Специфика формирования нанопор оксида алюминия
Особенности формирования нанопористого оксида алюминия от стадии зарождения до упорядоченной структуры. Характеристика структурных свойств оксидной пленки. Рассмотрение проблем взаимосвязи между условиями формирования оксида алюминия и размерами нанопор.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.03.2019 |
| Размер файла | 153,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
1
Специфика формирования нанопор оксида алюминия
В статье рассмотрен процесс формирования нанопористого оксида алюминия от стадии зарождения до упорядоченной структуры. Исследованы структурные свойства оксидной плёнки. Затрагивается проблема взаимосвязи между условиями формирования оксида алюминия и размерами нанопор.
Одним из перспективных направлений современной нанотехнологии является создание упорядоченной структуры нанопористого оксида алюминия, который эффективно используется для целей интегральной микро- и наноэлектроники. В настоящее время ведутся исследования в области разработки технологии формирования, и изучение свойств нанокристаллов, которые лежат в основе электронных устройств. Нанопористый оксид алюминия используется для формирования диэлектрического покрытия (1-150 мкм) алюминиевых оснований, в качестве межэлементной и межуровневой изоляции в многоуровневых системах межсоединений [1, 2]. На его основе разрабатываются датчики влажности, температуры, давления и магнитных полей, а также технология матричных автоэмиссионных катодов [3]. В связи с этим возрастает интерес к установлению закономерностей зарождения и последующего роста нанопористого оксида алюминия с регулярной кристалломорфологией.
Пористый оксид формируется в результате анодирования алюминия в водных растворах серной, щавелевой, фосфорной и хромовой кислоты. В емкость с электролитом помещается алюминий, выполняющий роль анода, и катод, который подключаются к управляемому источнику питания.
В процесс формирования оксидной плёнки можно условно выделить четыре основных этапа.
Во время первого этапа происходит рост плёнки барьерного типа из-за ионной проводимости в сильном электрическом поле и при постоянной напряженности поля. На следующем этапе происходит локальное утолщение пленки, по причине неоднородного распределения напряженности электрического поля по поверхности образца, возникающее в связи с особенностями рельефа и дефектами анодируемой поверхности. Локальное увеличение напряженности поля увеличивает скорость растворения оксида, в результате чего происходит рост диаметра нанопоры. Рост диаметра нанопор продолжается до момента соприкосновения соседних нанопор. Толщина оксида на границе соприкосновения пор начинает превышать толщину барьерного слоя, в связи с этим ионный ток между порами останавливает процесс растворения оксида в этой зоне и в дальнейшем может протекать только на дне поры, что приведет к ее углублению.
В зависимости от условий синтеза, в частности, от используемого электролита, могут образовываться два типа анодных плёнок, представленных на рисунке 1. Барьерный тип пленок может быть получен в не растворяющих оксид электролитах (5 < pH < 7), например, в растворах борной кислоты. Пленки пористого типа образуются в слабо растворяющих электролитах, таких как серная, фосфорная и щавелевая кислоты. Оба типа оксидных пленок алюминия состоят из двух частей: внутреннего и внешнего слоя. Внутренний слой представляет собой чистый оксид алюминия, в то время как внешний содержит примеси различных ионов.
Рисунок 1. Схематическое изображение пленок оксида алюминия
оксидный алюминий пленка
Нанопористая анодная оксидная пленка представляет собой плотноупакованные оксидные ячейки, имеющие форму гексагональных призм, соединенных между собой по боковым граням. Размер ячеек пропорционален напряжению анодирования. Ячейки оксида направлены нормально к поверхности металла и параллельны друг другу. В центре каждой ячейки имеется одна цилиндрическая пора, диаметр которой определяется природой электролита и составом анодируемого сплава. Основанием ячеек служит плотный барьерный слой, примыкающий к металлу и имеющий аналогичную ячеистую структуру.
