Анадны аксід алюмінія (AAO) паступова становіцца ключавым матэрыялам у нанатэхналогіях дзякуючы сваім выразным структурным і функцыянальным характарыстыкам. Для дасягнення гэтай мэты ў дадзенай працы разглядаецца канкрэтны матэрыял, вядомы як анадны аксід алюмінія (AAO), вылучаючы метады, якія выкарыстоўваюцца для яго вытворчасці, уключаючы выраб мембран і шаблонаў і падрыхтоўку матэрыялаў з аноднай порыстай нанаплёнкі з аксіду алюмінію. Працэсы анадавання, у прыватнасці, будуць разгледжаны ў дэталях, у спалучэнні з уплывам, што пэўныя параметры аказваюць на форму і ўласцівасці анодных плёнак, утвораных. Акрамя таго, будзе прадстаўлена выкарыстанне ААО ў зандзіраванні, каталізе і пераўтварэнні энергіі, што пацвярджае яго важнасць і ўплыў у вытворчасці новых тэхналогій. Артыкулы яскрава дэманструюць трансфармацыю аноднага аксіду алюмінія і тое, як ён змяніў матэрыялазнаўства.
З чаго менавіта складаецца AAO і як ён ствараецца?
Агляд аноднага аксіду алюмінія
Анодны Аксід алюмінія (AAO) - гэта кіпры аксід алюмінія, які ўтвараецца ў асноўным пасля электрахімічнага працэсу, вядомага як анадаванне. У гэтым выпадку ўтворыцца электрычны канал, дзе металічны алюміній, пакрыты тоўстай матрыцай іёнаў кіслаты, расшчапляецца (акісляецца), і ствараецца нанапорыстая структура матрыцы. Іншыя фактары, якія вызначаюць фарміраванне ААО, ўключаюць тып электраліта, напружанне анадавання і час анадавання, якія вызначаюць памер, колькасць і рэльеф паверхні анодных плёнак.
Працэс анадавання алюмінія
Анадаванне алюмінію - жаданы кантраляваны электрахімічны працэс галоўным чынам з мэтай павышэння даўгавечнасці матэрыялу і павышэння яго ўстойлівасці да карозіі. Працэс анадавання складаецца з апускання алюмініевай падкладкі ў серную або шчаўевую кіслату ў якасці электралітычнай ванны пры прапусканні праз электраліт пастаяннага току. Гэта прыводзіць да адукацыі тоўстага пласта аксіду алюмінія на паверхні алюмініевага корпуса. Такія фактары, як канцэнтрацыя электраліта, тэмпература і шчыльнасць току, з'яўляюцца важнымі параметрамі, якія вызначаюць ўласцівасці ўтворанай аноднай плёнкі. Аднак гэты працэс можна спрасціць на тры асноўныя этапы: першае акісленне, адукацыя пор і паспяванне пор. Першая стадыя акіслення - гэта адукацыя аксіднай плёнкі, якая дзейнічае як бар'ер для далейшага акіслення. Пасля гэтага надыходзіць сітуацыя, калі пры аптымальных умовах пары пачынаюць развівацца і распаўсюджвацца на алюмініевую падкладку. Нарэшце, відаць, што пары развіваюцца, павялічваючыся ў дыяметры і колькасці ў залежнасці ад параметраў, якія былі зададзены для працэсу анадавання, неабходных для фарміравання эфектыўных анодных мембран з аксіду алюмінія. Канчатковым прадуктам, які дасягаецца з дапамогай гэтай працэдуры, з'яўляецца фарміраванне такой кіпрай структуры, што яе можна фактычна выкарыстоўваць для розных мэтаў, такіх як сінтэз нанаструктур і мадыфікацыя паверхні.
