Автореферат (1105445)
Текст из файла
На правах рукописиРОСЛЯКОВ ИЛЬЯ ВЛАДИМИРОВИЧУПОРЯДОЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОРИСТЫХ ПЛЕНОКАНОДНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯСпециальность02.00.21 – Химия твердого тела02.00.05 – ЭлектрохимияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукМосква2015Работа выполнена на кафедре наноматериалов факультета наук о материалах и влаборатории неорганического материаловедения кафедры неорганической химиихимического факультета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университетимени М.В.Ломоносова»Научные руководители:доктор химических наукЛукашин Алексей Викторовичкандидат химических наукНапольский Кирилл СергеевичОфициальные оппоненты:Скундин Александр Мордухаевичдоктор химических наук, профессорФедеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институт физическойхимии и электрохимии имени А.Н.
ФрумкинаРоссийской академии наук, главный научныйсотрудниклабораториипроцессоввхимических источниках токаЗубавичус Ян Витаутасовичдоктор физико-математических наукФедеральное государственное бюджетноеучреждение Национальный исследовательскийцентр «Курчатовский институт», начальникотдела синхротронных экспериментальныхстанцийВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институт общей инеорганической химии им. Н.С. КурнаковаРоссийской академии наукЗащита состоится «25» декабря 2015 года в 11:00 на заседании диссертационногосовета Д501.002.05 по химическим наукам при Московском государственномуниверситете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские Горы, дом1, строение 73 (лабораторный корпус Б), факультет наук о материалах, аудитория 235.С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале Фундаментальной библиотекиМГУ имени М.В.Ломоносова (119234, г.
Москва, ГСП-1, Ломоносовский пр., д. 27)и в сети интернет на сайте факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносоваhttp://www.fnm.msu.ru/.Автореферат разослан «___» ноября 2015 года.Ученый секретарьДиссертационного совета Д 501.002.05кандидат химических наукЕ.А. Еремина2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Пористые пленки анодного оксида алюминия (АОА), получаемые электрохимическим окислением металла в кислых электролитах, являютсяярким примером пространственно-упорядоченных систем, имеющих важное практическое значение. Идеальную структуру данного материала можно представить в видемассива цилиндрических каналов, которые располагаются по нормали к подложке, а вплоскости пленки формируют двумерную гексагональную сетку.
Благодаря сочетаниюуникальной морфологии с высокой термической и химической стабильностью АОАявляется основой для создания газовых и жидкостных мембран, матриц дляформирования одномерных наноструктур, подложек для газовых сенсоров и т.д.Необходимо отметить, что движущая сила и механизм формирования гексагональнойупаковки каналов, которое наблюдается только при определенных условиях анодирования, доподлинно не известны, что может быть связано с одновременным влияниеммногих факторов на рост оксидной пленки, а также с отсутствием подходящих методовисследования для изучения процесса упорядочения на количественном уровне.В последние годы в литературе показана важная роль кристаллографическойориентации алюминия, используемого в качестве исходного материала дляформирования пористых оксидных пленок, в упорядочении каналов в гексагональнуюсетку.
Активный научный поиск в данном направлении объясняется его научнойновизной и практической значимостью. В частности, исследование структуры АОА,полученного на сингулярных гранях монокристаллов алюминия, может пролить свет нафундаментальные аспекты процесса упорядочения. Кроме того, открываются новыевозможности создания малодефектных пористых структур на большой площади путемтекстурирования в нужном направлении исходных алюминиевых фольг.С учетом вышесказанного, разработка эффективного способа управления морфологией пористых пленок и повышения их структурного совершенства путем контролямикроструктуры и кристаллографической ориентации исходного алюминия в сочетании с развитием методов аттестации пространственно-упорядоченных наноматериаловпредставляют собой актуальные проблемы химии твердого тела и электрохимии.Основной целью настоящей работы является установление взаимосвязи междупараметрами микроструктуры алюминия и морфологией оксидных пленок, формируемых на его поверхности при различных условиях анодирования, для созданиямалодефектных пористых структур на большой площади.Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:1.
Исследование динамики анодного окисления поликристаллических фольг имонокристаллов алюминия с различной кристаллографической ориентацией.2. Аттестация морфологии пористых пленок анодного оксида алюминия и степениупорядочения их структуры с помощью статистической обработки данныхрастровой электронной микроскопии.3. Анализ позиционных, ориентационных и продольных корреляций в структуреанодного оксида алюминия с помощью метода малоугловой дифракциирентгеновского (синхротронного) излучения.4. Поиск закономерностей влияния кристаллографической ориентации алюминия напористую структуру оксидных пленок, формируемых на его поверхности приразличных условиях анодирования.3В качестве объектов исследования в работе выступают пористые пленки АОА,сформированные на поверхности поликристаллических фольг и монокристаллов алюминия путем анодирования в кислых электролитах при различных условиях и, какследствие, характеризующиеся различной морфологией.Методическая новизна работы связана с использованием в качестве исходногоматериала монокристаллов алюминия с сингулярными и вицинальными гранями, атакже с применением техники картирования образцов с помощью растровойэлектронной микроскопии и малоугловой дифракции рентгеновского излучения дляколичественной аттестации структуры АОА.Научная новизна проведенного исследования сформулирована в следующихположениях, которые выносятся на защиту:1.