Химическая реакция, описывающая рост нанопористой анодной пленки, включающая в себя сумму всех отдельных реакций на каждом электроде представлена в уравнением 1:
2Al + 3H2O ==>Al2O3 + 3H2
Анионы кислорода, поступающие из электролита, реагируют с металлом, в результате формируются анионные вакансии на границе алюминий-оксид, а потребляются на границе оксид-электролит:
2Al3++ 3O2- ==>Al2O3+ 6e
Катионы алюминия, двигающиеся от поверхности алюминия через барьерный оксидный слой, реагируют с водой, что приводит к росту пленки на границе оксидэлектролит и образованию катионных вакансий:
2Al3+ + 3H2O==>Al2O3 + 6H+
Полученные вакансии на границе «металл - оксид» ответственны за пробой пассивирующей анодной пленки и за большие локальные потоки катионов через пленку. Стационарная толщина барьерного слоя и логарифм стационарной плотности тока должны изменяться линейно в соответствии с прикладываемым потенциалом анодирования.
В случае растворения алюминия в электролите во время образования пористой пленки, анодные реакции выглядят так:
2Al ==> 2Al3+ + 6e-
В результате реакции на катоде, происходит выделение водорода:
6H+ + 6e- ==> 3H2
Оксидирование алюминия можно проводить в гальваностатическом, потенциостатическом и комбинированных режимах. Существует огромное количество работ [4-6] по экспериментальному установлению зависимости между размерами ячеек нанопористого оксида алюминия и условиями его формирования. Рассмотрение результатов известных работ не позволяет сделать обобщающий выводов о закономерности формирования размеров ячеек в связи с тем, что в этих работах упускается весьма важный аспект, связанный с установлением взаимосвязи между количеством электричества, расходуемым на формирование пористого оксида, и размерами его ячеек.
Список используемой литературы
оксидный алюминий пленка
1.Сокол В.А. Конструктивно-технологические методы создания гибридных микросхем на основе алюминия и его анодных оксидов: Дис. … д-ра техн. Наук. Мн., 1988.
2.Sokol V.A., Kurayev A.A., Sinitsyn A.K., Grinis L.M. // Nanomeeting physics, chemistry and application of nanos-tructures. Minsk, 1999, P.280-286.
3.Thompson G.F., Furnegus R.C., Wood G.C. // Corrosion Science. 1978. Vol.18. P.481-498.
4.Сокол В.А. Особенности роста пористого оксида алюминия // Доклады БГУИР. 2001. Том 1. № 1. С. 75-82.
5.Гаврилов С.А., Белов А. Н. Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники. Учебное пособие. М: «Высшее образование», 2009. 257 с.
6.Мозалев А.М., Мозалева И.И., Позняк А.А. Формирование пористых оксидных пленок в условиях самолокализации ионного тока при гальваностатическом анодировании алюминия в растворах фосфорной кислоты. // Доклады БГУИР. 2006. № 2.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Синтез и морфология плёнок пористого оксида алюминия. Применение пористого оксида алюминия в качестве темплат для синтеза нанонитей или нанотрубок с контролируемым диаметром и геометрической анизотропией. Управляемые матричные автоэмиссионные катоды.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 14.12.2014Анодное оксидирование алюминия и его сплавов. Закономерности анодного поведения алюминия и его сплавов в растворах кислот на начальных стадиях формирования АОП и вторичных процессов, оказывающих влияние на структуру и свойства формирующегося слоя оксида.
автореферат [2,5 M], добавлен 13.03.2009Роль многокомпонентных оксидов в химических процессах как катализаторов. Получение смешанных алюмооксидных носителей. Активация алюминия йодом и сулемой. Механизм гидролиза алкоголята алюминия. Анализ фазового состава модифицированных оксидов алюминия.
курсовая работа [259,2 K], добавлен 02.12.2012Условия и способы перевода ценных компонентов из катализаторов на основе оксида алюминия в раствор. Процессы сорбции и десорбции молибдена и кобальта. Технологическая схема извлечения элементов из катализатора, основанная на выщелачивании серной кислотой.
дипломная работа [698,8 K], добавлен 09.01.2014Свойства и химические характеристики негашеной извести, оксида алюминия, пентаоксида фосфора. Роль в технологии силикатов и фосфорных минеральных удобрений многокомпонентных силико-фосфатных систем. Фосфаты алюминия как новый вид керамических материалов.