Функцыя аноднага алюмінія ў фарміраванні ААТ
Анодны алюміній - гэта падкладка, на якой вырабляецца анодны аксід алюмінія (AAO). Тэхнікай анадавання можна кіраваць такім чынам, каб стварыць пранікальны аксідны пласт пэўнай таўшчыні і структуры пор, што вельмі важна для падрыхтоўкі эфектыўнага порыстага ААО. Некаторыя важныя параметры, такія як тып анадаванага электраліта, напружанне анадавання і тэмпература анадавання, гуляюць вельмі важную ролю пры стварэнні пэўнага памеру пор і размеркавання пор. Сфарміраваны AAO мае памер пор і шчыльнасць, якія можна кантраляваць, што дазваляе ўжываць, уключаючы, але не абмяжоўваючыся імі, фільтрацыю, зандзіраванне і каталіз. Анодны алюміній таксама мае палепшаную паверхню ўласцівасці, якія ўзмацняюць працэс развіцця ААО дзякуючы яго механічнай устойлівасці.
Якія характарыстыкі мембран з аксіду алюмінія?
Вызначэнне структуры пор
Агульная структура пор анодных мембран з аксіду алюмінію (AAO) у асноўным заснавана на іх рэгулярнасці і парадку, параметрах, якія важныя для іх функцыянальнага прымянення. Памеры пор могуць вар'іравацца ад 20 нм да некалькіх мікраметраў у залежнасці ад умоў анадавання. Памер і шчыльнасць пор можна дакладна кантраляваць, змяняючы ўмовы працэсу анадавання, такія як напружанне анадавання, раствор электраліта і тэмпература анадавання, забяспечваючы інструмент для адаптацыі такіх атрыбутаў да канкрэтных патрэб. Форма пор, з пункту гледжання суадносін бакоў і размяшчэння, таксама ўплывае на пранікальнасць і механічныя ўласцівасці мембраны, якія вельмі важныя для прымяненне мэтах у розных галінах тэхнікі.
Уласцівасці порыстых анодных плёнак аксіду алюмінія
Можна вылучыць некалькі унікальных функцый, каб палегчыць іх працу ў дадзенай вобласці прымянення плёнак з порыстага аноднага аксіду алюмінія (AAO). Па-першае, з-за сваёй сітаватасці яны будуць забяспечваць вялікую плошчу паверхні, што павысіць іх узаемадзеянне з рознымі злучэннямі падчас адсорбцыі або каталізу. Па-другое, апоры AAO адрозніваюцца выдатнай хімічнай устойлівасцю і высокай устойлівасцю да карозіі, што робіць іх карыснымі нават у агрэсіўных асяроддзях. У дадатак да гэтага, AAO забяспечвае высокую механічную трываласць і структурную цэласнасць пры высокіх нагрузках. Больш за тое, рэгулюемая структура пор дае атаму спецыфічную пранікальнасць для мембран AAO у тэхналогіях фільтрацыі і падзелу, асабліва ў дачыненні да выкарыстання нанапорістага гліназёму. У любым выпадку гэтыя ўласцівасці робяць порыстыя анадныя мембраны з аксіду алюмінія вельмі карыснымі для распрацоўкі нанаструктураваных матэрыялаў у біятэхналогіі, энергетыцы і экалогіі.
Перавагі нанапорыстага AAO.
Нанапорыстыя анодныя мембраны з аксіду алюмінія (AAO) адрозніваюцца многімі іншымі перавагамі, у тым ліку:
- Наладжвальнасць Памер, шчыльнасць і размяшчэнне пор можна эфектыўна аптымізаваць шляхам змены параметраў анадавання, што робіць іх карыснымі для пэўных мэтаў у тэхналогіях аноднага порыстага гліназёму.
- Высокая пранікальнасць: Спецыфічныя характарыстыкі каркаса пор дазваляюць змяняць сітаватасць як для газаў, так і для вадкасцей, тым самым пашыраючы спектр эфектыўных працэсаў падзелу.
- Палепшаная паверхня Уласцівасці: Сярод розных атрыбутаў нанапорістых мембран AAO іх высокая плошча паверхні, якая спрыяе палепшанай адсорбцыі і каталізу, робіць іх прыдатнымі для выкарыстання ў датчыках і рэагентах.
- Тэрмічная стабільнасць: Шэраг нанапорыстых AAO паказалі выдатную тэрмічную стабільнасць і могуць выкарыстоўвацца пры высокіх тэмпературах без якіх-небудзь пагаршэння.
- Механічная трываласць: Гэтыя мембраны валодаюць добрымі механічнымі ўласцівасцямі, такім чынам, што яны вытрымліваюць высокія механічныя нагрузкі і, такім чынам, падыходзяць для жорсткіх прымянення.
