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Ingegneria

Anodizations multi-emerger simultánea y sesgos inversa escalera-como destacamento de anódico de aluminio óxidos sulfúricos y electrolito de ácido oxálico

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

Se presenta un protocolo para la fabricación de óxidos de aluminio anódico nanoporoso vía simultánea anodizado de superficie múltiples seguido por destacamentos de escalera-como prejuicios atrás. Puede aplicarse varias veces al mismo substrato de aluminio, exhibiendo un fácil, alto rendimiento y estrategia ambientalmente limpio.

Abstract

Luego de informar sobre la anodización de dos etapas, óxidos de aluminio anódico nanoporoso (AAOs) han sido ampliamente utilizados en los campos versátiles de ciencias fundamentales y aplicaciones industriales debido a su arreglo periódico de interconectivos con relativamente alta relación de aspecto. Sin embargo, las técnicas divulgadas hasta ahora, que podría ser sólo válido para la anodización de la superficie de mono, Mostrar desventajas fundamentales, es decir, procedimientos desperdiciadores de tiempo, así como complicados, que requieren productos químicos tóxicos y pérdida de valiosos recursos naturales . En este trabajo, demostramos un método fácil, eficiente y ambientalmente limpio para fabricar nanoporosos AAOs en electrolitos de ácido sulfúricos y oxálico, que pueden superar las limitaciones que resultan de la AAO convencional métodos de fabricación. AAOs en primer lugar, plurales se producen al mismo tiempo a través de anodización simultánea de múltiples superficie (SMSA), indicando la mass-producibility de las AAOs con calidades comparables. En segundo lugar, esos AAOs se pueden separar del substrato de aluminio (Al) mediante la aplicación de la escalera como sesgos inversas (SRBs) en el mismo electrolito utilizado para SMSAs, lo que implica simplicidad y verde características tecnológicas. Finalmente, una secuencia de la unidad de las SMSAs combinados secuencialmente con desprendimiento de SRBs se puede aplicar varias veces al mismo Al sustrato, que refuerza las ventajas de esta estrategia y también garantiza el uso eficiente de los recursos naturales.

Introduction

AAOs que fueron formados por anodización Al sustrato en un electrolito ácido, han despertado gran interés en diversas ciencia fundamental y la industria, por ejemplo, duro para nanotubos/nanohilos de1,2,3 , 4 , 5, energía almacenamiento dispositivos6,7,8,9, bio-detección10,11, filtrado de aplicaciones12,13 , 14, máscaras para la evaporación o grabado15,16,17y humedad capacitivos Sensores18,19,20,21 ,22, debido a su estructura de panal uno ordenado, alto cociente de aspecto de interconectivos y propiedades mecánicas superiores23. Para aplicar nanoporosos AAOs a estas diversas aplicaciones, deben ser formas independientes con un gran y largo alcance matriz ordenada de interconectivos. En este sentido, estrategias para la obtención de AAOs deben considerar formación (anodizado) y separación (separar) los procedimientos.

En el punto de vista de la formación de la AAO, anodización suave (en lo sucesivo como MA) fue establecida en electrolitos ácido sulfúrico, oxálico y fosfórico23,24,25,26 ,27. Sin embargo, los procesos MA exhibieron bajo rendimientos de fabricación AAO debido a su tasa de crecimiento lento según intensidades relativamente bajas de tensión anódica, que deterioraría aún más a través de un proceso de dos pasos MA para mejorar la periodicidad de interconectivos28 ,29. Así, técnicas de anodizado duro (HA) se propusieron como alternativas de MA aplicando tensión anódica superior (electrolito ácido oxálico/sulfúrico) o utilizando concentrado electrólito (ácido fosfórico)30,31, 32,33,34,35,36,37,38,39,40. HA procesos muestran mejoras distintas de las tasas de crecimiento, así como arreglos periódicos, mientras que dando por resultado AAOs más frágiles, y la densidad de interconectivos reducido30. Además, un caro sistema de refrigeración se requiere para disipar el calentamiento de Joule causada por la alta densidad de corriente31. Estos resultados restringen la aplicabilidad potencial de las AAOs mediante procesos HA.

