Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Синхронный мульти поверхности анодирования и лестниц как обратного смещения отряд анодное оксидов алюминия в серной и щавелевой кислоты электролит

Published: October 5, 2017 doi: 10.3791/56432
Automatic Translation
*1, *1, 2, 1, 1
1School of Advanced Materials Science and Engineering, Sungkyunkwan University, 2Department of Applied Organic Materials Engineering, Inha University
* These authors contributed equally

Summary

Протокол для изготовления нанопористого анодное оксидов алюминия через одновременным участием поверхностей анодирование, следуют лестниц как обратного смещения отряды представлен. Он может быть применен повторно же алюминий субстрат, экспонируется снисходительный, высокоурожайных и экологически чистой стратегии.

Abstract

После представления двухэтапный анодирование, нанопористых анодное Алюминий оксиды (AAOs) широко использовались в универсальный областях фундаментальных наук и промышленного применения вследствие их периодического проведения Нанопоры с относительно высокой Соотношение сторон. Однако методы сообщил до настоящего времени, который может быть только действительны для моно поверхности анодирование, показать критические недостатки, то есть, времени, а также сложные процедуры, требующие токсичных химических веществ и тратить ценные природные ресурсы . В этой статье мы демонстрируем легким, эффективным и экологически чистый метод для изготовления нанопористого AAOs серной и щавелевой кислоты электролитов, которые можно преодолеть ограничения, которые в результате обычных ААО, фабрикуют методы. Во-первых, во множественном числе AAOs производится на один раз через анодирование одновременно нескольких поверхностей (SMSA), указывающее mass-producibility AAOs с сопоставимыми свойствами. Во-вторых эти AAOs может отделяться от субстрата алюминия (Al), применяя лестниц как обратного смещения (РДТТ) в том же электролита используется для SMSAs, подразумевая простоту и зеленый технологические характеристики. Наконец блок последовательность, состоящую из SMSAs, последовательно в сочетании с РДТТ основанные отряд может быть применен повторно же Аль подложкой, которая усиливает преимущества этой стратегии, а также гарантирует эффективное использование природных ресурсов.

Introduction

AAOs, которые были сформированы анодирование Аль субстрат в электролит, вызвали большой интерес в различных фундаментальной науки и промышленности, например, жесткий шаблоны для нанотрубок/нанопроволоки1,2,3 , 4 , 5, энергии хранения устройства6,,78,9, био зондирования10,11, фильтрация приложений12,13 , 14, маски для испарения и/или травления15,16,17и емкостной влажность датчиков18,19,20,21 ,22, ввиду их самостоятельно заказанные ячеистую структуру, высокие пропорции Нанопоры, и улучшенные механические свойства23. Для применения нанопористого AAOs этих различных приложений, они должны быть автономных форм с высокой и загрязнении упорядоченный массив Нанопоры. В этой связи стратегии для получения AAOs необходимо учитывать формирования (анодирование) и разделения (отсоединение) процедур.

В точки зрения формирования ААО мягкий анодирование (далее упоминается как мА) был хорошо установленных под серная, щавелевая и ортофосфорной кислых электролитов23,24,25,26 ,27. Однако Ма процессов выставлены низким урожайность изготовления ААО из-за их медленный темп роста в зависимости от относительно низкой интенсивности анодного напряжения, которое будет далее ухудшаться через Ма двухэтапный процесс повышения периодичности Нанопоры28 ,29. Таким образом жесткий анодирования (HA) методы были предложены в качестве альтернативы мА, применяя выше анодного напряжения (щавелевая/серной кислоты электролит) или с помощью более концентрированной электролита (фосфорная кислота),3031, 32,33,34,,3536,37,,3839,40. ГА процессов показывают различные улучшения темпов роста, а также периодические меры, тогда как результате AAOs становится более хрупким, и плотность Нанопоры были снижение30. Кроме того для рассеивания Джоуля Отопление, вызванные высокой плотности тока31требуется дорогостоящей системы охлаждения. Эти результаты ограничивают потенциальную применимость AAOs через HA процессов.

Для разделения AAO от соответствующей поверхности плиты Аль, выборочного химического травления оставшихся субстрата Аль наиболее широко использовался в мА и HA процессов с использованием токсичных химических веществ, таких как хлористой меди35,39 ,41,42 или ртути хлорид16,17,,4344,45,46, 47 , 48 , 49. Однако, этот метод вызывает неблагоприятные побочные эффекты, например, больше времени реакции пропорционально оставшейся толщине Al, загрязнение ААО, ионов тяжелых металлов, вредных остатков для человеческого тела/природных сред и неэффективное использование ценных ресурсов. Таким образом были предприняты многие попытки реализации прямой отряд AAO. Хотя катодного напряжения расслаивания50,51 и анодное напряжение импульса отряд7,,4142,52, 53,,5455 представить заслуги, что оставшиеся Аль субстрата могут быть повторно использованы, бывший техника занимает почти сопоставимых время с теми в химическое травление методы50. Несмотря на ясное уменьшение времени обработки высокой реакционной способностью и вредных химических веществ, примеры butanedione и/или хлорной кислоты, были использованы в качестве отсоединение электролитов в последнем методы55, где дополнительная уборка процедура необходима из-за меняющегося электролита между процедурой анодирование и отсоединение. Особенно отсоединение поведения и качество отдельностоящий AAOs сильно влияние толщины. В случае ААО относительно тоньше толщиной отдельностоящий один может содержать трещин или отверстий.