Такім чынам, нанапорысты AAO здольны знайсці прымяненне ў шэрагу абласцей, такіх як нанатэхналогіі, ачыстка навакольнага асяроддзя і распрацоўка новых мембран і тэхналогій порыстага гліназёму.
Як выкарыстоўваць шаблоны AAO?
Некаторыя з варыянтаў выкарыстання шаблонаў AAO
Дзякуючы гнуткасці анодных аксідаў алюмінія (AAO), іх можна сартаваць многімі іншымі спосабамі:
- Нанавытворчасць: Шаблоны AAO уключаны ў падрыхтоўку драцяных нанаправадоў, нанастрыжняў і нанатрубак, якія важныя ў электронных і фатонных прыладах.
- Датчыкі: Такая высокая плошча паверхні, а таксама наладжвальныя структуры пор карысныя для паляпшэння хімічных і біясенсараў.
- Дастаўка лекаў: Пэўны памер пор абмяжоўвае колькасць адзінак масы лекавага сродку, якія могуць патрапіць, што спрыяе прымяненню лекаў у медыцыне.
- Каталіз: Шаблоны AAO таксама выступаюць у якасці носьбітаў каталізатараў, якія павялічваюць хуткасць працэсаў хімічных рэакцый.
- фільтраванне: Іх селектыўная пранікальная прырода выкарыстоўваецца ў сістэмах фільтрацыі вады і паветра, якія тычацца шаблонаў AAO.
Бясшвоўны сінтэз нанаправадоў на шаблонах AAO
У працэсе нанясення ўзору нанаправадоў з дапамогай штампа AAO наступныя крокі вельмі важныя для дасягнення жаданага дызайну нанаправадоў дбайным і эфектыўным спосабам. Спачатку вельмі тонкі пласт металу наносіцца на паверхню нанапорыстага шаблону AAO (напрыклад, золата або срэбра). Звычайна гэта дасягаецца з дапамогай фізічнага нанясення з паравай фазы PVD або некаторых іншых метадаў металізацыі, якія ўводзяць метал у поры шаблону. Пасля дадання металу шаблон AAO затым праводзіцца працэдура хімічнага тручэння, каб выдаліць аксід алюмінія і пакінуць неабходныя формы нанаправадоў. Вынікам з'яўляецца асобнае і адпаведнае размяшчэнне металічных нанаправадоў, якія могуць быць выкарыстаны ў электроніцы, датчыках і прыладах захоўвання энергіі, атрымліваючы ад іх палепшаных уласцівасцяў у сілу таго, што яны нанаструктураваныя.
Змена памеру пор у шаблонах
Каб наладзіць нанаструктуры, важна змяняць памер пор у шаблонах з аноднага аксіду алюмінія (AAO). Гэта было даказана многімі аўтарамі, дзе геаметрыя шаблонаў была зменена некалькімі працэсамі, уключаючы анадаванне, уключаючы такія параметры, як напружанне, склад і фізічныя характарыстыкі электраліта, механічныя напружання і працягласць анадавання. Гэта адбываецца таму, што больш высокія напружання маюць тэндэнцыю ствараць большыя пары па меры павелічэння электрастатычнай сілы, спрыяючы вылучэнню кіслароду, якое ўзмацняецца павелічэннем напружанасці поля. Павелічэнне памераў пор таксама дасягаецца за кошт кантролю часу анадавання, прычым павелічэнне часу дазваляе пашырыць пары. Акрамя таго, дыяметр пор можа быць зменены з дапамогай працэсаў пасля анадавання, такіх як тручэнне, што значна прасцей робіць шаблоны для распрацоўкі лекаў, каталізу і сэнсарных тэхналогій. Увод і рэгуляванне гэтых параметраў з'яўляюцца ключом да аптымізацыі прадукцыйнасці нанаструктураваных матэрыялаў для мэтавых прымянення.
Якое прымяненне можна знайсці для нанапорыстага AAO?
