پاورپوینت شرح مراحل فرآیند آندایز

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

شرح مراحل فرآیند آندایز

اسلاید 2 :

روشهای سنتز نانوساختارها
آندایزینگ
فرآیند آندایز 2

اسلاید 3 :

فرآیند آندایز خود نظم یافته
فرآیند آندایز خود نظم یافته، یک فرآیند چند مرحلهای شامل عملیات زیر است:
عملیات پیش از آندایز
عملیات در حین آندایز خود نظم یافته
عملیات پس از آندایز

اسلاید 4 :

خلوص فلز مورد استفاده و هم چنین پیش عملیات آندایز، تأثیر بسزایی روی نظم حفرههای تشکیل شده به روش آندایز خود نظم یافته دارند.
پیش عملیات آندایز جهت از بین رفتن نواقص سطح، عبارتند از آنیل کردن (Annealing)، چربی زدایی (Degreasing) و پالیش (Polishing).
عملیات پیش از آندایز
چیدمان مربوط به آندایز آلومینیوم در بخش فیزیک دانشگاه شیراز

اسلاید 5 :

عملیات پیش از آندایز
در این مرحله، فشار روی سطح نمونه را کم کرده و آن را به مدت 4 الی 5 ساعت در دمایی حدود ˚C400 حرارت میدهیم.
این کار باعث افزایش اندازهی متوسط دانهها میشود، که معمولاً بیشتر از 100 میکرومتر است.
هم چنین موجب از بین رفتن فشارهای مکانیکی میگردد.
مطلوبترین زیر لایه جهت تولید آرایهی نانو حفرههای خود نظم یافته، فویل آلومینیوم با درصد خلوص بالا (999/99 %) میباشد.
آنیل کردن
در این گام، نمونه در حلالهای مختلفی مانند استون و اتانول با استفاده از امواج فراصوتی شست و شو داده میشود.
بدین ترتیب تمام چربیها از روی سطح نمونه برداشته میشود.
چربی زدایی

اسلاید 6 :

عملیات پیش از آندایز
مهمترین گام در عملیات قبل از آندایز، پالیش کردن میباشد که میتواند به صورت مکانیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی انجام شود.
به عنوان مثال برای آلومینیوم، عموماً از الکتروپالیش استفاده میشود.
برای تیتانیوم و تنگستن معمولاً این عمل به صورت مکانیکی انجام میگیرد.
در فرآیند الکتروپالیش، با گذشت زمان، جریان به صورت نمایی کاهش پیدا میکند؛ دلیل این امر این است که برآمدگیهای میکروسکوپیک باعث عبور جریان بیشتری از نمونه است که با کنده شدن این برآمدگیها جریانهای اضافه حذف خواهند شد.
دمای آزمایش، پارامتر مهمی است که در صیقلی شدن سطح تاثیر دارد که این دما معمولاً بین 5 تا 15 درجهی سانتیگراد انتخاب میشود.
پالیش

اسلاید 7 :

در حالت کلی، فرآیند آندایز به دو صورت آندایز تحت جریان ثابت و آندایز تحت ولتاژ ثابت انجام میگیرد.
آندایز خود نظم یافته
فرآیند رشد لایهی اکسید متخلخل
تحت آندایز آلومینیوم با جریان ثابت
فرآیند رشد لایهی اکسید متخلخل
تحت آندایز آلومینیوم با ولتاژ ثابت

اسلاید 8 :

آندایز تحت چگالی جریان ثابت
در گام b، با ادامهی آندایز، سوراخهایی (مقدمهی حفرهها) روی لایه سدی شروع به شکل گیری میکنند.
در گام c، لایهی سدی، شکسته شده و ساختار حفرهای شروع به رشد میکند.
نهایتاً رشد حالت پایای حفرهها در لایهی اکسید، در گام d، ادامه مییابد و پتانسیل آندایز در حین تشکیل حفرهها در حالت پایا، تقریباً ثابت باقی میماند.
زمانی که جریان ثابت برای رشد لایهی اکسید متخلخل اعمال میشود، در ابتدا، پتانسیل به صورت خطی افزایش پیدا میکند تا زمانی که به یک مقدار بیشینهی موضعی میرسد و پس از آن به تدریج کاهش مییابد و به حالت پایا میرسد.
در طول اولین دورهی زمانی، افزایش خطی پتانسیل مربوط به رشد خطی لایهی اکسیدی با مقاومت بالا (لایهی سدی) روی فلز میباشد.