Все экспериментальные подходы, перечисленные выше были применены к «сингл поверхность» Аль образца, за исключением поверхности защиты/инженерных целей и эта особенность экспонатов критических ограничений обычных технологий изготовления ААО с точки зрения доходности, а также технологичность, который также влияет на потенциальную применимость AAOs56,57.

Для удовлетворения растущих потребностей в областях, связанных с ААО, с точки зрения снисходительный, высокая урожайность и зеленый технологические подходы, мы ранее сообщали о SMSA и прямой отряд под серная56 и Кислота щавелевая57 через РДТТ электролит, соответственно. Это хорошо известный факт, что множественное AAOs может быть сформирована на несколько поверхностей Аль субстрата, погрузившись в кислых электролитов. Однако РДТТ, ключевое различие наших методов, включить отряд этих AAOs от соответствующих многолетних поверхностей Аль субстрата в же электролит используется для SMSAs, указывающее книгопечатанием, простоты и зеленый технологического характеристики. Мы хотели бы отметить, что СВБ основанные отряд является оптимальной стратегии для множественного AAOs сфабрикованы SMSAs56,57 и даже действительны для сравнительно тонкие толщины AAOs57 по сравнению с катодной расслоению (то есть, постоянным напряжением обратного смещения) на одной поверхностиSubscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

пожалуйста, будьте осведомлены о всех связанных с ним материалов листы данным по безопасности (MSDS) перед началом. Несмотря на эко-характер этого протокола несколько кислот и окисляющие вещества используются в соответствующих процедур. Кроме того, используйте все надлежащие средства личной защиты (лаборатории пальто, перчатки, защитные очки, и т.д.).

1. Приготовление раствора

Примечание: после полную герметичность раствор, содержащий судна, энергичные магнитная перемешивании был применен ко всем решениям при комнатной температуре в достаточно времени.

  1. Приготовления раствора хлорной кислоты
    1. смешать с 400 мл абсолютного этанола (C 2 H 5 OH, 100%) в соотношении 1 до 4 объем 100 мл хлорной кислоты (HClO 4, 60%).
  2. Приготовления раствора метахромовой кислоты
    1. растворяют в воде 479.7 мл деионизированная (д.и.) 9.0 g метахромовой окиси (CrO 3) и 20.3 mL фосфорной кислоты (H 3 PO 4, 85%) (CrO 3: H 3 PO 4 = 0,18 M:0.56 M).
  3. Подготовка серной кислоты электролит
    1. Mix 16.2 мл серной кислоты (H 2 т 4, 98%) в воде д.и. 983.8 мл, что приводит к молярной концентрации 0,3 м.
  4. Подготовка щавелевой кислоты электролит
    1. растворяют 27.012 g безводного щавелевой кислоты (C 2 H 2 O 4) в 1 Л воды д.и. результате молярной концентрации 0,3 м.

2. Предварительная обработка субстрата Аль

  1. Образец обработки Аль
    1. Вырезать очищенный Аль образца (> 99,99% чистой) в форму прямоугольного параллелепипеда (ширина x высота x толщина = 20,0 мм x 50.0 x 1,0 мм) с прямыми углами между всеми прилегающие поверхности, которые называют " субстрата " далее.
    2. Польская мульти поверхности субстрата Аль механически с помощью наждачной бумаги с правильное обозначение зернистости ISO/FEPA номер больше, чем P1000.
      Примечание: Дополнительную информацию для получения более подробной информации см.
  2. Одновременное электрополировка на многих поверхностях субстрата Аль
    1. Pour приблизительно 350 мл этанола раствор хлорной кислоты в стакан Двухместный пиджак с максимальной способностью 600 мл. Затем, погрузить в раствор хлорной кислоты четыре пятых Аль субстрата.
    2. Набор, температура раствора хлорной кислоты на 7 ± 0,1 ° C термостат с помощью подключенного к двойной куртка стакан.
    3. Чистые, Al подложке через ultrasonication в ацетон для 30-40 мин и полоскания с помощью ацетона и D.I воды несколько раз для удаления органических остатков на поверхности субстрата Аль.
    4. Сухой субстрат Аль, используя пистолет воздуха или азота (N 2) газ удар для ликвидации остаточных растворителей.
      Примечание: Естественная сушка при атмосферных условиях не быть рекомендуется потому что растворителя следы отрицательно сказываться последствия электрополировка.
    5. Подключите Аль субстрата рабочих электродом (W.E.) к порту положительный (+) и платины (Pt) провода счетчика электрода (н.э.) к порту отрицательной (-) программируемый источник питания постоянного тока, используя крокодил. Al подложке и Pt провода должно быть параллельно друг другу (см. Рисунок S2).
    6. Применить вперед смещения +20.0 V Аль W.E. отношении Pt C.E. для 2-4 минут в среднем. В зависимости от состояния поверхности, например загрязнения или шероховатости применяя время может поддерживаться до 5 минут проверить все поверхности погружен в раствор, чтобы проверить ли остатков на поверхности шелушиться и сползают вниз в раствор. Во время этого шага, магнитные перемешивания не рекомендуется, поскольку осмотра трудно при помешивании, и поток решения могут повлиять на эффект электрополировка.
      Примечание: Сделать не electropolish для более чем 5 мин, который может ухудшиться поверхности.
      Вариант: Запись текущего времени (I-t) характеристики поведения через интерфейс ПК полезно для мониторинга электрополировка процедуры, включая аномальные очков, если они существуют.
    7. Прекращение применения предвзятости и отсоедините крокодил. Подберите Аль субстрата и Pt электрода тщательно из электрополировка решения. Затем удалите остаточного решения на поверхности субстрата Аль, использование этанола (95%) и D.I воды несколько раз. Если Электролитическая полировка осуществляется должным образом, могут быть определены зеркальной готовой поверхности субстрата Аль (см. Рисунок S1 и S3 фигура).
    8. Хранить до следующей процедуры для сведения к минимуму окисление поверхности электрополированной Аль субстрата в этаноле (95%).

