Диссертация (1105446)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФАКУЛЬТЕТ НАУК О МАТЕРИАЛАХНа правах рукописиРОСЛЯКОВ ИЛЬЯ ВЛАДИМИРОВИЧУПОРЯДОЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОРИСТЫХ ПЛЕНОКАНОДНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯСпециальность02.00.21 – Химия твердого тела02.00.05 – ЭлектрохимияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата химических наукНаучные руководители:чл.-корр. РАН, проф., д.х.н. Лукашин А.В.в.н.с., к.х.н. Напольский К.С.Москва2015ОГЛАВЛЕНИЕ1.Введение................................................................................................................................52.Литературный обзор ..........................................................................................................102.1.
Оксидные пленки на поверхности алюминия ........................................................102.1.1. Барьерный тип анодного оксида алюминия ...............................................122.1.2. Пористый тип анодного оксида алюминия ................................................142.2.
Структура и состав пористых пленок анодного оксида алюминия .....................152.2.1. Диаметр пор...................................................................................................172.2.2. Расстояние между порами............................................................................182.2.3. Толщина барьерного слоя ............................................................................192.2.4.
Толщина пористой пленки ...........................................................................202.2.5. Химический состав и строение стенок пор ................................................212.2.6. Фазовый состав анодного оксида алюминия .............................................252.3. Зарождение и рост оксидных пленок пористого типа ..........................................262.3.1.
Начальные стадии формирования пористой структуры ...........................262.3.2. Выравнивание расстояния между порами ..................................................282.3.3. Модель вязкого течения ...............................................................................292.4. Упорядочение пор в двумерную гексагональную решетку .................................322.4.1. Анодирование в «мягких» условиях ...........................................................332.4.2.
Анодирование в «жестких» условиях .........................................................362.4.3. Доменная структура пористых оксидных пленок .....................................402.5. Количественные методы анализа степени порядка...............................................442.5.1. Виды порядка в структуре анодного оксида алюминия ...........................452.5.2. Быстрое преобразование Фурье ..................................................................482.5.3.
Анализ положения каналов на микрофотографиях ...................................502.5.4. Малоугловая рентгеновская дифракция .....................................................522.6. Влияние параметров подложки на структуру пористых пленок анодного оксидаалюминия ...................................................................................................................5522.6.1. Чистота алюминия и морфология его поверхности ..................................552.6.2.
Микроструктура алюминия .........................................................................572.6.3. Кристаллографическая ориентация алюминия ..........................................602.7. Постановка задачи исследования ............................................................................653.Экспериментальная часть ..................................................................................................673.1.
Исходные реактивы и материалы ...........................................................................673.2. Формирование пористых пленок анодного оксида алюминия ............................683.2.1. Подготовка алюминия ..................................................................................683.2.2. Анодирование в «мягких» условиях ...........................................................693.2.3. Анодирование в «жестких» условиях .........................................................703.2.4. Удаление алюминиевой подложки и барьерного слоя..............................713.3. Методы исследования ..............................................................................................733.3.1. Дифракция обратно рассеянных электронов .............................................733.3.2.
Растровая электронная микроскопия ..........................................................733.3.3. Атомно-силовая микроскопия .....................................................................743.3.4. Оптическая профилометрия.........................................................................743.3.5. Хроноамперо/кулонометрия ........................................................................743.3.6. Линейная вольтамперометрия .....................................................................743.3.7. Капиллярная конденсация азота при 77 К..................................................743.3.8. Малоугловая рентгеновская дифракция .....................................................754.Обсуждение результатов ...................................................................................................774.1. Электрохимические аспекты формирования анодного оксида алюминия .........774.1.1.
Линейная вольтамперометрия .....................................................................774.1.2. Влияние напряжения на структуру анодного оксида алюминия .............814.1.3. Анодное окисление алюминия в «мягких» условиях ................................844.1.4. Анодное окисление алюминия в «жестких» условиях..............................864.2. Количественная аттестация пористой структуры анодного оксида алюминиядифракционными методами ....................................................................................9134.3.
Формирование пористых оксидных пленок на поликристаллических фольгахалюминия ...................................................................................................................994.3.1. Микроструктура алюминиевой подложки .................................................994.3.2. Влияние микроструктуры алюминия на ориентационные корреляции всистеме пор ..................................................................................................1024.3.3.
