Диссертация (1105446), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

рис. 2.26).Для определения направления ориентации системы пор в плоскости пленкирассчитывается среднее значение угла φ между векторами, соединяющими выбраннуюпору (№ 0) с соседними внутри окружности заданного радиуса (№№ 1-6), игоризонтальным направлением (рис. 2.31). Перед усреднением найденные углы φi междуцентральной (№ 0) и i-й порой приводятся в интервал [0°; 59°] путем вычитания 60° ввидугексагональной симметрии упаковки.Анализ мозаичности структуры дифракционными методами также возможен,однакотребуетиспользованияпозиционно-чувствительногодвухкоординатногодетектора.

В этом случае изотропное распределение интенсивности по кольцу (рис. 2.32,слева) говорит об отсутствии ориентационных корреляций в структуре. Напротив,наличиевыделенногонаправленияориентации в плоскости пленки приводит кпоявлениюшестидифракционныхмаксимумов одного порядка (рис. 2.32,справа), соответствующих гексагональнойупаковкеканалов.Ширинаданныхмаксимумов в азимутальном направленииявляется мерой мозаичности анализируемойпористой структуры.Продольный порядокВпроцессеанодногоокислениялинии напряженности электрического поляориентируются по нормали к поверхностиметалла. Это является фундаментальнойРис.

2.31. Определение угла ориентацииφ единичной поры для кластера извыбранной поры и ее ближайшегоокружения [21].46причиной формирования массивацилиндрическихканалов,расположенных преимущественноперпендикулярноподложки.плоскостиВAlпроцессеупорядочения системы пор и ростаразмерадоменоввозможноРис. 2.32. Общий вид дифракционных картин сизотропнымраспределениеминтенсивности(слева) и с шестью дифракционными рефлексамиодного порядка (справа) [88].перестроение структуры за счетветвленияизмененияканаловихи/илиположениявплоскости. Это может приводить к некоторому отклонению длинной оси каналов отнормали к поверхности пористой пленки.Величинуразориентацииканаловвдольнаправленияихростаможноохарактеризовать углом β.

Геометрический смысл данной величины проиллюстрирован нарисунке 2.33. В первом случае под β понимается угол между направлением роста двухотдельно взятых пор, а во втором случае β – угол между прямыми сегментами одного илиразных каналов. Усредняя величины углов разориентации по массиву каналов и толщинемембраны можно получить среднюю величину, характеризующую продольный порядок впористой структуре анодного оксида алюминия.

Альтернативным параметром приописании продольного порядка может служить длина прямолинейных участков пор илипродольная корреляционная длина (Lz). Среднее значение Lz характеризует толщинупористой пленки, на протяжении которой отклонение между каналами анодного оксидаалюминия и набором идеальных прямых цилиндров, расположенных перпендикулярноповерхности образца составляет величину меньшую, чем диаметр канала.

Очевидно, чтовеличинаявляетсяLzобратнойпоотношению к углу β: чем больше средняяразориентация каналов вдоль направленияихроста,темменьшесредняядлинапрямолинейных участков пор, и наоборот.Оценкапродольногопорядкаподанным растровой или просвечивающейэлектронноймикроскопии(рис.2.34)возможна только на качественном уровне ив случае значительных различий междуРис. 2.33. Схематичное изображениеструктуры анодного оксида алюминия.Показаны угол разориентации пор впродольном направлении (β) и длинапрямых участков (Lz) [103].47исследуемыми объектами [89].

Однойиз мер продольного порядка такжеможетвыступатьколичествоветвлений канала на единицу длины.Дляпористыхоксидапленокалюминия,анодногополученныхв0,3 М растворе щавелевой кислотыпри 40 В, оценки среднего количестваветвленийприводяткзначению~ 1/40 мкм–1 [60].Рис. 2.34. Изображение скола пленки АОА награнице двух зерен подложки: Al(110) – слеваи Al(100) – справа [89].Уникальные возможности для количественной аттестации продольного порядка вструктуреанодногооксидаалюминиядаютметодымалоугловойдифракциирентгеновского излучения и нейтронов в геометрии на пропускание (см. раздел 2.5.4).

