بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
معرفی فرآیند آندایز و روشهای مختلف آن
اسلاید 2 :
روشهای سنتز نانوساختارها
آندایزینگ
فرآیند آندایز 1
اسلاید 3 :
تکنیکهای الکتروشیمایی
فناوری نانو به همراه مهندسی سطح، در راستای تولید نانوساختارهای متنوع و مواد جدید، اخیراً مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است.
یکی از رایجترین تکنیکها جهت تولید نانوساختارها، روش لیتوگرافی میباشد.
با توجه به هزینههای بالای استفاده از روش لیتوگرافی، محققان در صدد یافتن روشی با همین دقت اما ارزان تر برآمدند.
در این راستا، تکنیک الکتروشیمیایی یکی از گزینههایی است که هم ارزانتر بوده و هم از دقت بالایی برخوردار میباشد.
اسلاید 4 :
برای آمادهسازی مواد به روشهای الکتروشیمیایی، دو رویکرد اصلی وجود دارد:
تکنیکهای الکتروشیمایی
شامل انحلال آندی یک فلز میباشد که در نهایت منجر به دستیابی به ساختار خاصی از سطح مورد نظر میگردد.
رویکرد آندی
این رویکرد جهت تولید نانوساختارهای یک بعدی و حتی دو بعدی، مانند نانو سیمها، نانولولهها و تک لایهها، به کار میرود. در رویکرد کاتدی، فلز مورد نظر نقش کاتد را ایفا میکند.
رویکرد کاتدی
اسلاید 5 :
تاریخچه آندایز
آندایز برای اولین بار، در سال 1923، در مقیاس صنعتی و برای جلوگیری از خوردگی هواپیماهای دریایی، با استفاده از اسید کرومیک، مورد استفاده قرار گرفت.
این فرآیند به سرعت گسترش یافت و برای اولین بار در سال 1927، توسط گوور و اوبرین، در الکترولیت اسید سولفوریک انجام شد.
آندایز با اسید اکسالیک برای اولین بار در ژاپن و پس از آن، به صورت گسترده، در آلمان ، خصوصاً در کاربردهای معماری، مورد استفاده قرار گرفت.
اسلاید 6 :
آشنایی با فرآیند آندایز
آندایز یک فرآیند الکتروشیمیایی است که برای افزایش ضخامت لایهی اکسیدی که به صورت طبیعی روی سطح فلزات تشکیل میشود، مورد استفاده قرار میگیرد.
این فرآیند بر روی فلزاتی مانند تیتانیوم، روی، تنگستن و خصوصاً آلومینیوم انجام میگیرد.
فرآیند آندایز، برای آهن و استیل کربن مفید نیست؛ زیرا این فلزات در حین آندایز، ورقه ورقه میشوند.
آندایز کردن باعث تغییر بافت میکروسکوپی سطح و ساختار کریستالی فلز در نزدیکی سطح میشود.
لایههای آندی عموماً سختتر و چسبندهتر از انواع رنگها و روکشهای فلزی میباشند.
این لایهها هم چنین مقاومت بیشتری در برابر خوردگی و ساییدگی دارند.
اسلاید 7 :
فرآیند آندایز در یک سلول الکتروشیمیایی انجام میشود.
آشنایی با فرآیند آندایز
یک سلول الکتروشیمیایی متشکل از سه بخش اصلی میباشد:
آند
کاتد
محلول الکترولیت
فلز مورد نظر، با درصد خلوص بسیار بالا، به عنوان آند قرار میگیرد.
فلز دیگری، از جمله آلومینیوم، تینانتوم، پلاتین، پلادیم، نیکل، تنگستن و .، در جایگاه کاتد مینشیند.
ماهیت الکترولیت، بسته به نوع لایهی اکسیدی و خصوصیات آن (مانند قطر حفره ها، فاصله ی بین حفره ها و .)، تغییر میکند.
اسلاید 8 :
انواع لایههای اکسیدی
در حالت کلی، فرآیند آندایز منجر به تولید دو نوع لایهی اکسیدی میشود:
لایهی اکسید سدی
لایهی اکسید متخلخل
نوع و ماهیت الکترولیت مورد استفاده در این فرآیند، تعیین کنندهی نوع رشد لایهی اکسید، روی سطح فلز است.
اسلاید 9 :
لایهی اکسید سدی
اگر آندایز در الکترولیت خنثی (یعنی 7-5=pH) انجام شود، یک لایهی اکسید آندی از نوع سدی، که نامتخلخل و نارسانا و به شدت چسبنده است، روی سطح فلز تشکیل میگردد.
این لایهی اکسیدی از نظر شیمیایی بی اثر بوده و بسیار نازک و به صورت دی الکتریک فشرده میباشد.