Степень упорядоченности структуры пористых пленок анодного оксида алюминиясвязана с природой лимитирующей стадии электрохимического процесса.2. Скорость развертки напряжения на начальной стадии формирования анодногооксида алюминия в «жестких» условиях оказывает существенное влияние наструктуру получаемых пористых пленок.3. Микроструктура металлической подложки влияет на распространениеориентационных и продольных корреляций в структуре пористых пленоканодного оксида алюминия.4. Предложен механизм возникновения дальнодействующих ориентационныхкорреляций в структуре АОА, учитывающий анизотропию скоростейэлектрохимического окисления металла в различных кристаллографическихнаправлениях.5.
Впервые экспериментально показано отклонение направления роста каналов отнормали к плоскости образца при анодном окислении алюминия.Практическая значимость работы:1. Мембраны анодного оксида алюминия, получаемые с помощью анодирования в«жестких» условиях при большой скорости развертки напряжения до рабочегозначения, обладают повышенной устойчивостью к термической обработке иоказываются пригодны для долговременной работы при температурах до 1000 °С.2. Использование текстурированных или монокристаллических подложек алюминияпозволяет управлять упорядоченностью пористой структуры формируемых на ихповерхности пленок анодного оксида алюминия.3. Пленки АОА с высокоупорядоченной пористой структурой, период которойопределяется условиями анодного окисления, могут быть использованы вкачестве субмикронных аналогов литографических решеток для калибровкиразличных видов микроскопов и дифракционных установок.4. Показана необходимость учета ориентации штампа относительно поверхностиметалла при формировании бездефектных пористых структур по технологиинаноимпринт литографии.Личный вклад автора.
В основу диссертации положены результаты научныхисследований, проведенных непосредственно автором в период 2010–2015 гг. Работавыполнена в Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова накафедре наноматериалов факультета наук о материалах и на кафедре неорганическойхимии химического факультета. Часть экспериментальных результатов получена на4установках Европейского центра синхротронного излучения ESRF (Гренобль,Франция) и источнике синхротронного излучения НИЦ «Курчатовский институт»(Москва, Россия) при участии д.ф.-м.н.
С.В. Григорьева, к.ф.-м.н. А.П. Чумакова,к.ф.-м.н. А.В. Петухова, Dr. D. Hermida Merino, к.ф.-м.н. А.В. Забелина, к.ф.-м.н.Е.В. Яковенко, А.Ю. Грузинова. При этом автор принимал непосредственное участие вподготовке и проведении измерений, а также самостоятельно обрабатывалэкспериментальные данные. В выполнении отдельных разделов работы принималиучастие студенты факультета наук о материалах МГУ Д.С. Кошкодаев, Н.С.
Куратова иЕ.О. Гордеева, у которых автор был руководителем курсовых и дипломных работ.Публикации и апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 22работах, в том числе в 9 статьях в российских и зарубежных научных журналах и в 13тезисах докладов на всероссийских и международных научных конференциях.Результаты работы представлены на Международном форуме по нанотехнологиямRusnanotech 2010 (Москва), Международных научных конференциях студентов,аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011», «Ломоносов-2012» и «Ломоносов2013» (Москва), Школах ПИЯФ по физике конденсированного состояния ФКС-2013 иФКС-2015 (Санкт-Петербург), Международной научной школе «Современная нейтронография: от перспективных материалов к нанотехнологиям» (Дубна, 2011), XXIXВсероссийском симпозиуме молодых ученых по химической кинетике (Москва, 2011),Международной балтийской школе по физике твердого тела и магнетизму(Калининград, 2012), международных конференциях 10th Summer School on CondensedMatter Research (Цуг, Швейцария, 2011), 63rd Annual Meeting of the International Societyof Electrochemistry (Прага, Чехия, 2012), International Small-Angle Scattering ConferencesSAS 2012 (Сидней, Австралия) и SAS 2015 (Берлин, Германия).Работа проведена при поддержке Российского фонда фундаментальныхисследований (гранты № 11-03-00627-а, 12-03-00795-а, 13-08-12227_офи_м, 15-0809012_а), Министерства образования и науки РФ (ГК № 14.513.11.0017) и Российскогонаучного фонда (грант № 14-13-00809).Объем и структура работы.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
