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Method Article
Ein Protokoll für die Herstellung von nanoporösen anodische Aluminium Oxide über gleichzeitige Multi-Oberflächen-Anodisierung gefolgt von Treppe-wie umgekehrte Vorurteile Abteilungen präsentiert. Es kann immer wieder die gleichen Aluminium-Substrat, präsentiert eine leichtfertige, High-Yield-und ökologisch saubere Strategie angewendet werden.
Nach der Berichterstattung über die zweistufige Anodisierung, nanoporöse anodische Aluminium Oxide (AAOs) haben verwendet worden, weit in den vielseitigen Bereichen Grundlagenwissenschaften und industrielle Anwendungen aufgrund ihrer periodische Anordnung von Nanoporen mit relativ hohen Seitenverhältnis. Jedoch die Techniken gemeldet, so weit die könnte nur gültig für Mono-Oberfläche Anodisierung, zeigen entscheidende Nachteile, d. h., zeitaufwendig sowie komplizierte Verfahren, dass giftige Chemikalien und verschwenden wertvollen natürliche Ressourcen . In diesem Beitrag zeigen wir Ihnen eine einfache, effiziente und umweltfreundliche Methode zur nanoporöse AAOs in Schwefelsäure und Oxalsäure sauren Elektrolyten, fabrizieren, die Überwindung der Grenzen, die durch konventionelle AAO Herstellung Methoden entstehen können. Erste, plural AAOs entstehen auf einmal durch gleichzeitige Multi-Oberflächen-Anodisierung (SMSA), Mass-producibility der AAOs mit vergleichbaren Eigenschaften angibt. Zweitens können jene AAOs aus Aluminium (Al) Substrat getrennt werden durch die Anwendung der Treppe-wie umgekehrte Vorurteile (SRBs) in den gleichen Elektrolyten verwendet für die SMSAs, was bedeutet Einfachheit und grün technologische Eigenschaften. Schließlich kann eine Einheit Sequenz bestehend aus SMSAs, die nacheinander in Kombination mit SRBs basierende Ablösung wiederholt auf den gleichen Al-Substrat angewendet werden verstärkt die Vorteile dieser Strategie und auch garantiert die effiziente Nutzung der natürlichen Ressourcen.
AAOs, die sich gebildet hatten, durch Eloxieren Al Substrat in einem sauren Elektrolyten haben stieß auf großes Interesse in diversen grundlegende Wissenschaft und Industrie, z. B. harte Vorlagen für Nanoröhren/Nanodrähte1,2,3 , 4 , 5, Energie-Speicher-Geräte6,7,8,9, Bio-sensing10,11, Filterung Anwendungen12,13 , 14, Masken für verdampfen und/oder Ätzen15,16,17und kapazitive Feuchte Sensoren18,19,20,21 ,22, aufgrund ihrer selbst bestellten Wabenstruktur, hohes Aspektverhältnis der Nanoporen und hervorragenden mechanischen Eigenschaften23. Für diese verschiedenen Anwendungen nanoporöse AAOs zuweisen, sollte sie freistehende Formen mit einem hoch und weiträumige geordnetes Array von Nanoporen. In diesem Zusammenhang Strategien für den Erhalt der AAOs (Eloxieren) Bildung und Trennung (abnehmen) Verfahren zu berücksichtigen.
In der Sicht der AAO-Formation war milde Anodisierung (nachfolgend als MA) etabliert unter Schwefelsäure, Oxalsäure und Phosphor-sauren Elektrolyten23,24,25,26 ,27. Jedoch stellte MA Prozesse niedrige Erträge der AAO Fertigung aufgrund ihres langsamen Wachstumsrate abhängig von relativ geringen Intensitäten der anodische Spannungen, die durch MA Schritten zur Verbesserung der Nanoporen Periodizität28 weiter verschlechtern würde ,29. So wurden harte Anodisierung (HA) Techniken als Alternativen Ma vorgeschlagen, durch die Anwendung höherer anodische Spannungen (Oxalsäure/schweflige Säure Elektrolyt) oder mittels konzentrierter Elektrolyt (Phosphorsäure)30,31, 32,33,34,35,36,37,38,39,40. HA zeigen Prozesse deutlichen Verbesserungen der Wachstumsraten sowie regelmäßige Arrangements, während resultierende AAOs wurde brüchiger, und die Dichte der Nanoporen waren reduzierten30. Darüber hinaus ist eine teure Kühlsystem erforderlich zur Ableitung Joules Erwärmung durch hohe Stromdichte31. Diese Ergebnisse beschränken die mögliche Anwendbarkeit der AAOs über HA-Prozesse.
Für die entsprechende Oberfläche von Al-Platte ein AAO trennt, wurde gezielte chemische Ätzung des verbleibenden Al Substrats am häufigsten genutzt von den MA und HA Prozesse mit giftigen Chemikalien, wie z. B. Kupferchlorid35,39 ,41,42 oder Quecksilber-Chlorid16,17,43,44,45,46, 47 , 48 , 49. jedoch diese Methode induziert nachteilige Nebenwirkungen, z.B., eine längere Reaktionszeit proportional zur restlichen Dicke der Al, Verschmutzung der AAO von Schwermetall-Ionen, schädliche Rückstände zu menschlichen Körper/natürliche Umgebungen , und ineffiziente Nutzung der wertvollen Ressourcen. Daher wurden viele Versuche unternommen, für direkte Ablösung der ein AAO zu realisieren. Obwohl kathodischen Spannung Delamination50,51 und anodische Spannung Ablösung7,41,42,52, Puls 53,54,55 präsentieren einen Verdienst, das die restlichen Al Substrat wiederverwendet werden kann, die ehemalige Technik fast vergleichbar mit denen in chemische Ätzung Methoden50dauert. Trotz deutliche Reduzierung der Bearbeitungszeit schädliche und hochreaktive Chemikalien/Beispiele Butanedione oder Perchlorsäure, dienten als Elektrolyte in der letztgenannten Techniken55, abnehmen, wo eine zusätzliche Reinigung Verfahren ist wegen der wechselnden Elektrolyt zwischen trennen und Eloxal-Verfahren erforderlich. Vor allem Einfluss auf die trennen Verhaltensweisen und Qualität der freistehende AAOs stark die Dicke. Im Falle der AAO mit relativ dünner Stärke könnte die freistehende Risse und/oder Öffnungen enthalten.