Дляэтого в ходе эксперимента регистрируют серию дифракционных картин в процессевращения образца на угол ~ 5° относительно нормального положения вокруг оси,перпендикулярной пучку. Анализируя зависимость интегральной интенсивности пиков,располагающихся в горизонтальном секторе позиционно-чувствительного детектора приповороте образца вокруг вертикальной оси, можно получить соответствующую кривуюкачания. Данная зависимость в случае анодного оксида алюминия имеет ярковыраженный максимум, отвечающий предпочтительному направлению роста пор понормали к поверхности подложки. Ширина данного максимума показывает среднююразориентацию каналов в продольном направлении.2.5.2.

Быстрое преобразование ФурьеБыстрое преобразование Фурье (Fast Fourier Transform – FFT) – это один изспособов перевода изображений пористой структуры анодного оксида алюминия влинейную комбинацию периодических функций в обратном пространстве. Общий видполучаемых FFT изображений зависит от морфологии исходной структуры (рис. 2.35),при этом основные закономерности данной взаимосвязи аналогичны наблюдаемым вдифракционном эксперименте:одноширокоекольцо–близкиерасстояниямеждупорами,дальнодействующий позиционный и ориентационный порядок отсутствует;несколько узких колец – упорядоченные домены малого размера, которыеразориентированы в плоскости образца;48узкие кольца с шестью максимумами – упорядоченные домены достаточнобольшого размера, в структуре присутствует выделенное направлениеориентации рядов пор в плоскости образца.Рис. 2.35.

Морфология пленок анодного оксида алюминия после двухстадийногоанодирования в 0,3 М растворе щавелевой кислоты при различных напряжениях: 30 В (а),40 В (б), 50 В (в) и 60 В (г). На вставках приведены соответствующие FFT изображения[90].Применение быстрого преобразования Фурье наиболее рационально в качествеэкспрессного метода для качественного сравнения степени порядка в пористыхструктурах схожей морфологии, когда их визуальные отличия минимальны (рис.

2.36).Однако, количественная аттестация изображений на основе FFT подхода сопряжена срядом трудностей. В работе польских ученых [90] было показано, что использованиесоотношения интенсивности первого пика на Фурье-изображении (H) к его ширине наполувысоте (W1/2) в качестве меры позиционного порядка (R) не является корректным вбольшинстве случаев:RH.W1/ 2(2.10)Распределение интенсивностей на FFT-диаграмме сильно зависит от размераанализируемого изображения (S), количества объектов на нем (N) и пористости анодного49оксида алюминия (p). В работе [91] были получены поправочные коэффициенты ввыражение (2.10), которое более строго можно записать какNS  2R3p2H.W1/ 2(2.11)Необходимо отметить, что коэффициенты в выражении (2.11) получены наосновании анализа эмпирических зависимостей H и W1/2 от вышеуказанных параметровизображения и не имеют под собой строгого математического аппарата.

Это ставит подсомнение корректность результатов, полученных с использованием выражения (2.11).Рис. 2.36. Морфология верхней (слева) и нижней (справа) поверхности анодного оксидаалюминия (0,3 М щавелевая кислота, U = 40 В) после второй стадии анодирования.Изображение с нижней поверхности получено после удаления барьерного слоя. Навставках приведены соответствующие FFT диаграммы [28].2.5.3. Анализ положения каналов на микрофотографияхВ последние годы в качестве альтернативы преобразованию Фурье широкоераспространение получили методы аттестации степени порядка в системе пор АОА,основанные на прямом анализе положения каналов на изображении с использованиемразличных моделей.

На предварительном этапе работы с помощью различных программ(ImageJ [92] и др.) на исходном изображении пористой структуры определяют координатыцентра масс каждой поры. Полученный таким образом массив пространственныхкоординат служит входными данными для статистической обработки микрофотографий.В одной из первых работ по данной тематике [93] авторами предложеноиспользование метода триангуляции Делоне для представления массива каналов в виденабора треугольников с центрами в вершинах пор. Далее в автоматическом режимепроисходил отбор равносторонних треугольников, которые соответствуют бездефектнойгексагональной упаковке каналов.

Характеристики

Список файлов диссертации