3. Массовое производство AAOs под щавелевой кислоты электролит

Примечание: для AAOs с дальней расположением Нанопоры ' периодичности, двухэтапная процедура SMSAs были использованы, в которой периодически текстурированной поверхности мульти Аль были получение через pre-SMSA, и затем, главное SMSA был проведен для изготовления высокой квалификации AAOs. Повторяющихся применение единица последовательности можно сохранить производство во множественном числе и почти идентичны AAOs до тех пор, пока остается Аль субстрата. " n " обозначает количество прикладных последовательности.

  1. n й Pre-SMSA
    1. Pour приблизительно 650 мл водного раствора щавелевой кислоты с молярной концентрацией 0,3 М в стакан Двухместный пиджак с максимальной возможности 1,0 л Затем погрузите примерно три четверти Аль субстрата в раствор щавелевой кислоты.
    2. Набор температуры электролита щавелевая кислота 15 ± 0,1 ° C помощью термостат подключен к двойной куртка стакан.
    3. Подобрать электрополированной Аль субстрат из этанола и удаление остаточного растворителя, с помощью пневмопистолет или N 2 газ удар.
    4. Подключите электрополированной Al подложке W.E. (+) и Pt провод к мгновению (-) программируемый источник питания постоянного тока с помощью Аллигатор клип. Al подложке и Pt провода должно быть параллельно друг другу. Затем погрузите электрополированной часть Аль субстрата в щавелевой кислоты электролит.
      Примечание: Убедитесь, что между верхней части электролит и нижней части Аллигатор клип, подключенных к Аль субстрата, в противном случае серьезные коррозии происходит в Аллигатор клип связанные позиции существует достаточно места (например, приблизительно 1 см).
    5. Применять анодное предвзятости +40.0 V W.E. отношении C.E. для более чем 1-2 ч при умеренной магнитной перемешивания 100-150 об/мин для поддержания температуры электролита.
      Примечание: Если время Pre-SMSA является слишком коротким, мульти поверхности субстрата Аль будет не быть текстурированные правильно.
      Вариант: Запись я-t характеристики поведения через интерфейс ПК является полезным для понимания типичных поведений в SMSA.
    6. Остановка, применения в анодных смещения afОтделочные pre-SMSA, тер и отсоедините крокодил. Возьмите образец тщательно из электролит и промойте pre-SMSAed Al подложке с помощью ацетона и D.I водой несколько раз.
  2. n й Pre-AAOs травления
    1. установить температуру водный раствор хромовой кислоты на 60-65 ° C.
    2. Аль погрузиться pre-SMSAed субстрата в хромовой кислоты раствор для 1-2 ч для удаления pre-AAOs на Al подложке.
    3. Промыть pre-AAOs удалены Аль субстрат с ацетоном и д.и. водой несколько раз. Измерьте сопротивление Аль субстрат для подтверждения ли pre-AAOs были полностью удалены на поверхности. Если нет, повторите процедуру травления снова (шаг 3.2.2).
  3. n й Main-SMSA
    1. заново установить все экспериментальных условий и соединения, которые используются в шаге 3.1.
      Примечание: Следует отметить, что щавелевой кислоты электролит может быть использован в нескольких последовательностей, и это не влияет на качества Главная AAOs. Однако, для количественных сопоставлениях, рекомендуется что электролит используется в одной всей последовательности и затем обменялись с одним свежим.
    2. Применять анодное предвзятости +40.0 V W.E. отношении C.E.; применение время могут варьируется в зависимости от желательной толщины AAO. ААО прирост составил около 8,0 и 7,5 мкм/ч на передней и обратно поверхности субстрата Аль электролита при температуре 15 ° c, соответственно (см. ссылку 57 для получения более подробной информации).
  4. n й СВБ отряд
    1. остановить применение анодной предвзятости и помешивая после окончания основной SMSA и Подключите главный SMSAed Al подложке до н.э. (-) и Pt провод к W.E. (+) программируемый контроллер блок питания путем переключения каждый Аллигатор клип.
    2. Применять РДТТ и осмотрите типичный восходящей эффекты вдоль края мульти Аль субстрата, покрытые главного AAOs. Подробности состояния РДТТ, такие как интенсивность начала РБ, количество лестницы и продолжительность каждой лестницы, тесно связана с толщиной главного AAOs. Для главного AAOs толще, чем 60 мкм лестницы в ТТУ находилось под контролем от -21 V -24 V с дискретностью 1 V и без временной интервал между смежными лестница. Продолжительность -21 V -22 V и -23 V было зафиксировано в 10 мин, и окончательной лестничный -24 V сохранялся до отсоединение процедура завершена (см. ссылку 57 для получения более подробной информации, включая случай тоньше AAOs).
      Примечание: Настоятельно рекомендуется для начинающих использовать ПК интерфейсом управления ТТУ и записать, я-t кривые во время этой процедуры.
    3. Бросить применения РДТТ после окончания отряда и отключить крокодил. Возьмите образец тщательно из электролит и промойте их тщательно с ацетоном и D.I водой достаточное количество раз.
    4. Отдельные каждый AAO от соответствующего Аль поверхности полностью. Сразу после шага 3.4.3, верхние части отдельностоящий AAOs все еще подключены к Аль субстрат, который должен быть вручную сломанной.
  5. n й остаточного алюминия травления
    1. установить температуру раствора метахромовой кислоты на 60-65 ° C и погружать отдельностоящий AAOs Аль субстрат для около 30 минут для ликвидации остаточных глинозема.
    2. Подобрать травлению Аль субстрата и полоскания с ацетоном и д.и. вода в несколько раз. Измерьте сопротивление для подтверждения полного удаления остаточного алюминия. Если нет, повторите шаг 3.5.2.
  6. й последовательность n + 1
    1. перейдите к шагу 3.1 и повторите всю последовательность, с использованием остаточного субстрата Аль глинозема травленная.