контрольная работа [3,7 M], добавлен 22.09.2011Методы получения и характеристика основных свойств сульфата алюминия. Физико-химические характеристики основных стадий в технологической схеме процесса по производству сульфата алюминия. Расчет теплового и материального баланса производства алюминия.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 25.02.2014Технический продукт оксида кальция СаО - негашеная известь. Применение гидроксила кальция в промышленности. Физические и химические свойства оксида алюминия Al2O3 и пентаоксида фосфора. Применение систем СаО-Al2O3, СаО-Р2O5, Аl2O3—Р2O5, СаО-Al2O3-P2O5.
практическая работа [2,5 M], добавлен 12.03.2011Ознакомление с химическими свойствами алюминия, его применение. Рассмотрение буквенно-цифровой и цифровой маркировки алюминиевых сплавов; их деление на деформируемые, литейные, спеченные и гранулируемые. История получения алюминия Гансом Эрстедом.
реферат [43,7 K], добавлен 14.12.2011Понятие и общая характеристика алюминия, его свойства. Особенности электрохимической обработки металлов. Специфика применения анодирования, полирования, эматалирования и травления сплавов и алюминия. Использование исследуемых процессов в полиграфии.
курсовая работа [41,0 K], добавлен 31.05.2013Физико-химическая характеристика алюминия. Методика определения меди (II) йодометрическим методом и алюминия (III) комплексонометрическим методом. Оборудование и реактивы, используемые при этом. Аналитическое определение ионов алюминия (III) и меди (II).
курсовая работа [53,8 K], добавлен 28.07.2009История получения алюминия. Классификация алюминия по степени чистоты и его механические свойства. Основные легирующие элементы в алюминиевых сплавах и их функции. Применение алюминия и его сплавов в промышленности и быту. Алюминий как материал будущего.
реферат [28,6 K], добавлен 24.07.2009Структура и свойства оксида графита. Получение графена из графита, расширенного графита, интеркалированных соединений графита, разворачиванием нанотрубок. Получение графена восстановлением оксида графита. Применение метода Хаммерса и метода Броди.
курсовая работа [922,0 K], добавлен 28.05.2015Нахождение в природе алюминия, который входит в состав около 250 различных минералов. Его физические свойства и современный метод получения. Незаменимость алюминия для конструкций общестроительного назначения из-за легкости и коррозионной стойкости.
презентация [3,2 M], добавлен 06.04.2017Как распространены оксидные соединения в природе. Какие оксиды образуют природные минералы. Химические свойства диоксида углерода, углекислого газа, карбона (II) оксида, красного, магнитного и бурого железняков, оксида хрома (III), оксида кальция.
презентация [1,7 M], добавлен 19.02.2017Сырье, общая технологическая схема производства алюминия. Процесс получения глинозема, описание электролитической технологии получения алюминия. Его очистка и рафинирование. Определение технической топологии ТХС, специфика определения ее параметров.
лекция [308,5 K], добавлен 14.10.2009Получение смешанных алюмооксидных носителей. Состояние комплексов алюминия в спиртовых растворах. Дегидратация бутанола на модифицированных оксидах алюминия. Гидролиз бинарных систем. Исследование каталитической активности. Получение алкоголятов алюминия.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 10.10.2012Алюминий как самый распространенный металл в природе, характеристика физических и химических свойств. Рассмотрение особенностей выявления возможности попадания ионов алюминия в организм через алюминиевую посуду. Знакомство с видами посуды из алюминия.
презентация [5,6 M], добавлен 20.04.2015Химические и физические свойства элементов. Распространённость алюминия в природе, его миграция в природных системах. Историческая геохимия элемента. Геохимия алюминия в экосистемах Вологодской области. Методы определения и удаления из питьевых вод.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 15.07.2014Изучение трехслойного метода электролитического рафинирования алюминия, разработка методики расчета электролизера. Нахождение в природе алюминия и его свойства. Выбор силы и плотности тока. Расчет ошиновки. Электрический и тепловой баланс. Приход тепла.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 20.11.2014Сущность процесса, особенности и стадии оксосинтеза, его катализаторы. Различные реакции с участием оксида углерода. Уравнение гидроформилирования. Механизм гидрокарбалкоксилирования ацетилена. Процессы карбонилирования метанола до уксусной кислоты.
реферат [73,4 K], добавлен 28.01.2009