الکترولیتهایی که در تشکیل این نوع لایهی اکسیدی استفاده میشوند عبارتند از: اسید بوریک، آمونیوم بورات، آمونیوم تارتریت، محلول فسفات آبی، پرکلریک اسید و برخی الکترولیتهای آلی مانند اسید سیتریک، اسید مالیک، اسید ساسینک و اسید گلیکولیک .
اسلاید 10 :
لایهی اکسید متخلخل
زمانی که فرآیند آندایز در حضور اسیدهای قوی انجام شود، لایهی اکسید حاصل متخلخل خواهد بود.
برای آندایز آلومینیوم اسید سولفوریک، اسید اکسالیک و اسید فسفریک بیشترین کاربرد را دارند.
الکترولیتهایی که در آندایز تنگستن مورد استفاده قرار میگیرند، سدیم فلوراید، سدیم هیدروکسید، اسید اکسالیک و اسید فسفریک میباشند.
الکترولیتهایی که برای آندایز تیتانیوم گزارش شدهاند عبارتند از: آمونیوم فلوراید، اتیلن گلیکول، اسید سولفوریک، اسید هیدروفلوئوریک، اسید نیتریک و آمونیوم سولفات.
اکسید فلزی آندی متخلخل را میتوان به دو روش تولید کرد:
آندایز به وسیلهی پیش الگوی راهنما
آندایز خود نظم یافته
اسلاید 11 :
آندایز به وسیله ی پیش الگوی راهنما
در این روش، الگو روی سطح صیقلی شدهی فلز مورد آزمایش تشکیل میگردد و نانوحفرههای حاصل از آن نظم ایده آلی دارند.
تشکیل الگو روی سطح فلز به روشهای مختلفی انجام میگیرد.
یکی از این روشها، دندانه گذاری مستقیم سطح فلز به کمک نوک تیز پروب میکروسکوپ روبشی میباشد که در آن، هر نمونه باید به صورت جداگانه دندانه گذاری شود.
با توجه به اینکه زمان زیادی صرف این کار میشود، روش ذکر شده تنها در کاربردهای آزمایشگاهی مورد استفاده قرار میگیرد.
اسلاید 12 :
شیوهی دیگر الگو گذاری، لیتوگرافی است.
در این روش، سطح فلز به وسیلهی مهر یا شابلون حکاکی میشود.
این مهر تشکیل شده از آرایهی چیده شدهی برآمدهای که میتواند چندین بار برای منقوش کردن سطح فلز استفاده شود.
پس از منقوش کردن، آرایهی تو رفتهی سطح فلز، ناشی از برآمدگیهای شابلون میباشد.
عمق این تو رفتگیها، در حدود 20 نانومتر است.
شکلها و چیدمانهای مختلف برجستهی روی شابلون، منجر به تشکیل آرایههای مختلف نانوحفرهها، از جمله آرایهی مثلثی، مربعی و شش گوشی میگردد.
آندایز به وسیله ی پیش الگوی راهنما
اسلاید 13 :
آندایز خود نظم یافته
در آندایز خود نظم یافته، بدون استفاده از شابلون، حفرهها به صورت خود انگیخته و با اعمال ولتاژ به سلول الکتروشیمیایی، شکل میگیرند و به همین دلیل به این نام شناخته میشود.
ساختاری که در این روش شکل میگیرد، به صورت آرایهای از نانوحفرههای استوانهای شکل است که هرکدام در مرکز یک سلول شش گوشی قرار دارد.
اسلاید 14 :
در توضیح خود نظم یافته بودن این فرآیند، یک حالت پایا برای رشد حفرهها در نظر گرفته میشود.
در آندایز خود نظم یافته، حفرهها به صورت عمود بر سطح زیر لایهی فلزی رشد میکنند.
آندایز خود نظم یافته
این امر در حالت تعادل بین دو فرآیند رقابتی زیر رخ میدهد:
حل شدن لایهی اکسید در سطح مشترک لایهی اکسید و الکترولیت، که ناشی از حضور میدان الکتریکی میباشد.
رشد لایهی اکسید در سطح مشترک فلز و لایهی اکسید.
اسلاید 15 :
رشد لایهی اکسید در سطح مشترک فلز و لایهی اکسید، به دلیل مهاجرت یونهای حامل اکسیژن (O2- و OH-) از محلول الکترولیت به درون لایهی اکسید، در ته حفرهها اتفاق میافتد.
از طرف دیگر، یونهای فلزی، که در لایهی اکسید در حال پیشروی هستند، در سطح مشترک لایهی اکسید و الکترولیت، به درون محلول الکترولیت رانده میشوند.
آندایز خود نظم یافته
در واقع مهاجرت یونهای فلزی به دورن محلول الکترولیت، شرط لازم برای رشد لایهی اکسید متخلخل میباشد.
زمانی که این یونها به سطح مشترک لایهی اکسید و الکترولیت میرسند، موجب رشد لایهی سدی میشوند و به این ترتیب در شکل گیری لایهی اکسید ایفای نقش مینمایند.