Прымяненне мембран у сістэмах фільтрацыі
Мембраны з нанапорыстага аноднага аксіду алюмінія (AAO) становяцца папулярнымі ў сістэмах фільтрацыі дзякуючы дакладнаму размеркаванню пор па памеры і вялікай плошчы паверхні, што робіць іх прыдатным кандыдатам у якасці мембраны з выкарыстаннем порыстага гліназёму. Такія мембраны маюць высокую селектыўнасць і пранікальнасць і карысныя ў такіх працэсах, як ачыстка вады, дзе забруджвальныя рэчывы захопліваюцца, адначасова прапускаючы чыстую ваду. Іх структуры пор таксама маюць монадысперсную прыроду, што дазваляе фільтраваць цвёрдыя часціцы ў нанаметровым дыяпазоне, што карысна ў такіх галінах, як біятэхналогіі і адкрыццё лекаў для селектыўнай адсорбцыі і фільтрацыі біямалекул. Больш за тое, механічная трываласць і хімічная ўстойлівасць мембран AAO таксама паляпшаюць іх здольнасць функцыянаваць у неспрыяльных умовах, што пашырае сферу іх прымянення ў хімічнай інжынерыі і ачыстцы навакольнага асяроддзя.
Прымяненне ў вытворчасці нанаправодаў
Нанапоры анадны аксід алюмінія (AAO) з'яўляецца адным з важных шаблонаў для росту нанаправадоў дзякуючы высокаму парадку і аднастайнай структуры пор. У большасці такіх метадаў выкарыстоўваюцца пары ў анодным аксідзе алюмінія (AAO), які можа быць запоўнены рознымі матэрыяламі, такімі як металы і паўправаднікі ці нават палімеры, з дапамогай электраасаджэння, золь-гелевых метадаў або хімічнага асаджэння з паравой фазы. Гэта дазваляе ствараць нанаправады пэўнага дыяметра і даўжыні, якія знаходзяць прымяненне ў электронных прыладах, датчыках, фатонных сістэмах і г. д. Акрамя таго, кампазіцыйная і структурная перабудоўвальнасць гэтых нанаправадоў дазваляе ўдзельнічаць у вырабе прылад, тым самым робячы такія прылады карыснымі для нанаразмерных электронных схем і энергетычных прылад. Такім чынам, шаблоны AAO важныя для прагрэсу нанатэхналогій і матэрыялазнаўства.
Прымяненне ў аксідных пластах і тонкіх плёнках
Вобласць выкарыстання шаблонаў з нанапорыстага аноднага аксіду алюмінія (AAO) значна пашырана да нанясення аксідных слаёў і тонкіх плёнак. Такія шаблоны дазваляюць для эфектыўнага асаджэння аксідных матэрыялаў і працэсаў для асаджэння аксідных тонкіх плёнак пэўнай таўшчыні і з пэўнымі ўласцівасцямі. Гэта асабліва важна ў вытворчасці паўправаднікоў, таму што AAO можа адыгрываць важную ролю ў вытворчасці аксіду затвора або нават у забеспячэнні ўсёй якасці, неабходнай для пакрыццяў. Адной з такіх пераваг AAO з'яўляецца яго сітаватая структура, якая дазваляе загружаць розныя функцыянальныя аксіды, якія, такім чынам, могуць палепшыць аптычныя, электрычныя або каталітычныя характарыстыкі датчыкаў, фотаэлектрычных фотаэлементаў і фотакаталітычных сістэм. Палімікробныя віды і шаблоны AAO пласт дадатковага функцыянальнага аксіду, найбольш важнымі з якіх з'яўляюцца шаблоны AAO для атрымання аднастайных аксідных слаёў, якія ўзмацняюць прагрэс у электронных і энергетычных тэхналогіях, такім чынам павышаючы эфектыўнасць і ўстойлівасць у першую чаргу ў новых прымяненнях порыстага гліназёму.
Якія метады могуць быць выкарыстаны для паляпшэння AAO мембран?
