik chloride^{16,17,43,44,45,46, 47 , 48 , 49}. echter, deze methode induceert nadelige bijwerkingen, bijvoorbeeld, een langere reactietijd evenredig zijn aan de resterende dikte van het Al, verontreiniging van AAO door zware metaal ionen, schadelijke residuen aan menselijke lichaam/natuurlijke omgevingen , en het inefficiënt gebruik van waardevolle hulpbronnen. Daarom zijn veel pogingen zijn gedaan voor het realiseren van directe detachement van een AAO. Hoewel zowel kathodische spanning delaminatie^50,51 en anodic spanning pulse detachement^{7,41,42,52, 53,54,55} presenteren een verdienste dat de resterende Al substraat kan worden hergebruikt, de voormalige techniek duurt bijna vergelijkbaar met die in chemische etsen methoden⁵⁰. Ondanks een duidelijke vermindering van de verwerkingstijd, werden schadelijk en zeer reactieve chemicaliën, voor voorbeelden Butaandion en/of perchloorzuur, gebruikt als loskoppelen van elektrolyten in de laatste technieken⁵⁵, waar een extra reiniging procedure is nodig vanwege de veranderende elektrolyt tussen de procedure anodiseren en ontkoppelen. Vooral beïnvloeden het ontkoppelen gedrag en de kwaliteit van de vrijstaande AAOs ernstig de dikte. In het geval van de AAO met relatief dunner dikte bevatten de vrijstaande één scheuren en/of openingen.

De experimentele benaderingen die hierboven vermeld zijn vereffend met een “single-oppervlakte” van het Al-model, met uitzondering van de oppervlakte bescherming/engineering doeleinden, en deze functie van de conventionele technologieën exposities kritische beperkingen van de AAO fabricage in termen van rendement evenals de processibility, die ook van invloed op de mogelijke toepasbaarheid van de AAOs^56,57.

Om te voldoen aan de toenemende eisen op het gebied van AAO-gerelateerde in termen van facile, hoge opbrengst en groene technologische benaderingen, meldden we eerder op SMSA en directe detachement via SRBs onder zwavelzuur⁵⁶ en oxaalzuur⁵⁷ zuur elektrolyt, respectievelijk. Het is een bekend feit dat meervoud AAOs op meerdere oppervlakken van het substraat van de Al ondergedompeld in zure elektrolyten kunnen worden gevormd. Echter de SRBs, een belangrijk onderscheid van onze methoden, het losmaken van deze AAOs van de bijbehorende multi oppervlakken van het substraat van de Al in de dezelfde zure elektrolyt gebruikt voor de SMSAs met vermelding van de massaproductie, eenvoud en groen technologische inschakelen kenmerken. Wij willen erop wijzen dat SRBs gebaseerde detachement een optimale strategie voor meervoud AAOs vervaardigd door SMSAs^56,57 en zelfs geldig voor relatief dunnere diktes van AAOs⁵⁷ in vergelijking is met kathodische delaminatie (d.w.z., constante omgekeerde bias) op single-oppervlakf “> 51. Tot slot, een opeenvolging van de eenheid die bestaat uit de SMSAs opeenvolgend gecombineerd met SRBs gebaseerde detachement herhaaldelijk kan worden toegepast op de dezelfde Al substraat, vermijden van ingewikkelde procedures en giftig/reactieve chemicaliën, die versterkt de voordelen van onze strategieën en garandeert ook het efficiënte gebruik van natuurlijke hulpbronnen.

Protocol

Wees u ervan bewust van alle de verwante materialen veiligheidsinformatiebladen (MSDS) voordat u begint. Ondanks het milieuvriendelijke karakter van dit protocol, worden een paar zuren en oxidatiemiddelen gebruikt in de bijbehorende procedures. Ook gebruik maken van alle de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (laboratoriumjas, handschoenen, veiligheidsbril, enz.). 1. bereiding van de oplossing Opmerking: na volledige afdichting oplossing bevattende ve…

Representative Results

Stroomdiagram van nth AAO reeks voornamelijk bestaande uit twee stappen SMSAs, SRBs-detachement, fabriceren en verwante chemische etsen werd schematisch voorgesteld in Figuur 1a. Elke inzet een Scannende Elektronen Microscoop (SEM) afbeelding van de overeenkomstige oppervlakte morfologie bij elke afzonderlijke procedure en een foto genomen onmiddellijk na SRBs-detachement weergeven. Een schematische afbeelding nadat de totale 5th</sup…

Discussion

In deze paper, we succesvol gebleken een facile, hoge opbrengst en ecologisch schoon methode te fabriceren nanoporeuze AAOs via SMSA en SRBs-detachement, die kan worden herhaald op de dezelfde Al substraat voor het aanzienlijk verbeteren van mass-producibility als goed als bruikbaarheid van schaarse natuurlijke hulpbron. Zoals aangetoond in het stroomschema van Figuur 1a, is onze AAO vervaardigen strategie gebaseerd op de anodisatie van conventionele in twee stappen, die is bewerkt op meerde…

Materials

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