اسلاید 9 :

آندایز تحت پتانسیل ثابت
در ابتدای فرآیند آندایز در پتانسیل ثابت، چگالی جریان با گذشت زمان به سرعت کاهش پیدا میکند و سریعاً به مقدار کمینهی خود میرسد.
پس از آن، افزایش چگالی جریان به طور خطی صورت میگیرد تا جایی که به یک مقدار بیشینهی موضعی برسد.
سپس چگالی جریان به آرامی کاهش مییابد و نهایتاً به حالت پایای خود میرسد.
در این حالت نیز تغییرات درون لایهی اکسیدی مانند حالت قبل میباشد، با این تفاوت که این بار رفتار چگالی جریان باعث این تغییرات میگردد.
نرخ کاهش اولیهی چگالی جریان، نقطهای که در آن مینیمم چگالی جریان رخ میدهد و هم چنین چگالی جریان حالت پایا، مستقیماً به شرایط آندایز از جمله پتانسیل آندایز، دما و غلظت اسیدی، وابسته میباشد.

اسلاید 10 :

آندایز تحت پتانسیل ثابت
با توجه به گزارش آور و یاهالوم، رابطهی چگالی جریان با زمان، که در فرآیند آندایز پتانسیل ثابت مشاهده میشود، برآیند دو فرآیند جفت شده میباشد.
اولین فرایند مربوط به تشکیل لایهی سدی است که منجر به کاهش نمایی جریان میشود.
دومین فرآیند مربوط به تشکیل حفرههاست، که افزایش جریان را به دنبال دارد.
روش آندایز با پتانیسل ثابت، بسته به شرایط کلی آزمایش مانند ولتاژ اعمالی، الکترولیت مورد استفاده و مقدار چگالی جریان به دو نوع آندایز نرم و آندایز سخت تقسیم بندی میشود.

اسلاید 11 :

آندایز نرم
در سال 1995، ماسودا و فوکادا طی یک فرآیند آندایز طولانی (در حدود 16 ساعت)، تحت پتانسیل ثابت و در اسید اکسالیک به عنوان الکترولیت، به آرایهی خود نظم یافتهای از نانوحفرههای آلومینا دست یافتند.
آنها گزارش کردند که عمق این حفرهها، که با دقت بسیار خوبی به صورت کندوی عسل تشکیل میشوند، با افزایش زمان آندایز، افزایش مییابد. به این روش آندایز، که روش آهستهای است و چگالی جریان در آن بسیار کم ( کمتر از 10 میلی آمپر بر سانتی متر مربع) میباشد، آندایز نرم گفته میشود.
در این فرآیند، حفرههای تولید شده از نظم بسیار خوبی برخوردار هستند؛ اما به دلیل سرعت کم رشد لایهی اکسیدی و همچنین شرایط خاصی که در آن حالتها، آرایهی منظمی از نانو حفرهها قابل دستیابی است، این فرآیند جهت استفاده در تولیدات صنعتی، زیاد مطلوب نیست.

اسلاید 12 :

در روش آندایز نرم، آرایههای منظم نانوحفرههای اکسید آلومینیوم فقط در سه رژیم زیر شکل میگیرند:
آندایز نرم
الکترولیت اسید سولفوریک در ولتاژ 25 ولت و با فاصلهی بین حفرهای در حدود 63 نانومتر
الکترولیت اسید اکسالیک در ولتاژ 40 ولت و با فاصلهی بین حفرهای در حدود 100 نانومتر
الکترولیت اسید فسفریک در ولتاژ 195 ولت و با فاصلهی بین حفرهای در حدود 500 نانومتر
زمانیکه فرآیند آندایز در خارج از رژیمهای فوق انجام شود، نظم فضایی حفرهها به شدت کاهش پیدا میکند.

