提出了一种通过同时 multi-surfaces 阳极氧化制备多孔阳极氧化铝的协议, 并给出了阶梯式反向偏置分遣队。它可以反复应用于相同的铝基板, 表现出轻便、高产、环保的战略。
在报告了 two-step 阳极氧化后, 纳米多孔阳极氧化铝 (AAOs) 在基础科学和工业应用领域得到广泛的利用, 因为它们的纳米周期排列相对较高纵横比。然而, 迄今为止所报告的技术, 这可能只适用于单表面阳极氧化, 显示严重的缺点,即, 耗时, 以及复杂的程序, 需要有毒化学品, 浪费宝贵的自然资源.本文介绍了一种简便、高效、环保的制备硫酸和草酸电解质纳米 AAOs 的方法, 克服了传统的氧化铝制备方法的局限性。首先, 通过同时 multi-surfaces 阳极氧化 (SMSA) 同时产生复数 AAOs, 表明 AAOs 具有可比性质的质量性。其次, 这些 AAOs 可以与铝 (铝) 基板分离, 在相同的电解质中应用楼梯样的反向偏置 (srb), 这意味着简单和绿色技术特性。最后, 将 SMSAs 连续组合与 SRBs-based 剥离的单元序列重复应用于同一 Al 衬底, 从而强化了该策略的优点, 同时保证了自然资源的有效利用。
在酸性电解质中由阳极氧化 Al 基体形成的 AAOs, 引起了对各种基础科学和工业的极大兴趣, 例如, 纳米管/纳米线的硬模板1,2,3,4,5, 能量存储设备6,7,8,9, 生物传感10,11, 过滤应用程序12,13,14, 用于蒸发和/或蚀刻的掩码15,16,17, 和电容式湿度传感器18,19,20,21 ,22, 由于其 self-ordered 蜂窝结构, 高宽比纳米, 和优异的机械性能23。为了将纳米多孔 AAOs 应用于这些不同的应用, 它们应该是具有高度和长程有序排列的纳米的独立形式。在这方面, 获得 AAOs 的战略必须考虑形成 (阳极氧化) 和分离 (剥离) 程序。
从阳极氧化铝的形成角度来看, 轻度阳极氧化 (以下简称 MA) 是在硫酸、草酸和磷酸电解质下很好地建立的23,24,25,26 ,27。然而, ma 过程展示了 low-yields 氧化铝制造由于他们的缓慢的成长率取决于相对地低强度的阳极电压, 将进一步恶化通过 two-step ma 过程改进纳米的周期性28 ,29。因此, 采用更高的阳极电压 (草酸/硫酸电解质) 或使用更浓的电解质 (磷酸)30,31, 将硬阳极化 (HA) 技术作为替代 MA 的方法. 32,33,34,3536373839HA 进程显示了不同的增长速率和周期性安排, 而结果 AAOs 变得更加脆弱, 而纳米的密度则降低了30。此外, 需要一个昂贵的冷却系统, 以驱散由高电流密度引起的焦耳的加热31。这些结果限制了 AAOs 通过 HA 过程的潜在适用性。
在铝板的相应表面分离出一个阳极氧化铝时, 在 MA 和 HA 过程中使用有毒化学物质, 如氯化铜35,39, 对剩余铝基板的选择性化学蚀刻得到了最广泛的应用. 、41、42或水银氯161743444547,48,49. 然而, 这种方法会产生不利的副作用,如: 如, 较长的反应时间与 Al 的剩余厚度成正比, 重金属离子对阳极氧化铝的污染, 对人体/自然环境的有害残留物。, 而且有价值的资源使用效率低下。因此, 许多试图实现直接剥离的阳极氧化铝。虽然两个阴极电压分层50,51和阳极电压脉冲剥离7,41,42,52, 53,54,55目前的优点是, 剩余的铝基板可以被重用, 前者的技术在化学蚀刻方法中需要几乎可比的时间50。尽管处理时间明显减少, 有害和高活性化学品, 例如二和/或高氯酸, 被用作分离电解质在后者的技术55, 其中一个额外的清洁由于阳极氧化和分离过程中电解质的变化, 需要进行工艺过程。特别是分离 AAOs 的分离行为和质量严重影响了其厚度。在具有相对较薄厚度的阳极氧化铝的情况下, 分离的一个可能含有裂纹和/或孔径。
上述所有试验方法都已应用于 Al 试样的 “单面”, 不包括表面保护/工程用途, 而传统技术的这一特性也显示了氧化铝制造的关键局限性。在产量和加工方面, 这也影响了 AAOs56,57的潜在适用性。
为了满足日益增长的需求, 在氧化铝相关领域的轻便, 高产, 绿色技术的方法, 我们先前报告的 SMSA 和直接支队通过 srb 在硫酸56和草酸57酸电解质, 分别。这是一个众所周知的事实, 复数 AAOs 可以形成多表面的铝基板浸入酸性电解质。然而, srb, 一个关键的区别, 我们的方法, 使这些 AAOs 从相应的铝基板的 multi-surfaces 在相同的酸性电解质用于 SMSAs 指示 mass-production, 简单, 和绿色技术特征.我们想指出的是, SRBs-based 支队是 SMSAs56,57的复数 AAOs 的最佳策略, 并且与 AAOs57的相对较薄的厚度相比, 更有效。单面上的阴极分层 (即, 恒定反向偏置)f “>> 51。最后, 由 SMSAs 顺序组合而成的 SRBs-based 分离器的单元序列可以重复地应用到相同的 Al 衬底, 避免复杂的程序和有毒/活性化学品, 从而强化了我们战略, 并保证自然资源的有效利用。
在本文中, 我们成功地展示了一种简便、高产、环保的方法, 通过 SMSA 和 srb 分离制备纳米多孔 AAOs, 可以重复到相同的铝基板, 从而显著提高质量性以及有限的天然资源的可用性。如图 1a的流程图所示, 我们的氧化铝制造策略是基于传统的 two-step 阳极氧化, 在 multi-surfaces 情况下进行了修改。因为电场在抛光和 two-step SMSAs 规程在正常方向被形成了在 multi-surfaces, 电化学反应发生,…
The authors have nothing to disclose.
作者没有什么可透露的。
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 |