بخشی از مقاله
چکیده
فیلم اکسیدی نانو حفره ی آلومینای آاندی خود نظم یافته تحت فرایند آندایز سخت در الکترولیتی با ترکیب اکسالیک اسید و سولفوریک اسید ساخته شد. نمونه مورد نظر با دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد ارزیابی قرار گرفته و ساختار هندسی آن مشخص گردید. نمونه آندایز شده جهت افزایش قطر حفر ها تحت سونش شیمایی قرار گرفت. اثر میزان عبور نور ازقطرهای مختلف حفره ها با دستگاه طیف سنج نوری اندازه گیری شد. بررسی طیف عبوری از نمونه مشخص کرد که به علت افزایش قطر حفره ها میزان جذب نور به دلیل پراکندگی بیشتر، افزایش می یابد. البته استفاده از مخلوط اکسالیک اسید الایی برای نانو حفره ها ایجاد می کند .[4] رشد کند لایه اکسیدی منجر به ابداع روش جدیدی به نام آندایز سخت شد. که از مزیت های آن می توان به چگالی جریان بسیار بالا اشاره کرد .[5] آزمایش ها نشان می دهند که گام تعیین کننده نرخ رشد اکسید ، حرکت یونهای باردار در بین لایه اکسید است .[6] در این مقاله سعی شده است ازترکیب اکسالیک اسید و سولفوریک اسید نانو حفره های منظم با فرآیند آندایز سخت تولید شوند. سپس خواص نوری آن مورد بررسی قرار گیرد. با بررسی خواص نوری میزان عبور و جذب نور از فیلم ساخته شده اندازه گیری می شود.
کارتجربی
در این ازمایش از یک ورق آلومینیوم با درجه خلوص ٪99/999 به ضخامت 0/25 میلیمتر استفاده شده است. قرص آلومینیوم به قطر 10 میلیمتر برش داده شده است ، سپس برای چربی زدایی در استون به مدت 5 دقیقه شستشو داده می شود. برای از بین بردن ناهمواریهای در حد میکرون آلومینیوم و تبدیل آنها به مقیاس نانومتر قرص آلومینیوم صیقل کاری شیمیایی می شود. محلول لازم برای صیقل کاری شیمیایی شامل پرکلریک اسید و اتانول به نسبت حجمی 1 به 4 است. این فرآیند در دمای اتاق با ولتاژ 20 ولت و چگالی جریان 80 mA/cm2 و به مدت 3 دقیقه انجام می شود. فرایند آندایز تحت شرایط مختلف ولتاژ و غلظت الکترولیت بعد از صیقل کاری شیمیایی انجام میشود. در اینجا محلول الکترولیت شامل اکسالیک اسید 0/3 - مولار - و سولفوریک اسید 0/005 - مولار - تحت شرایط ولتاژ ثابت 115 ولت به مدت یک ساعت انجام میشود. در ابتدای فرآیند آندایز برای اینکه نمونه در جریان بالا نسوزد 10 دقیقه آندایز نرم با ولتاژ ثابت 40 ولت انجام شده و ولتاژ آندایز با نرخ 0/4 v/s به 115 ولت رسیده و آندایز وارد مرحله فاز سخت میشود .[4] همانطور که از شکل - 1 - پیداست در پتانسیل ثابت ، نمودار جریان به طور نمایی به صورت تابعی از زمان کاهش می یابد. بعد از پانِی فرآیند ، آلومینیومِ نمونه آندایز شده با محلولی شامل هیدرو کلریک اسید - آب دوبار تقطیر شده و سولفات مس - که تا مقدار اشباع به محلول اضافه می شود - حذف می شود. سپس نمونه مورد نظر توسط محلول 0/5 مولارِ فسفریک اسید به منظور افزایش قطر حفره ها سونش شیمیایی می شود. مدت زمان هر سونش شیمیایی20 دقیقه در نظر گرفته شده است و 4 مرتبه این کار تکرار می شود. بعد از هر بار سونش شیمیایی با استفاده دستگاه طیف سنج نوری که نور به صورت عمود - 90 - به نمونه تابیده می شود ، میزان عبور نور اندازهگیری می شود.
بحث و بررسی
درطی فرآیند آندایز سخت یک لایه اکسید بر روی آلومینیوم تشکیل می شود. زمانیکه فرآیندهای تولید و انحلال اکسید به تعادل برسد نرخ رشد اکسید ثابت می شود و در این حالت جریان آندایز به حالت پایا می رسد. در فرآیند آندایز نرم برای رسیدن به نمونه ایی منظم به زمان زیادی نیاز است ، زیرا نرخ رشد حفره ها بسیار کم است. ولی در آندایز سخت با گذشت زمان ، با افزایش رشد لایه سدی و عمق حفره ها غلظت یون های موجود در پایین حفره ها کاهش پیدا کرده و همچنین میدان در دیواره ها به صفر می رسد و در مرز - اکسید/ الکترولیت - با افت پتانسیل و کاهش چگالی جریان مواجه میشویم .[7] تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نانو حفره های موازی آلومینا در شکل - 2 - دیده می شود. که تحت آندایز سخت به صورت منظم شکل گرفته اند. برای نمونه ساخته شده قطر حفره ها - DP - و فاصله بین حفره ها - Dint - ولتاژ آندایز تنها عامل تعیین کننده قطر نانو حفره های آلومینا در آندایز نرم است. ولی در آندایز سخت علاوه بر ولتاژ ، جریان نیز بر قطر حفره ها اثر دارد ولی نسبت به ولتاژ تاثیر کمتری دارد .[3] همانگونه که در شکل - - 3 دیده میشود به دلیل جریان بالای فرآیند آندایز - شکل - 1و اعمال تنشِ بین حفره ایی بالا و تلاش حفره ها برای کاهش آن ، حفره ها ساختاری منظم به خود می گیرند. نمایِ شماتیکی از اکسید آلومینای آندی حفره دار از ود جهتِ مقابل و جانبی در شکلهای 4 - الف - و4 - ب - قابل مشاهده است. شکل : - 4 - - الف - طرحواره از نمایِ جانبی از اکسید آلومینای حفره دار.
- ب - طرحواره از نمایِ مقابل از اکسید آلومینای حفره دار. tb - ضخامت لایه سدی و tw ضخامت دیواره - . در این تحقیق نمونه آندایز شده جهت افزایش قطرحفره ها به تعداد 4 بار تحت سونش شیمیایی قرار گرفته سپس عبور نور از این نمونه بعد از هر بار سونش شیمیایی اندازه گیری شده است ، که در شکل - 5 - دیده می شود. همان طور که در شکل دیده می شود ، نمونه بعد از هر بار سونش شیمیایی نور کمتری از خود عبور می دهد. بنابراین می توان گفت هر چه قطر حفره ها افزایش می یابد پاشندگی نور در داخل حفره ها زیاد می شود. این موضوع با رابطه 2d = m بیان میشود. به این صورت که هر چه قطر حفره ها - d - بزرگتر شود حفره ها طول موجهای بزرگتری را پراشیده می کنند .[8] با بررسی دقیق تر نمودارهای شکل - 5 - به این نتیجه می رسیم که در زمانهای اولیه سونش شیمیایی چون از مقدار آلومینا کاسته می شود ، در طول موج های کمتر از 600 نانومتر ابتدا مقدار عبور نور افزایش می یابد ، ولی بعد از گذشت زمان 40 دقیقه با افزایش قطر حفره ها و غالب شدن اثر پراکندگی مقدار عبور نور به طور محسوسی کاهش پیدا می کند.