Alle oben aufgeführten experimentelle Ansätze wurden auf eine "Single-Oberfläche" der Al-Probe, ohne Oberfläche schützen technische Zwecke, und diese Funktion der konventionellen Technologien Exponate kritischen Einschränkungen der AAO Fabrikation angewendet in Bezug auf Ertrag sowie Verarbeitbarkeit beeinflusst das auch die mögliche Anwendbarkeit der AAOs56,57.
Um den steigenden Anforderungen in der AAO zusammenhängenden Bereichen in Bezug auf facile, ertragreich und grüne technologische Ansätze gerecht zu werden, hatten wir zuvor SMSA und direkte Ablösung durch SRBs unter Schwefelsäure56 und Oxalsäure57 Säure Elektrolyt, beziehungsweise. Es ist eine wohlbekannte Tatsache, dass plural AAOs auf mehrere Flächen in sauren Elektrolyten getaucht Al-Substrat gebildet werden können. SRBs, ein ausschlaggebender Unterschied unserer Methoden ermöglichen die Ablösung des jene AAOs von den entsprechenden Multi-Oberflächen des Al-Substrat in den gleichen sauren Elektrolyten verwendet für die SMSAs angibt, Massenproduktion, Einfachheit und technologischen grün Eigenschaften. Wir möchten darauf hinweisen, dass SRBs basierende Ablösung eine optimale Strategie für plural AAOs ist, hergestellt durch SMSAs56,57 und sogar gültig für relativ dünner Wandstärken der AAOs57 im Vergleich zu kathodischen Delamination (d.h., konstante reverse Bias) auf Single-Oberfläche 51. Schließlich eine Einheit Sequenz bestehend aus SMSAs, die nacheinander in Kombination mit SRBs basierende Ablösung kann auf dem gleichen Al-Substrat, Vermeidung von komplizierten Verfahren und giftig/reaktiven Chemikalien, welche die Vorteile der verstärkt wiederholt angewendet werden unsere Strategien und auch garantiert die effiziente Nutzung der natürlichen Ressourcen.
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Bitte beachten Sie alle damit verbundenen Materialien Sicherheitsdatenblätter (SDB) vor Beginn. Trotz der Öko-Natur dieses Protokolls ein paar Säuren und Oxidationsmitteln in die entsprechenden Verfahren eingesetzt. Darüber hinaus verwenden alle die richtige persönliche Schutzausrüstung (Kittel, Handschuhe, Schutzbrille, etc.).
1. Vorbereitung der Lösung
Hinweis: nach vollständige Abdichtung des Schiffes Lösung-haltigen, kräftige magnetische rühren auf alle Lösungen bei Raumtemperatur so rechtzeitig angewendet wurde.
2. Vorbehandlung des Substrates Al
3. Massive Verarbeitung der AAOs unter Oxalsäure-Elektrolyten
Hinweis: für AAOs mit einem Long-Range Anordnung der Nanoporen ' Periodizität, SMSAs Zweischrittverfahren dienten, in denen regelmäßig strukturierte Al Multi-Flächen wurden Erhalt durch Pre-SMSA, und dann, Main-SMSA wurde für die Herstellung von hoch qualifizierten AAOs durchgeführt. Wiederholte Anwendung einer Einheit-Sequenz kann plural und fast identische AAOs produzieren bis Al-Substrat bleibt. " n " bezeichnet die Anzahl der angewandten Sequenz.
4. Massive Verarbeitung der AAOs unter Schwefelsäure Elektrolyt
Hinweis: In diesem Abschnitt deutlich unterschiedliche Bedingungen von denen in Schritt 3 werden hingewiesen.
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Flussdiagramm von nth AAO Sequenz hauptsächlich bestehend aus zweistufigen SMSAs, SRBs-Ablösung, Herstellung und verwandte chemische Ätzung präsentierte sich schematisch in Abbildung 1a. Jeder Einschub zeigen ein Rasterelektronenmikroskop (REM) Bild der Morphologie der entsprechenden Oberfläche auf jede einzelne Prozedur und ein Foto sofort nach der SRBs-Ablösung. Eine schematische Darstellung, nachdem die insgesamt 5th Wi...
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In diesem Papier haben wir erfolgreich eine facile, ertragreich und umweltfreundliche Methode zu fabrizieren nanoporöse AAOs durch SMSA und SRBs-Abteilung, die auf dem gleichen Al-Substrat für die Verbesserung der deutlich Mass-producibility als wiederholt werden könnte sowie die Nutzbarkeit der begrenzten natürlichen Ressourcen. Wie das Flussdiagramm Abbildung 1azeigt, unsere AAO Herstellung Strategie die herkömmliche zweistufige Anodisierung beruht auf Multi-Oberflächen Situation ge?...
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Diese Forschung wurde zum Teil durch die National Research Foundation of Korea (NRF) Zuschuss gefördert durch die Regierung von Korea (MSIP) (Nr. 2016R1C1B1016344 und 2016R1E1A2915664) unterstützt.
Die Autoren haben nichts preisgeben.
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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 |
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