4. Массовое производство AAOs под сернокислотный электролит

Примечание: В этом разделе указаны явно разные условия от тех на шаге 3.

  1. n й Pre-SMSA
    1. Pour приблизительно 650 мл водного раствора серной кислоты (0,3 М) в стакан Двухместный пиджак с максимальной возможности 1,0 л Затем, около трех четвертей Аль субстрата погружен в раствор серной кислоты.
    2. Установите температуру электролита на 0 ± 0,1 ° C.
    3. Удаление остаточного растворителя на электрополированной Al подложке с помощью пневмопистолет или N 2 газ удар и подключить Аль субстрат для программируемый источник питания постоянного тока с помощью крокодил (см. шаг 3.1.4)
    4. Применить анодное предвзятости +25.0 V для W.E. отношении C.E. для более чем 1-2 ч при умеренной магнитной перемешивания (100-150 об/мин).
    5. Выйти применение анодной предвзятости после окончания pre-SMSA и отключить крокодил. Подобрать и промойте pre-SMSAed Al подложке с помощью ацетона и D.I водой несколько раз.
      Примечание: для n й Pre-AAOs травления, обратитесь к шагу 3.2.
  2. n й Main-SMSA
    1. заново установить все экспериментальных условий и соединения, которые используются в шаге 4.1.
    2. Применять же анодное предвзятости. Применяя время могут варьируется в зависимости от желательной толщины AAO. ААО прирост составил около 5,3 мкм/ч (см. ссылку 56 для получения более подробной информации).
  3. n й СВБ отряд
    1. бросить применение анодной предвзятости и помешивая после окончания основной SMSA и Подключите главный SMSAed Al подложке до н.э. (-) и Pt провод к W.E. (+) программируемый питания постоянного тока Поставка путем переключения каждый Аллигатор клип.
      2. ТТУ
    2. Применить и осмотреть типичный восходящей эффекты вдоль края мульти образца. Лестницы в ТТУ контролировался от-15 ° V для V -17 с дискретностью 1 V и без временной интервал между смежными лестница. Продолжительность -15 V и -16 V было зафиксировано в 10 мин, и окончательной лестничный -17 V сохранялся до отсоединение процедура завершена.
      Примечание: На основе более хрупкий характер AAOs сфабрикованы под сернокислотный электролит, текущий уровень резко увеличилась на отсоединение моменты сопровождаются заметным щелкающие звуки.
    3. Бросить применения РДТТ после окончания отряда и отключить крокодил. Возьмите образец тщательно из электролит и тщательно промойте с ацетоном и D.I водой достаточное количество раз.
    4. Отдельные каждый AAO от поверхности соответствующего Аль механически разбивая верхней части как отдельный AAOs.
      Примечание: Для n й остаточного алюминия травления обратитесь к шагу 3.5.
  4. й последовательность n + 1
    1. перейдите к шагу 4.1 и повторите всю последовательность, с использованием остаточного субстрата Аль глинозема травленная.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Блок-схема nй ААО фабрикуют последовательность, состоящую главным образом из двухэтапный SMSAs, СВБ отряд и связанных с ними химическое травление был представлен схематически на рисунке 1a. Каждый врезные показывают изображения сканирующего электронного микроскопа (SEM) соответствующей поверхности морфологии на каждой отдельной процедуры и фотография, сделанная сразу же после СВБ отряд. Схематическое изображение после всего 5й повторение последовательности блока выставлены преимущества SMSA и стратегий на основе РДТТ (рис. 1b). я-t кривые пред и главное SMSAs до 5й последовательности были сопоставлены в Рисунок 2a и 2b рисунок, соответственно. Сравнение, я-t кривые от каждой отсоединение РДТТ процедуры указаны в Рисунок 2 c. Фотография и соответствующие изображения SEM главного AAOs полученные от передней и задней поверхностей под щавелевая и серной кислоты электролитов представлены на рисунке 3 и рис. 4, соответственно.

