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Ingegneria

Anodizations multi-superficie simultanea e pregiudizi inversa scala-come distaccamento di ossidi di alluminio anodico in solforico e acido ossalico elettrolita

Published: October 05, 2017
doi:
10.3791/56432
, , , ,
1School of Advanced Materials Science and Engineering,Sungkyunkwan University, 2Department of Applied Organic Materials Engineering,Inha University

Summary

Un protocollo per fabbricare nanoporosi ossidi di alluminio anodico tramite simultanea multi-superficie anodizzazione, seguita da distaccamenti di pregiudizi inversa scala-come è presentato. Può essere applicato ripetutamente la stesso substrato di alluminio, che esibiscono un facile, ad alto rendimento e strategia ecologicamente pulito.

Abstract

Dopo la segnalazione sull’anodizzazione in due fasi, ossidi di alluminio anodico nanoporosi (AAOs) sono stati ampiamente utilizzati nei campi versatili di scienze fondamentali e le applicazioni industriali a causa della loro disposizione periodica di nanopori con relativamente alta rapporto di aspetto. Tuttavia, le tecniche segnalate finora, che potrebbe essere solo valida per mono-superficie anodizzazione, Mostra critici svantaggi, cioè, richiede tempo come pure complicate le procedure, che richiedono prodotti chimici tossici e di sprecare preziose risorse naturali . In questa carta, dimostriamo un metodo facile, efficiente ed ecologicamente pulito per fabbricare nanoporosi AAOs in elettroliti di acido solforici e ossalico, in grado di superare le limitazioni che derivano da AAO convenzionale metodi di fabbricazione. In primo luogo, plurale AAOs sono prodotte contemporaneamente attraverso simultanea multi-superficie anodizzazione (SMSA), che indica mass-producibility di AAOs con qualità paragonabile. In secondo luogo, quelli AAOs può essere separato dal substrato di alluminio (Al) applicando la scala-come inverso polarizzazioni (SRB) in elettrolito stesso utilizzato per la SMSAs, implicando semplicità e verde caratteristiche tecnologiche. Infine, una sequenza di unità composto da SMSAs in sequenza combinati con distacco basati su SRB può essere applicata più volte per lo stesso Al substrato, che rafforza i vantaggi di questa strategia e inoltre garantisce l’uso efficiente delle risorse naturali.

Introduction

AAOs che sono state formate da anodizzazione Al substrato in un elettrolita acido, hanno attirato grande interesse in diverso fondamentale scienza e dell’industria, ad esempio, modelli di duri per nanotubi/nanofili1,2,3 , 4 , 5, energia deposito dispositivi6,7,8,9, biosensori10,11, filtraggio applicazioni12,13 , 14, maschere per evaporazione e/o incisione15,16,17e capacitivo di umidità sensori18,19,20,21 ,22, a causa della loro struttura self-ordinato a nido d’ape, ad elevato allungamento dei nanopori e proprietà meccaniche superiori23. Per l’applicazione nanoporosi AAOs a queste varie applicazioni, dovrebbero essere forme autoportante con un altamente e matrice ordinata a lungo raggio di nanopori. A questo proposito, strategie per l’ottenimento di AAOs devono considerare sia la formazione (anodizzazione) che la separazione le procedure (disconnessione).

Dal punto di vista della formazione AAO, anodizzazione mite (in seguito denominata MA) era ben stabilita sotto elettroliti di acido solforico, fosforico e ossalico23,24,25,26 ,27. Tuttavia, i processi MA hanno esibito basso-rendimenti di fabbricazione AAO a causa del loro tasso di crescita lento a seconda di intensità relativamente bassa tensione anodica, che cominciano a deteriorarsi attraverso un processo di MA in due fasi per migliorare la periodicità dei nanopori28 ,29. Così, tecniche di anodizzazione dura (HA) sono state proposte come alternative di MA applicando più alte tensioni anodiche (elettrolito di acido ossalico/solforico) o utilizzando più concentrata dell’elettrolito (acido fosforico)30,31, 32,33,34,35,36,37,38,39,40. HA processi Visualizza distinti miglioramenti dei tassi di crescita, nonché a modalità periodica, mentre con conseguente AAOs è diventato più fragile, e la densità dei nanopori sono stati ridotti di30. Inoltre, un costoso sistema di raffreddamento è necessario per il riscaldamento di Joule causata da alta densità di corrente31di dissipazione. Questi risultati limitano l’applicabilità potenziale dell’AAOs tramite processi HA.

