Ett protokoll för fabricera nanoporösa anodisk aluminiumoxider via samtidiga flera ytor anodisering följt av trappa-liknande omvänd fördomar detachments presenteras. Det kan användas flera gånger till samma aluminium substrat, uppvisar en lättköpt, hög avkastning och miljömässigt ren strategi.
Efter rapportering om de två steg anodisering, nanoporösa anodisk aluminiumoxider (AAOs) ofta har utnyttjats i fälten mångsidig grundläggande vetenskaper och industriella tillämpningar på grund av deras återkommande arrangemang av nanopores med relativt hög bildförhållande. Men teknikerna rapporterats hittills, som kunde endast vara giltigt för mono-ytan anodisering, Visa kritiska nackdelar, dvs, tidskrävande samt komplicerade förfaranden, som kräver giftiga kemikalier, och slösa bort värdefulla naturresurser . I detta papper visar vi en lättköpt, effektiv och miljömässigt ren metod för att fabricera nanoporösa AAOs i svavelsyra och oxalsyra syra electrolytes, som kan övervinna de begränsningar som resulterar från konventionella AAO fabricera metoder. Första, plural AAOs produceras på en gång genom samtidig flera ytor anodisering (SMSA), som anger mass-producibility för AAOs med jämförbara kvaliteter. För det andra, dessa AAOs kan skiljas från aluminium (Al) substratet genom att tillämpa trappa-liknande omvänd fördomar (SRV) i samma elektrolyten används för de SMSAs, vilket innebär enkelhet och grön teknologiska egenskaper. Slutligen kan en enhet sekvens bestående av de SMSAs sekventiellt kombinerat med SRBs-baserade avlossning användas upprepade gånger till samma Al substratet, vilket förstärker fördelarna med denna strategi och även garanterar effektiv användning av naturresurser.
AAOs som bildades av anodisering Al substrat i en sur elektrolyt, har lockade stort intresse för olika grundläggande vetenskap och industri, till exempel hårt mallar för kolnanorör/nanotrådar1,2,3 , 4 , 5, energi lagring enheter6,7,8,9, bio-sensing10,11, filtrering program12,13 , 14, masker för indunstning och/eller etsning15,16,17, och kapacitiv luftfuktighet sensorer18,19,20,21 ,22, på grund av deras själv beställda bikakestruktur, hög höjd/breddförhållande nanopores och överlägsna mekaniska egenskaper23. För att tillämpa nanoporösa AAOs i dessa olika tillämpningar, bör de fristående former med ett starkt och långväga beställda rad nanopores. Strategier för att erhålla AAOs måste i detta sammanhang överväga både bildandet (Eloxering) och separation (demontering) förfaranden.
I synvinkel AAO bildandet var mild anodisering (hädanefter MA) väl etablerad enligt svavelsyra, oxalsyra och fosforsyra sura elektrolyter23,24,25,26 ,27. Dock uppvisade MA processer låg-avkastningarna av AAO tillverkning på grund av deras långsamma tillväxttakten beroende på relativt låga intensiteter av anodisk spänningar, som skulle försämras ytterligare genom en tvåstegsprocess MA för att förbättra nanopores’ periodicitet28 ,29. Således, hård anodisering (HA) tekniker föreslogs som alternativ av MA genom att tillämpa högre anodisk spänningar (oxalsyra/sulfuric syra elektrolyt) eller använder mer koncentrerad elektrolyt (fosforsyra)30,31, 32,33,34,35,36,37,38,39,40. HA visar processer tydliga förbättringar av tillväxt samt återkommande arrangemang, medan resulterar AAOs blev mer ömtålig, och tätheten av nanopores reducerad30. Dessutom krävs ett dyra kylsystem för splittras joules uppvärmning orsakas av hög strömtäthet31. Dessa resultat begränsa de eventuella tillämpligheten av AAOs via HA processer.
För att separera en AAO från motsvarande ytan av Al plattan, utnyttjades selektiv kemisk etsning av återstående Al substratet mest i både MA och HA processer med hjälp av giftiga kemikalier, såsom koppar klorid35,39 ,41,42 eller kvicksilver klorid16,17,43,44,45,46, 47 , 48 , 49. dock denna metod inducerar ofördelaktiga biverkningar, t.ex., en längre reaktionstid som är proportionell mot återstående tjockleken på Al, förorening av AAO av tungmetall joner, skadliga restsubstanser till mänskliga kroppen eller naturliga miljöer , och ineffektiv användning av värdefulla resurser. Därför har många försök gjorts för att förverkliga direkt avlossning av en AAO. Även om både katodiskt spänning delaminering50,51 och anodisk spänning puls avlossning7,41,42,52, 53,54,55 presentera en merit som den återstående Al substrat kan återanvändas, den tidigare tekniken tar nästan jämförbar tid med dem i kemisk etsning metoder50. Trots tydlig minskning av handläggningstiden användes skadliga och mycket reaktiva kemikalier, för exempel butandion eller perklorsyra, som du lossar elektrolyter i den senare teknik55, där en ytterligare rengöring på grund av förändrade elektrolyten mellan anodisering och frikoppla förfarandet behövs förfarande. Speciellt, påverka den detaching beteenden och kvaliteten i de fristående AAOs allvarligt tjocklek. När det gäller AAO med relativt tunnare tjocklek, kan den fristående som innehålla sprickor och/eller öppningar.
Alla de ovan angivna experimentella tillvägagångssätten har tillämpats på en ”single-yta” av Al förlagan, exklusive yta skyddar teknisk ändamål och funktionen av konventionell teknik utställningar kritiska begränsningarna av AAO tillverkning När det gäller avkastning samt processibility, som också påverkar de eventuella tillämpligheten av den AAOs56,57.
För att tillgodose de ökande kraven i AAO-relaterade fält när det gäller lättköpt, hög avkastning och gröna teknologiska metoder, som vi tidigare rapporterat på SMSA och direkta lossnar genom SRBs enligt sulfuric56 och oxalsyra57 syra elektrolyten, respektive. Det är ett välkänt faktum att plural AAOs kan bildas på flera ytor av Al substratet nedsänkt i sura elektrolyter. Dock aktivera SRBs, en viktig skillnad av våra metoder, avskildheten av de AAOs från motsvarande flera ytor av Al substratet i samma sura elektrolyten används för de SMSAs indikerar massproduktion, enkelhet och grön tekniska egenskaper. Vi vill påpeka att SRBs-baserade avlossning är en optimal strategi för plural AAOs fabricerade av SMSAs56,57 och även gäller för relativt tunnare tjocklekar AAOs57 jämfört med katodiskt delaminering (dvs, konstant omvänd bias) på singel-ytaf ”> 51. Slutligen en enhet sekvens bestående av de SMSAs sekventiellt kombinerat med SRBs-baserade avlossning kan appliceras upprepade gånger till samma Al substratet, undvika komplicerade förfaranden och giftiga/reaktiva kemikalier, vilket förstärker fördelarna med våra strategier och även garanterar effektiv användning av naturresurser.
I detta papper visat vi framgångsrikt en lättköpt, hög avkastning och miljömässigt ren metod att fabricera nanoporösa AAOs genom SMSA och SRBs-avlossning, som kan upprepas på samma Al substratet för att avsevärt förbättra mass-producibility som liksom användbarheten av begränsad naturresurs. Som visas i flödesschemat i figur 1a, är vår AAO fabricera strategi baserad på den konventionella two-step anodisering, som ändrades på flera ytor situationen. Enskilda förfaranden f…
The authors have nothing to disclose.
Författarna har något att avslöja.
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 |