اسلاید 13 :

آندایز سخت
در این فرآیند، محدودهی پتانسیل آندایز و مقادیر آن، برخلاف آندایز نرم، بسیار گسترده است.
لی و همکارانش نشان دادند که رژیمهای خود نظم یافتهی جدیدی تحت فرآیند آندایز سخت قابل دسترسی است.
آنها موفق شدند با استفاده از اسید اکسالیک و در ولتاژ بیشتر از 100 ولت، آرایهای منظم از نانو حفرههای آلومینای آندایز شده تولید کرده و یک رژیم خود نظم یافتهی جدید با فاصلهی بین حفرهای در حدود 200 تا 300 نانومتر معرفی نمایند.
مطالعات انجام گرفته در آندایز سخت نشان داده است که چگالی جریان، در یک پتانسیل آندایز مشخص، یکی از پارامترهای اصلی برای کنترل نظم نانوحفرههای تولید شده در لایهی اکسید فلزی میباشد.

اسلاید 14 :

مقایسهی آندایز سخت و آندایز نرم
مشخصهی آندایز سخت، چگالی جریان بسیار بالا است، که معمولاً 10 تا 100 برابر چگالی جریان در روش نرم میباشد.
نرخ رشد لایهی اکسید در آندایز سخت 25 تا 35 برابر سریعتر از نرخ رشد لایه اکسید در آندایز نرم است.
نرخ تغییر قطر حفرهها در آندایز سخت تقریباً 55 درصد کوچکتر از مقدار آن در آندایز نرم میباشد.
برای یک پتانسیل مشخص، نانوحفرههای آلومینای تولید شده در آندایز سخت، قطر کوچکتری نسبت به نانوحفرههای تولید شده تحت آندایز نرم دارند.

اسلاید 15 :

درصد تخلخل با نسبت سطح اشغال شده توسط حفرهها به کل سطح، تعریف میشود:
مقایسهی آندایز سخت و آندایز نرم
فاصلهی بین حفرهها در لایهی آلومینای متخلخل، به صورت خطی با پتانسیل آندایز در ارتباط است:
برای یک لایهی اکسید آلومینیوم آندایز شدهی منظم که تحت آندایز سخت تولید شده است، این مقدار حدود یک سوم مقداری است که برای نانوحفرههای آلومینای تولید شده در آندایز نرم محاسبه میشود.
مقدار ثابت تناسب این رابطه برای آندایز نرم و سخت، متفاوت است.
آهنگ تغییر فاصلهی بین حفرهها در اثر تغییرات ولتاژ، در آندایز نرم سریعتر است.

اسلاید 16 :

عملیات پس از آندایز
اکسید آلومینیوم را میتوان به روش شیمیایی از زیر لایهی آلومینیوم باقیمانده، که آندایز نشده است، جدا کرد.
به این منظور، نمونهی آندایز شده، برای مدت زمان معینی، در محلول کلرید مس (CuCl2) قرار داده میشود تا زیر لایهی آلومینیوم غیر اکسیدی حل شود.
جدا کردن بستر فلزی
این عمل به روش شیمیایی انجام میگیرد.
پس از جدا کردن اکسید آلومینیوم از بستر آلومینیومی آندایز نشده، لایهی اکسید متخلخل را، برای مدت زمان مشخصی، در اسید فسفریک غوطهور مینماییم.
این ترتیب لایهی سدی برداشته میشود یا به عبارت دیگر، ته حفرهها باز میشود.
زمان لازم برای باز شدن حفرهها، به طور مستقیم، به ضخامت لایهی سدی بستگی دارد و این مقدار نیز وابسته به شرایط آندایز میباشد.
جدا کردن بستر فلزی