Figure 1
Рисунок 1 :  n th Процедуры изготовления AAOs (n = 1, 2, 3...). () схема схема, включая соответствующие изображения SEM в nй AAOs фабрикуют последовательность: (i) нетронутой Al подложке, (ii) электро, полировка, (iii) nй pre-SMSA, (iv) nй pre-AAOs травления, главныйth (v) n-SMSA, (vi) nй СВБ отсоединение, (vii) nй остаточного алюминия травления. Подразделение последовательность была изображена с помощью пунктирной голубой ящик. (b) схемы иллюстрации, показывающие, что множественное AAOs с равными размерами соответствующих поверхностей успешно были получены от нескольких поверхностей одной пластине Аль через 5й повторяющихся приложений группа последовательности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2 : Своеобразное поведение во время двухэтапный SMSAs и РДТТ отряды AAOs под щавелевой кислоты электролит на 15 ° с. T характерных кривых () предварительно и (b) главное SMSAs от 1st 5й последовательностей, соответственно. - t (c) кривые отсоединение РДТТ процедур от 1st 5й последовательностей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3 : Фотография оставшихся Аль субстрата и главное AAOs после 5 th повторяющиеся приложения единица последовательности под щавелевой кислоты электролит. AAOs полученные от передней и задней поверхностей отличались пунктирной красной и голубой коробки, соответственно. Вставки: Открытыми порами и барьер стороне SEM изображения соответствующего 1st к 5-й основной AAOs. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4 : Фотография оставшихся Аль субстрата и главное AAOs после 5-й повторяющиеся приложения единица последовательности под сернокислотный электролит. AAOs полученные от передней и задней поверхностей отличались пунктирной красной и голубой коробки, соответственно. Вставки: Открытыми порами и барьер стороне SEM изображения соответствующего 1st к 5-й основной AAOs. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Дополнительная информация: Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В этой статье мы успешно продемонстрировали снисходительный, высокая урожайность и экологически чистый метод для изготовления нанопористого AAOs через SMSA и РДТТ отряд, который может повторяться до же Al подложке для значительно повышения mass-producibility как а также удобство использования ограниченных природных ресурсов. Как показано в диаграмме на рисунке1а, наши ААО изготовления стратегия основана на обычных двухэтапный анодирование, который был изменен на нескольких поверхностей ситуации. Отдельные процедуры функционировала хорошо независимо от других поверхностей, потому что электрических полей в Электролитическая полировка и двухэтапный SMSAs процедуры были сформированы в нормальной направлениях на многих поверхностях, где происходит электрохимической реакции одновременно. В этой точки зрения позиция каждой поверхности и соответствующие ААО будет определяться отношении счетчика электрода, как показано на рисунке 1b; например, «Фронт» назначить поверхность перед Pt счетчика электрода и так далее.

Нетронутые Al подложке показал грубее поверхности вследствие механического полирования, которые после процедуры электрополировка стал намного более гладким. Каждая поверхность из электрополированной Al подложке выглядел как зеркало в macroscale, однако, она была покрыта неравномерно распределенных наноразмерных подбарабанья как показано на врезные (ii) на рисунке 1a. Таким образом не только каждый очистки, но также сушки лечения также очень важны, ввиду тот факт, что растворитель следы могут существенно повлиять на поверхности морфологии в процедурах после Электролитическая полировка. Как только ухудшилось, поверхностей никогда не оправился и постоянно бедных морфологии. В этой связи чрезмерное электрополировка лечение не будет хорошо либо. Если время электрополировка слишком долго, периодически устраивается волнистые долины были сформированы на весь аль поверхностях, которые могут увеличить прочность сцепления между AAOs и Аль. Последовательность блок изображен пунктирной голубой ящик, показан на рисунке 1a состоит из nй pre-SMSA, n-й pre-AAOs травления, nй главного SMSA nй СВБ отряд и n й остаточного алюминия травления, где n — число прикладных последовательности (n = 1, 2, 3,...).

Рисунок 2 сравнивает - t кривые предварительное/Главная SMSA и РДТТ отряд из 1st 5й последовательностей. В обоих SMSAs текущий уровень постепенно уменьшается с увеличением времени применения. Эти характерные черты наблюдались только в нескольких поверхностей ситуации, приписывая постепенное сокращение общей площади анодирование, а также накопление механических напряжений вследствие вязкого течения23,58 и объем расширение23,59,60,,6162 во время одновременного формирования множественного AAOs56,57. Предыдущие доклады по этим SMSA и РДТТ отряд предложил стресс выпущенный прямой отсоединение механизм, который может быть оптимизирован посредством надлежащих условий РДТТ для сравнительно тонкие толщина ААО (см. ссылку57 для более подробно).