Влияние микроструктуры алюминия на направление роста каналов ...1084.4. Формированиепористыхоксидныхпленокнасингулярныхграняхмонокристаллов алюминия ....................................................................................1134.4.1. Особенности анодного окисления сингулярных граней .........................1134.4.2. Ориентационные корреляции и мозаичность ..........................................1154.4.3.
Позиционные и продольные корреляции .................................................1194.4.4. Природавозникновениядальнодействующихориентационныхкорреляций ..................................................................................................1234.5.
Формированиепористыхоксидныхпленокнавицинальныхграняхмонокристаллов алюминия ....................................................................................1274.5.1. Влияние кристаллографической ориентации алюминия на направлениероста каналов ...............................................................................................
1284.5.2. Ориентационные корреляции и мозаичность ..........................................1345.Выводы ..............................................................................................................................1386.Список литературы ..........................................................................................................1407.Благодарности ..................................................................................................................1514ВВЕДЕНИЕ1.Пористыепленкиэлектрохимическиманодногоокислениемоксидаалюминия(анодированием)металла(АОА),вполучаемыекислыхрастворахэлектролитов, являются ярким примером пространственно-упорядоченных структур,имеющих важное практическое значение в современной науке и технике.
В настоящеевремя данный материал является основой для создания большого круга наноматериалов ивысокотехнологичных устройств. Примером могут служить работы, посвященныеполучению мембран для проведения процессов газоразделения и жидкостной фильтрации,матриц для формирования одномерных наноструктур различного состава и геометрии,подложек для газовых сенсоров и т.д.Идеальную структуру пористых пленок анодного оксида алюминия можнопредставить,какперпендикулярногексагональнуюсистемуподложке,упорядоченныхасетку.
Следуетвканалов,плоскостиподчеркнуть,образцакоторыерасполагаютсяформируютчто движущаясила идвумернуюмеханизмнаблюдаемого при определенных условиях анодирования упорядочения пор до сих пордоподлинно не известны, что может быть связано с одновременным влиянием многихфакторов на рост оксидной пленки, а также с отсутствием подходящих методовисследования для изучения процесса упорядочения на количественном уровне.В связи с этим поиск закономерностей формирования анодного оксида алюминия супорядоченным расположением каналов, знание которых упростит подбор оптимальныхусловий анодирования для получения пористых структур с малым содержанием дефектов,является актуальной задачей, решение которой необходимо для успешного использованияподходов самоорганизации при создании высокотехнологичных устройств новогопоколения.Впоследниегодыпоявилисьработы,показывающиеважнуюролькристаллографической ориентации алюминия, используемого в качестве исходногоматериала для формирования пористых оксидных пленок, в упорядочении каналов вгексагональную сетку.
В настоящее время ведется активный научный поиск в данномнаправлении, что объясняется его научной новизной и практической значимостью. Вчастности, исследование морфологии пористых пленок, полученных на металлическихподложках с различной кристаллографической ориентацией, проливает свет на некоторыефундаментальные аспекты упорядочения структуры АОА. Кроме того, открываютсяновые возможности создания малодефектных пористых структур на большой площадипутем использования широко распространенных методов текстурирования фольг в5нужном кристаллографическом направлении, например, прокатки и последующегоотжига.
Необходимо отметить, что в настоящее время среди научного сообщества нетединого мнения о влиянии микроструктуры металла на упорядоченность каналов АОА, амногие экспериментальные результаты достаточно противоречивы.Сучетомвышесказанного,разработка эффективногоспособауправленияморфологией пористых пленок и повышения их структурного совершенства путемконтроля микроструктуры и кристаллографической ориентации исходного алюминия всочетаниисразвитиемметодоваттестациипространственно-упорядоченныхнаноматериалов представляют собой актуальные проблемы химии твердого тела иэлектрохимии.Основной целью настоящей работы является установление взаимосвязи междупараметрами микроструктуры алюминия и морфологией оксидных пленок, формируемыхна его поверхности при различных условиях анодирования, для создания малодефектныхпористых структур на большой площади.
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}