Per separare un AAO da superficie corrispondente della confezione Al piatto, acquaforte chimica selettiva del substrato Al restante era più ampiamente utilizzata nei processi MA sia HA usando i prodotti chimici tossici, come il cloruro di rame35,39 ,41,42 o mercurio cloruro16,17,43,44,45,46, 47 , 48 , 49. Tuttavia, questo metodo induce effetti collaterali sfavorevoli, ad esempio, un più lungo tempo di reazione proporzionale allo spessore restante Al, contaminazione di AAO di ioni di metalli pesanti, residui nocivi agli ambienti naturali/corpo umano e l’uso inefficiente delle risorse preziose. Pertanto, molti tentativi sono stato fatti per realizzare diretto distacco di un AAO. Sebbene sia tensione catodica delaminazione50,51 e tensione anodica di impulso distacco7,41,42,52, 53,54,55 presentano un merito che la restante Al substrato possa essere riutilizzato, la tecnica EX richiede tempo quasi comparabile con quelli in acquaforte chimica metodi50. Nonostante la netta riduzione del tempo di elaborazione, prodotti chimici nocivi e altamente reattivi, per esempi butanedione e/o acido perclorico, vennero utilizzati come scollegamento elettroliti in quest’ultimo tecniche55, dove una pulizia supplementare procedura è necessaria a causa di elettrolita cambia tra la procedura di scollegamento e anodizzazione. In particolare, i comportamenti e le qualità della staccata AAOs scollegamento gravemente influenzare lo spessore. Nel caso l’AAO con spessore relativamente sottile, quella indipendente potrebbe contenere crepe e/o aperture.

Tutti gli approcci sperimentali sopra elencati sono stati applicati a una “superficie singola” dell’esemplare Al, escluse superfici proteggendo/ingegneria fini e questa caratteristica dei limiti critici Mostre tecnologie convenzionali di fabbricazione AAO in termini di rendimento, nonché la lavorabilità, che influenza anche l’applicabilità potenziale di AAOs56,57.

Per soddisfare le crescenti esigenze in campo AAO-relative in termini di facile, ad alto rendimento e approcci tecnologici verdi, precedentemente abbiamo segnalato su SMSA e distacco diretto attraverso SRB sotto solforico56 e acido ossalico57 elettrolita, rispettivamente. È un fatto ben noto che AAOs plurale può essere formato sulle superfici multiple del substrato Al immersi in elettroliti acidi. Tuttavia, SRB, una distinzione fondamentale dei nostri metodi, abilitare il distacco di quei AAOs dalle multi-superfici corrispondente del substrato nell’elettrolita acido stesso utilizzato per il SMSAs che indica la produzione di massa, la semplicità e verde tecnologico caratteristiche. Vorremmo sottolineare che basati su SRB distacco è una strategia ottimale per plurale AAOs fabbricato da SMSAs56,57 e anche valide per spessori relativamente più sottile dell’AAOs57 se confrontato con delaminazione catodica (cioè, costante polarizzazione inversa) su superficie singolaf “> 51. Infine, una sequenza di unità composto da SMSAs in sequenza combinati con distacco basati su SRB può essere applicata ripetutamente per lo stesso Al substrato, evitando procedure complicate e sostanze chimiche tossiche/reattive, che rafforza i vantaggi del nostro strategie e garantisce anche l’uso efficiente delle risorse naturali.

Protocol

si prega di essere consapevoli di tutti i relativi materiali schede di sicurezza (MSDS) prima di iniziare. Nonostante la natura ecologica del presente protocollo, alcuni acidi e ossidanti sono utilizzati nelle procedure corrispondenti. Inoltre, utilizzare tutti i dispositivi di protezione personale (camice, guanti, occhiali di sicurezza, ecc.). 1. preparazione della soluzione Nota: dopo la completa sigillatura del vaso contenente soluzione, vigorosa agitaz…

Representative Results

Diagramma di flusso di nth AAO fabbricando sequenza costituita principalmente da due fasi SMSAs, SRB-distacco ed il relativo attacco chimico è stato presentato schematicamente in Figura 1a. Ogni margine Visualizza un’immagine del microscopio elettronico a scansione (SEM) della morfologia superficiale corrispondente a ogni singola procedura e una fotografia scattata immediatamente dopo il distacco di SRB. Un’illustrazione schematica dopo l…

Discussion

In questa carta, abbiamo dimostrato con successo un facile, ad alto rendimento e l’ambiente pulito metodo per fabbricare nanoporosi AAOs attraverso SMSA e SRB-distacco, che potrebbe essere ripetuta per lo stesso Al substrato per migliorare significativamente la mass-producibility come Beh come usabilità della risorsa naturale limitata. Come mostrato nel diagramma di flusso di Figura 1a, la nostra strategia di fabbricazione AAO è basato sull’anodizzazione convenzionale in due fasi, che modi…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

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
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Im, H., Jeong, S. H., Park, D. H., Kim, S., Hong, Y. K. Simultaneous Multi-surface Anodizations and Stair-like Reverse Biases Detachment of Anodic Aluminum Oxides in Sulfuric and Oxalic Acid Electrolyte. J. Vis. Exp. (128), e56432, doi:10.3791/56432 (2017).
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