Интуитивно понятный схематическая иллюстрация, подразумевающее массивные продуктивность успешно реализованы на рисунке 3 и Рисунок 4 экспонируется результаты о всего 5тыс раз итераций единица последовательности под щавелевая и серной кислоты электролит, соответственно. Каждая фотография ясно показывает, что все AAOs, имея точный равные размеры для тех соответствующих фронта и обратно поверхности (см. Дополнительную информацию для AAOs отделен от сторон и нижней поверхностей). Барьер стороне SEM изображения всех последовательностей показывают, что плоскости спайности под барьер оксидов в обоих кислых электролитов, которые имеют аналогичные результаты о катодной расслоение сравнительно толстые ААО на моно поверхности50, 51. как альтернативный подход для получения ААО структурами через отверстие (т.е., без барьера оксид), анодное напряжение импульса отряд с помощью другой отсоединение электролита7,41, 42,52,53,,5455 или два слоя анодирование включения нормального AAO в жертвенных один изготовленный из электролит чрезвычайно высокий концентрация (12,0 М)63 могут быть приняты во внимание.

SMSA и стратегия на основе РДТТ, как представляется, обладают кислоты тип независимый характер, таким образом, ее различные преимущества и сильные стороны стоит расширение в фосфорной кислоты электролит и/или HA условие, которое обогатит потенциалов нанопористого AAOs к более разнообразных применений.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Это исследование было поддержано в Национальный фонд исследований Кореи (NRF) Грант, финансируемых правительством Кореи (MSIP) (№ 2016R1C1B1016344 и 2016R1E1A2915664).