Аптымізацыя працэдуры анадавання алюмінія
Каб дасягнуць аптымальнага анадавання алюмініевай падкладкі, трэба кантраляваць некалькі ключавых фактараў. Першы фактар прадугледжвае падтрыманне належнай канцэнтрацыі электраліта, часцей за ўсё сернай кіслаты, для таго, каб дасягнуць жаданай аднастайнасці таўшчыні аксіднага пласта. Другі элемент прадугледжвае даволі вялікі кантроль напружання анадавання, прычым большасць крыніц рэкамендуюць ад 15 да 25 В, дзе ўтвараюцца паслядоўныя пары. Па-трэцяе, тэмпература працэсу анадавання павінна кантралявацца такім чынам, каб тэмпература не апускалася ніжэй за 0-10 градусаў Цэльсія, каб пазбегнуць празмернага акіслення і змены памеру пор. Нарэшце, час анадавання з'яўляецца яшчэ адным параметрам, які строга выконваецца, калі анадаванне звычайна займае ад 30 да 120 хвілін для атрымання жаданай таўшчыні аноднай плёнкі без структурных страт у порыстых анодных плёнках на кантролі алюмінія. Пры строгім кантролі ўсіх гэтых параметраў эфектыўнасць і якасць мембран AAO можна палепшыць.
Трываласць разбурэння аксіднага пласта
Выкарыстанне анадаваных мембран з аксіду алюмінія (AAO) можа быць эфектыўным у практыцы анадавання, а затым некаторыя метады, якія выкарыстоўваюцца для паляпшэння аксіднага пласта ў мембранах AAO. Перш за ўсё, сярод апрацоўкі пасля анадавання, тэрмічны адпал можа прывесці да далейшай крышталізацыі аксіду, такім чынам, павышэння цеплавой і механічнай трываласці аксіду. Гэты этап звычайна ўключае нагрэў анадаванай мембраны пры зададзеных тэмпературах (прыкладна 400oC), каб павысіць утварэнне больш стабільнай структуры аксіду алюмінія. Па-другое, звычайна праводзіцца этап герметызацыі, напрыклад, выкарыстанне гарачай вады або некаторых герметыкаў для герметызацыі мембраны ад забруджванняў і вільготнасці, якія пашкоджваюць аксідны пласт. Больш за тое, тэрмастабілізатары або легіруючыя дабаўкі могуць быць дададзены ў раствор падчас анадавання, каб палепшыць каразійную ўстойлівасць пакрыцця і супрацьстаяць ўздзеянню навакольнага асяроддзя. Аднак было паказана, што выкарыстанне гэтых метадаў павялічвае тэрмін службы і эфектыўнасць мембран AAO з улікам прымянення.
Новыя метады распрацоўкі шаблонаў
Мноства сучасных метадаў распрацоўкі шаблонаў для анадаваных мембран з аксіду алюмінія ўключаюць фоталітаграфію, электрахімічнае тручэнне і лазерную інтэрферэнцыйную літаграфію. Фоталітаграфія дазваляе нанесці на алюмініевую падкладку пэўныя контуры, якія будуць вызначаць памер і размяшчэнне пор пасля анадавання. Іншы метад, які можа быць выкарыстаны для паляпшэння функцый пор, - гэта электрахімічнае тручэнне, якое ўплывае на асобныя і агульныя структуры пор. Акрамя таго, для рэгулявання параметраў шаблону можна выкарыстоўваць альтэрнатыўныя метады, такія як лазерная інтэрферэнцыйная літаграфія, для вырабу больш складаных трохмерных структур і нанаструктур. Відавочна, што з прыняццем гэтых іншых метадаў якасць і прадукцыйнасць мембран AAO можна павысіць.
Даведачныя крыніцы
Часта задаюць пытанні (FAQ)
Пытанне: што азначае анодны аксід алюмінія (AAO)?
A: Анадны аксід алюмінія (AAO) з'яўляецца прыкладам высокаўпарадкаванай, нанапорыстай аксіднай структуры, якая развіваецца, калі металічны алюміній праходзіць анадаванне. Гэты пласт мае рэгулярнае размяшчэнне пор у адным шэрагу і выкарыстоўваецца ў шматлікіх галінах, ад фільтрацыі да шаблонаў у нанатэхналогіях.
Пытанне: Які метад выкарыстоўваецца для вырабу аноднай мембраны з аксіду алюмінія?
