بخشی از مقاله
چکیده
اکسیداسیون آندی فرآیندی است که طی آن یک لایهی اکسید محافظ در سطح فلز مورد نظر به وجود می آید. ،برای انجام فرآیند از یک منبع DC استفاده میشود و فلز مورد نظر به عنوان آند به قطب مثبت و کاتد مورد استفاده که معمولاً از جنس پلاتین یا کربن است، به قطب منفی متصل می شود. در این پژوهش تأثیر ولتاژ بر روی قطر و یکنواختی بررسی می شود. برای این منظور از الکترولیت آبی حاوی %1 حجمی هیدروفلوئوریک اسید استفاده شد و فرآیند آندایزینگ تحت ولتاژهای 15، 20 و 25 ولت در مدت زمان 20 دقیقه انجام گرفت. برای بررسی مورفولوژی نانولههای سنتز شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی - FE-SEM - استفاده شد. مشاهدات نشان میدهد که با افزایش ولتاژ قطر نانولولهها افزایش پیدا کرده است و همچنین نانولولههای سنتز شده از نظم و یکنواختی بالاتری برخوردار است.
مقدمه
روش الکتروشیمیایی اکسیداسیون آندی یا آندایزینگ جزء روشهای اصلاح سطحی مناسبی میباشد که برای تیتانیوم معرفی شدهاست. اولین بار در سال 1999 زوئیلینگ و همکارانش موفق به ایجاد نانوحفرههایی در سطح فویل تیتانیوم از طریق آندایز کردن در الکترولیت حاوی هیدروفلوئوریک اسید شدند .[1] در ادامه در سال 2001 گانگ و همکارانش موفق به سنتز نانولولههای اکسید تیتانیوم در الکترولیت رقیق شده هیدروفلوئوریک اسید شدند .[2] همانطور که در شکل 1 مشاهده میکنید، با اعمال ولتاژ اتمها در سطح آند با اکسیژن موجود در الکترولیت لایه اکسید را به وجود میآورند و در سطح کاتد نیز گاز نیتروژن آزاد می شود. در فرآیند آندایزینگ، از طریق کنترل واکنش اکسیداسیون و انحلال، شرایط برای رشد نانولولهها فراهم می شود. خواص و کاربرد نانولولههای سنتز شده توسط طول، ضخامت دیواره، قطر حفرهها مشخص می شود. پارامترهایی که ویژگیهای بالا را تحت تأثیر قرار می دهند شامل دما، زمان، pH الکترولیت، ولتاژ اعمالی، نوع کاتد و ویسکوزیته الکترولیت هستند. هر کدام از موارد ذکر شده به تنهایی می توانند تأثیرات متفاوتی بر نحوه شکلگیری نانولولهها و در نتیجه خواص نهایی آنها بگذارند. مراحل شکلگیری نانولولههای اکسید تیتانیوم در تحقیقات بسیاری مورد بررسی قرار گرفته است .[3,4] در مراحل اولیه فرآیند واکنش یونهای O2- و OH- موجود در الکترولیت با فلز تیتانیوم یک لایهی اکسید در سطح آند به وجود می آورد. بعد از تشکیل لایهی اکسید، آنیونها به درون آن نفوذ میکنند و به فصلمشترک اکسید و فلز میرسند و با فلز وارد واکنش میشوند. در مرحلهی بعدی کاتیونهای فلز از فصل مشترک الکترولیت و فلز که توسط میدان الکتریکی ایجاد شده به طرف بیرون یعنی در جهت وارد شدن به الکترولیت رانده می شوند.
شکل -1 تصویر طرح وار از اکسیداسیون آندی[5]
مراحل تشکیل نانولولهها به صورت طرحوار در شکل 2 نشان داده شده است. شکل -2 الف تشکیل لایهی اکسید بر سطح تیتانیوم را نشان میدهد. معمولاً تشکیل لایهی اکسید همراه با تغییر حجم است که سبب به وجود آمدن تنش میشود، در نتیجه در نقاطی که تنش وجود دارد انحلال صورت می گیرد و همانطور که در شکل -2ب نشان داده شده است، حفرههایی در اکسید به وجود میآید. با گذشت زمان تعداد حفرههای ایجاد شده افزایش می یابد. انحنا در کف حفرهها نسبت به سایر قسمتها بیشتر است - شکل -2 پ - ، در نتیجه شدت میدان الکتریکی و دانسیته جریان در کف حفرهها بیشتر خواهد بود و سرعت انحلال در این مناطق بیشتر است و با گذشت زمان حفرهها عمیقتر میشوند. دهانه حفرهها تحت تأثیر میدان الکتریکی قرار نمی گیرند، در نتیجه دست نخورده باقی میمانند. با عمیقتر شدن حفرهها، شدت میدان الکتریکی بر روی نقاط برجسته افزایش یافته، باعث انحلال آنها می-شود و طبق شکل -2 ت منافذی بین حفرههای اولیه به وجود میآید. در نهایت عمق نانوحفرههای ایجاد شده و منافذی که بین نانوحفرهها به وجود آمده است برابر میشود و نانولولهها به وجود میآیند