Acknowledgments

Авторы не имеют ничего сообщать.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hong, Y. K., et al. Tuning and enhancing photoluminescence of light-emitting polymer nanotubes through electron-beam irradiation. Adv. Funct. Mater. 19 (4), 567-572 (2009).
  2. Hong, Y. K., et al. Fine Characteristics Tailoring of Organic and Inorganic Nanowires Using Focused Electron-Beam Irradiation. Angew. Chem. Int. Ed. 50 (16), 3734-3738 (2011).
  3. Lee, J. H., et al. Iron-gold barcode nanowires. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (20), 3663-3667 (2007).
  4. Qin, L., Banholzer, M. J., Millstone, J. E., Mirkin, C. A. Nanodisk codes. Nano Lett. 7 (12), 3849-3853 (2007).
  5. Park, D. H., Kim, M. S., Joo, J. Hybrid nanostructures using π-conjugated polymers and nanoscale metals: synthesis, characteristics, and optoelectronic applications. Chem. Soc. Rev. 39 (7), 2439-2452 (2010).
  6. Ahn, Y. K., et al. Enhanced electrochemical capabilities of lithium ion batteries by structurally ideal AAO separator. J. Mater. Chem. A. 3 (20), 10715-10719 (2015).
  7. Chen, J., Wang, S., Ding, L., Jiang, Y., Wang, H. Performance of through-hole anodic aluminum oxide membrane as a separator for lithium-ion battery. J. Membr. Sci. 461, 22-27 (2014).
  8. Gao, Y., et al. Three-dimensional nanotube electrode arrays for hierarchical tubular structured high-performance pseudocapacitors. Nanoscale. 8 (27), 13280-13287 (2016).
  9. Hu, J., et al. Dual-template ordered mesoporous carbon/Fe2O3 nanowires as lithium-ion battery anodes. Nanoscale. 8 (26), 12958-12969 (2016).
  10. Kim, K., et al. Externally controlled drug release using a gold nanorod contained composite membrane. Nanoscale. 8 (23), 11949-11955 (2016).
  11. Poplausks, R., et al. Electrochemically etched sharp aluminium probes with nanoporous aluminium oxide coatings: Demonstration of addressed DNA delivery. RSC Adv. 4 (89), 48480-48485 (2014).
  12. Chen, X., Qiu, M., Ding, H., Fu, K., Fan, Y. A reduced graphene oxide nanofiltration membrane intercalated by well-dispersed carbon nanotubes for drinking water purification. Nanoscale. 8 (10), 5696-5705 (2016).
  13. Dervin, S., Dionysiou, D. D., Pillai, S. C. 2D nanostructures for water purification: graphene and beyond. Nanoscale. 8 (33), 15115-15131 (2016).
  14. Han, K., Heng, L., Wen, L., Jiang, L. Biomimetic heterogeneous multiple ion channels: a honeycomb structure composite film generated by breath figures. Nanoscale. 8 (24), 12318-12323 (2016).
  15. Kim, J., Kim, Y. H., Choi, S. H., Lee, W. Curved Silicon Nanowires with Ribbon-like Cross Sections by Metal-Assisted Chemical Etching. ACS Nano. 5 (6), 5242-5248 (2011).
  16. Zeng, Z., et al. Fabrication of Graphene Nanomesh by Using an Anodic Aluminum Oxide Membrane as a Template. Adv. Mater. 24 (30), 4138-4142 (2012).
  17. Lim, N., et al. A tunable sub-100 nm silicon nanopore array with an AAO membrane mask: reducing unwanted surface etching by introducing a PMMA interlayer. Nanoscale. 7 (32), 13489-13494 (2015).
  18. Zhang, J., Liu, X., Neri, G., Pinna, N. Nanostructured Materials for Room-Temperature Gas Sensors. Adv. Mater. 28 (5), 795-831 (2016).
  19. Blank, T. A., Eksperiandova, L. P., Belikov, K. N. Recent trends of ceramic humidity sensors development: A review. Sens. Actuators B. 228, 416-442 (2016).
  20. Kim, Y., et al. Capacitive humidity sensor design based on anodic aluminum oxide. Sens. Actuators B. 141 (2), 441-446 (2009).
  21. Mahboob, M. R., Zargar, Z. H., Islam, T. A sensitive and highly linear capacitive thin film sensor for trace moisture measurement in gases. Sens. Actuators B. 228, 658-664 (2016).
  22. Sharma, K., Islam, S. S. Optimization of porous anodic alumina nanostructure for ultra high sensitive humidity sensor. Sens. Actuators B. 237, 443-451 (2016).
  23. Lee, W., Park , S. J. Porous Anodic Aluminum Oxide: Anodization and Templated Synthesis of Functional Nanostructures. Chem. Rev. 114 (15), 7487-7556 (2014).
  24. Keller, F., Hunter, M., Robinson, D. Structural features of oxide coatings on aluminum. J. Electrochem. Soc. 100 (9), 411-419 (1953).
  25. Diggle, J. W., Downie, T. C., Goulding, C. W. Anodic oxide films on aluminum. Chem. Rev. 69 (3), 365-405 (1969).
  26. O'Sullivan, J. P., Wood, G. C. The Morphology and Mechanism of Formation of Porous Anodic Films on Aluminium. Proc. R. Soc. London A. 317 (1531), 511-543 (1970).
  27. Thompson, G. E., Wood, G. C. Porous anodic film formation on aluminium. Nature. 290 (5803), 230-232 (1981).
  28. Masuda, H., Fukuda, K. Ordered Metal Nanohole Arrays Made by a Two-Step Replication of Honeycomb Structures of Anodic Alumina. Science. 268 (5216), 1466-1468 (1995).
  29. Masuda, H., Satoh, M. Fabrication of Gold Nanodot Array Using Anodic Porous Alumina as an Evaporation Mask. Jpn. J. Appl. Phys. 35 (1B), L126-L129 (1996).
  30. Chu, S. Z., Wada, K., Inoue, S., Isogai, M., Yasumori, A. Fabrication of Ideally Ordered Nanoporous Alumina Films and Integrated Alumina Nanotubule Arrays by High-Field Anodization. Adv. Mater. 17 (17), 2115-2119 (2005).
  31. Lee, W., Ji, R., Gösele, U., Nielsch, K. Fast fabrication of long-range ordered porous alumina membranes by hard anodization. Nature Mater. 5 (9), 741-747 (2006).
  32. Li, Y., Zheng, M., Ma, L., Shen, W. Fabrication of highly ordered nanoporous alumina films by stable high-field anodization. Nanotechnology. 17 (20), 5101-5105 (2006).
  33. Li, Y. B., Zheng, M. J., MA, L. High-speed growth and photoluminescence of porous anodic alumina films with controllable interpore distances over a large range. Appl. Phys. Lett. 91 (7), 073109 (2007).
  34. Lee, W., et al. Structural engineering of nanoporous anodic aluminium oxide by pulse anodization of aluminium. Nature Nanotech. 3 (4), 234-239 (2008).