A: Мембрана з аноднага аксіду алюмінія сінтэзуецца ў выніку каразійнага дзеяння, вядомага як анадаванне, дзе алюмініевая фальга з'яўляецца асноўным складнікам матэрыялам. Такія працэсы адбываюцца на электродзе, замацаваным на апараце, дзе шляхам перадачы пэўнага напружання праз клетку на паверхню алюмінія наносіцца актыўны самаўпарадкаваны пласт нанапорістага аксіду.
Пытанне: Якое звычайнае прымяненне анодных мембран з аксіду алюмінія?
A: Анадныя мембраны з аксіду алюмінія знайшлі прымяненне ў нанатэхналогіях, фатоніцы, біядатчыку і матэрыялазнаўстве, сярод іншага. Яны дзейнічаюць як шаблоны пры вырабе нанаструктур і фільтраў, а таксама служаць каркасам для росту клетак у біямедыцынскіх мэтах.
Пытанне: Якія перавагі порыстых анодных плёнак з аксіду алюмінія?
A: Порыстыя анадныя плёнкі аксіду алюмінію дэманструюць некалькі ўласцівасцей, якія ўключаюць вялікую плошчу паверхні, механічную трываласць, хімічную ўстойлівасць і аднолькавы памер пор. Гэтыя ўласцівасці робяць іх ідэальнымі для выкарыстання ў розных галінах, такіх як фільтраванне, каталіз, а таксама ў якасці шаблонаў для сінтэзу нанаструктур.
Пытанне: ці можна выкарыстоўваць плёнкі з аноду аксіду алюмінію на алюмініевых сплавах?
A: Так, анодныя плёнкі з аксіду алюмінію можна выкарыстоўваць на алюмініевых сплавах. Можна адзначыць, што гэта канструктыўна ў тым сэнсе, што паляпшаецца зносаўстойлівасць, каразійная стойкасць і агульная трываласць паверхні алюмініевага сплаву.
Пытанне: Як можна выкарыстоўваць анодныя мембраны з аксіду алюмінія?
A: Мембраны з аноднага аксіду алюмінію могуць мець іншыя прымяненні, уключаючы, але не абмяжоўваючыся імі, прымяненне ў ачыстцы вады, працэсах аддзялення газаў, якія кіруюцца ціскам, у сістэмах дастаўкі лекаў і шаблонах для нанаматэрыялаў з-за іх унікальнай нанапорыстай структуры.
Пытанне: Як утвараецца поры анадны аксід алюмінію?
A: Утварэнне порыстага аноднага аксіду алюмінія адбываецца падчас анадавання, калі алюмініевую падкладку апускаюць у электралітычны раствор і прыкладваюць прамы патэнцыял. Гэты працэс прыводзіць да вырабу нанапорістага аксіду з высокаўпарадкаванай структурай пор.
Пытанне: Чым сотавыя структуры аноднага гліназёму адрозніваюцца адна ад адной?
A: Сотавая структура аноднага аксіду алюмінія характарызуецца правільнымі шасцікутнымі порамі, што прыводзіць да высокай плошчы паверхні і аднастайнасці. Яны цалкам падыходзяць для прыкладанняў, якія патрабуюць, каб памеры пор былі пэўнага тыпу і высокае стаўленне паверхні да аб'ёму, напрыклад, у каталізе і фільтрацыі.
Пытанне: Якія фактары вызначаюць таўшчыню пласта аао?
A: Гэтая таўшчыня пласта AAO вызначаецца такімі ўмовамі анадавання, як напружанне, склад электралітычнага раствора, тэмпература мяшання і час анадавання. Гэтыя фактары вызначаюць рост і таўшчыню плёнак аноднага аксіду, якія ўтвараюцца на алюмініевых паверхнях.
Пытанне: у чым прычына прымянення анодных аксідных плёнак на алюмініі ў такім шырокім дыяпазоне абласцей?
A: Анодна-аксідныя плёнкі на алюмініі прымяняюцца ў многіх галінах дзякуючы такім уласцівасцям, як хімічная і тэрмічная стабільнасць, высокая трываласць і здольнасць утвараць высокаўпарадкаваныя порыстыя нанаструктуры. З такімі характарыстыкамі яны прымяняюцца ў фільтрацыі, ахоўных пакрыццях, а таксама шаблонах у нанатэхналогіях.