Para separar una AAO de la superficie correspondiente de Al placa, ataque químico selectivo del sustrato Al restante fue utilizada más ampliamente en el MA y HA procesos con productos químicos tóxicos, como el cloruro de cobre35,39 ,41,42 o mercurio cloruro16,17,43,44,45,46, 47 , 48 , 49. sin embargo, este método induce efectos secundarios desventajosos, por ejemplo, un tiempo de reacción proporcional al espesor remanente de Al, contaminación de AAO por iones de metales pesados, residuos nocivos a los entornos natural de cuerpo humano y el uso ineficiente de recursos valiosos. Por lo tanto, se hicieron muchos intentos para lograr el desprendimiento directo de un AAO. Aunque tanto tensión catódica delaminación50,51 tensión anódica impulso de separación7,41,42,52, 53,54,55 presentan un mérito que el resto Al sustrato puede ser reutilizado, la técnica anterior tarda casi comparable con los métodos de ataque químico50. A pesar de la clara reducción del tiempo de procesamiento, productos químicos nocivos y altamente reactivos, para ejemplos butanedione o ácido perchloric, fueron utilizados como separar electrólitos en las últimas técnicas55, donde una limpieza adicional procedimiento es necesario debido al electrolito cambiando entre el procedimiento de anodización y desprendimiento. Especialmente, las conductas y calidad de las AAOs independientes desprendimiento severamente influyen en el espesor. En el caso de la AAO con grueso relativamente más fino, uno individual puede contener grietas o aberturas.

Todos los enfoques experimentales mencionados anteriormente se han aplicado a una “solo-superficie” de la muestra Al, excluyendo la superficie con fines de protección e ingeniería y esta función de las limitaciones críticas de tecnologías convencionales objetos expuestos de la fabricación de la AAO en términos de rendimiento, así como tratamiento, que también influye en la potencial aplicabilidad de la AAOs56,57.

Para satisfacer la creciente demanda en los campos relacionados con la AAO en términos de producción fácil, alta y verdes enfoques tecnológicos, previamente registrados en SMSA y desprendimiento directo a través de SRBs56 de sulfúrico y ácido oxálico57 electrolito, respectivamente. Es un hecho bien conocido que se pueden formar plurales AAOs en varias superficies del substrato Al sumergidos en electrolitos ácidos. Sin embargo, SRBs, una distinción clave de nuestros métodos, permiten la separación de esos AAOs de las correspondientes superficies múltiples del sustrato en el mismo electrolito ácido utilizado para las SMSAs indicando la producción en masa, simplicidad y tecnología verde características. Nos gustaría señalar que la separación de SRBs es una estrategia óptima para plurales AAOs fabricado por SMSAs56,57 y aún válida para espesores relativamente más delgadas de AAOs57 en comparación con deslaminación catódica (es decir, constante sesgo inverso) de la solo-superficief «> 51. Finalmente, una secuencia de la unidad de las SMSAs combinados secuencialmente con desprendimiento de SRBs se puede aplicar varias veces al mismo Al substrato, evitando procedimientos complicados y productos químicos tóxicos/reactivos, que refuerza las ventajas de nuestro estrategias y también garantiza el uso eficiente de los recursos naturales.

Protocol

por favor, ser conscientes de todos las materiales relacionados con hojas de seguridad (MSDS) antes de empezar. A pesar de la naturaleza ecológica de este protocolo, algunos ácidos y oxidantes se utilizan en los procedimientos correspondientes. También, utilizar todo el personal equipo de protección adecuado (bata, guantes, gafas, etc.). 1. preparación de la solución Nota: después de la completa estanqueidad del vaso que contiene la solución, vigor…

Representative Results

Diagrama de flujo de nth AAO fabricación secuencia consisten principalmente en dos etapas SMSAs, desprendimiento de SRBs y relacionados con el grabado químico fue presentado esquemáticamente en la Figura 1a. Cada recuadro mostrar una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) de la morfología superficial correspondiente a cada procedimiento individual y una fotografía tomada inmediatamente después del desprendimiento de SRBs…

Discussion

En este trabajo, hemos demostrado con éxito un fácil, alto rendimiento y ambientalmente limpia método para fabricar nanoporosos AAOs SMSA y desprendimiento de SRBs, que podría repetirse en el mismo Al sustrato para mejorar significativamente la mass-producibility como así como facilidad de uso de recursos naturales limitados. Como se muestra en el diagrama de flujo de la Figura 1a, nuestra estrategia de fabricacin de AAO se basa en la anodización convencional de dos etapas, que fue mod…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Los autores no tienen nada que revelar.

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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