  35. Li, Y., Ling, Z. Y., Chen, S. S., Wang, J. C. Fabrication of novel porous anodic alumina membranes by two-step hard anodization. Nanotechnology. 19 (22), 225604 (2008).
  36. Schwirn, K., et al. Self-Ordered Anodic Aluminum Oxide Formed by H2SO4 Hard Anodization. ACS Nano. 2 (2), 302-310 (2008).
  37. Yao, Z., Zheng, M., MA, L., Shen, W. The fabrication of ordered nanoporous metal films based on high field anodic alumina and their selected transmission enhancement. Nanotechnology. 19 (46), 465705 (2008).
  38. Lee, W., Kim, J. C., Cösele, U. Spontaneous Current Oscillations during Hard Anodization of Aluminum under Potentiostatic Conditions. Adv. Funct. Mater. 20 (1), 21-27 (2010).
  39. Yi, L., Zhiyuan, L., Shuoshuo, C., Xing, H., Xinhua , H. Novel AAO films and hollow nanostructures fabricated by ultra-high voltage hard anodization. Chem. Commun. 46 (2), 309-311 (2010).
  40. Kim, M., Ha, Y. C., Nguyen, T. N., Choi, H. Y., Kim, D. Extended self-ordering regime in hard anodization and its application to make asymmetric AAO membranes for large pitch-distance nanostructures. Nanotechnology. 24 (50), 505304 (2013).
  41. Chen, W., Wu, J. S., Yuan, J. H., Xia, X. H., Lin, X. H. An environment-friendly electrochemical detachment method for porous anodic alumina. J. Electroanal. Chem. 600 (2), 257-264 (2007).
  42. Gao, L., Wang, P., Wu, X., Yang, S., Song, X. A new method detaching porous anodic alumina films from aluminum substrates. J. Electroceram. 21 (1-4 SPEC), 791-794 (2008).
  43. Asoh, H., Nishio, K., Nakao, M., Tamamura, T., Masuda, H. Conditions for Fabrication of Ideally Ordered Anodic Porous Alumina Using Pretextured Al. J. Electrochem. Soc. 148 (4), B152-B156 (2001).
  44. Wu, M. T., Hon Leu, I. C., H, M. Effect of polishing pretreatment on the fabrication of ordered nanopore arrays on aluminum foils by anodization. J. Vac. Sci. Technol., B. 20 (3), 776-782 (2002).
  45. Asoh, H., Ono, S., Hirose, T., Nakao, M., Masuda, H. Growth of anodic porous alumina with square cells. Electrochim. Acta. 48 (20-22), 3171-3174 (2003).
  46. Masuda, H., et al. Ordered Mosaic Nanocomposites in Anodic Porous Alumina. Adv. Mater. 15 (2), 161-164 (2003).
  47. Chu, S. Z., et al. Large-Scale Fabrication of Ordered Nanoporous Alumina Films with Arbitrary Pore Intervals by Critical-Potential Anodization. J. Electrochem. Soc. 153 (9), B384-B391 (2006).
  48. Byun, J., Lee, J. I., Kwon, S., Jeon, G., Kim, J. K. Highly Ordered Nanoporous Alumina on Conducting Substrates with Adhesion Enhanced by Surface Modification: Universal Templates for Ultrahigh-Density Arrays of Nanorods. Adv. Mater. 22 (18), 2028-2032 (2010).
  49. Gong, J., Butler, W. H., Zangari, G. Tailoring morphology in free-standing anodic aluminium oxide: Control of barrier layer opening down to the sub-10 nm diameter. Nanoscale. 2 (5), 778-785 (2010).
  50. Schneider, J. J., Engstler, J., Budna, K. P., Teichert, C., Franzka, S. Freestanding, highly flexible, large area, nanoporous alumina membranes with complete through-hole pore morphology. Eur. J. Inorg. Chem. 2005 (12), 2352-2359 (2005).
  51. Choudhary, E., Szalai, V. Two-step cycle for producing multiple anodic aluminum oxide (AAO) films with increasing long-range order. RSC Adv. 6 (72), 67992-67996 (2016).
  52. Yuan, J. H., He, F. Y., Sun, D. C., Xia, X. H. A Simple Method for Preparation of Through-Hole Porous Anodic Alumina Membrane. Chem. Mater. 16 (10), 1841-1844 (2004).
  53. Yuan, J. H., Chen, W., Hui, R. J., Hu, Y. L., Xia, X. H. Mechanism of one-step voltage pulse detachment of porous anodic alumina membranes. Electrochim. Acta. 51 (22), 4589-4595 (2006).
  54. Zhao, S., Chan, K., Yelon, A., Veres, T. Preparation of open-through anodized aluminium oxide films with a clean method. Nanotechnology. 18 (24), 245304 (2007).
  55. Brudzisz, A., Brzózka, A., Sulka, G. D. Effect of processing parameters on pore opening and mechanism of voltage pulse detachment of nanoporous anodic alumina. Electrochim. Acta. 178, 374-384 (2015).
  56. Hong, Y. K., Kim, B. H., Kim, D. I., Park, D. H., Joo, J. High-yield and environment-minded fabrication of nanoporous anodic aluminum oxide templates. RSC Adv. 5 (34), 26872-26877 (2015).
  57. Jeong, S. H., et al. Massive, eco-friendly, and facile fabrication of multi-functional anodic aluminum oxides: application to nanoporous templates and sensing platforms. RSC Adv. 7 (8), 4518-4530 (2017).
  58. Houser, J. E., Hebert, K. R. The role of viscous flow of oxide in the growth of self-ordered porous anodic alumina films. Nature Mater. 8 (5), 415-420 (2009).
  59. Jessensky, O., Müller, F., Gösele, U. Self-organized formation of hexagonal pore arrays in anodic alumina. Appl. Phys. Lett. 72 (10), 1173-1175 (1998).
  60. Li, F., Zhang, L., Metzger, R. M. On the Growth of Highly Ordered Pores in Anodized Aluminum Oxide. Chem. Mater. 10 (9), 2470-2480 (1998).
  61. Li, A. P., Müller, F., Bimer, A., Nielsch, K., Gösele, U. Hexagonal pore arrays with a 50-420 nm interpore distance formed by self-organization in anodic alumina. J. Appl. Phys. 84 (11), 6023-6026 (1998).
  62. Nielsch, K., Choi, J., Schwirn, K., Wehrspohn, R. B., Gösele, U. Self-ordering Regimes of Porous Alumina: The 10% Porosity Rule. Nano Lett. 2 (7), 677-680 (2002).
  63. Yanagishita, T., Masuda, H. High-Throughput Fabrication Process for Highly Ordered Through-Hole Porous Alumina Membranes Using Two-Layer Anodization. Electrochim. Acta. 184, 80-85 (2015).

Tags

Машиностроение выпуск 128 одновременно нескольких поверхностей анодирования лестниц как обратный предубеждения прямой отряда анодного оксида алюминия массовое производство зеленые технологии
Синхронный мульти поверхности анодирования и лестниц как обратного смещения отряд анодное оксидов алюминия в серной и щавелевой кислоты электролит
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Im, H., Jeong, S. H., Park, D. H.,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter