بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
نانوحفره های اکسید آلومینیوم 3
اسلاید 2 :
هشتم
نانوساختارها
نانوساختارهای متخلخل
اسلاید 3 :
پارامترهای هندسی مشخصه نانوحفرههای آلومینای آندی
ضخامت لایهی سدی
در حین آندایز آلومینیوم، یک لایهی دی الکتریک بسیار نازک، چگال و فشرده در انتهای حفرهها شکل میگیرد که لایهی سدی نام دارد.
این لایه، ماهیتی مانند لایهی اکسیدی که به طور طبیعی در اتمسفر تشکیل میشود، دارد و تنها هنگامی اجازهی عبور جریان را میدهد که در ساختارش نقصهایی وجود داشته باشد.
حضور این لایهی سدی فشرده در انتهای حفرهها، انباشت الکتروشیمیایی فلزات به درون حفرهها را تقریباً غیر ممکن میسازد.
با در نظر گرفتن این محدودیت، ضخامت لایهی سدی از اهمیت ویژهای برخوردار میشود؛ و به نوعی عامل تعیین کنندهای برای کاربردهای بعدی نانوحفرههای ساخته شده به وسیلهی آندایز خواهد بود.
ضخامت لایهی سدی به طور مستقیم به پتانسیل آندایز وابسته است.
تغییرات ضخامت لایهی سدی با ولتاژ آندایز، وابسته به این است که آندایز در رژیم پتانسیل ثابت یا در رژیم چگالی جریان ثابت انجام شده باشد.
با افزایش دمای آندایز، در رژیم پتانسیل ثابت، کاهش ضخامت لایهی سدی مشاهده شده است.
در صورتی که در رژیم جریان ثابت، رابطهای درست برعکس آن دیده شده است.
به همین ترتیب افزایش غلظت اسید فسفریک در دمای ثابت، برای آندایز در پتانسیل ثابت، کاهش ضخامت لایهی سدی و در آندایز در چگالی جریان ثابت، افزایش این کمیت را به همراه دارد.
به طور کلی نرخ آندایز، برای الکترولیتهای مختلف و در کل محدودهی پتانسیل آندایز، بسیار نزدیک به 1 نانومتر بر ولت به دست آمده است.
برای بهترین شرایط خود نظم یافتهی آندایز که منجر به چیدمان شش گوشی کامل نانوحفرهها میشود، رابطهی زیر برای ضخامت لایهی سدی و فاصلهی بین حفرهای پیشنهاد شده است:
B ≈ Dc / 2
B: ضخامت لایهی سدی
ضخامت لایهی سدی در ساختار آلومینای آندی
در الکترولیتهای مختلف
اسلاید 4 :
پارامترهای هندسی مشخصه نانوحفرههای آلومینای آندی
تخلخل
تخلخل به عنوان نسبت سطح اشغال شده توسط حفرهها به کل سطح لایهی اکسید متخلخل، تعریف میشود.
برای یک شش ضلعی منظم با یه حفره دایرهای در مرکز آن، فرمول تخلخل به صورت زیر نوشته میشود:
تخلخل نانوساختارهای تولید شده به وسیلهی آندایز آلومینیوم، به طور اساسی به نرخ رشد لایهی اکسید و نرخ انحلال شیمیایی آن در الکترولیت اسیدی و هم چنین به شرایط آندایز از جمله نوع الکترولیت، غلظت الکترولیت، پتانسیل و دمای آندایز بستگی دارد.
مهمترین فاکتور در تعیین میزان تخلخل نانوساختار آلومینای آندی، پتانسیل آندایز و pH الکترولیت مورد استفاده، میباشد.
کاهش نمایی تخلخل با افزایش پتانسیل آندایز در اسید سولفوریک و اسید اکسالیک گزارش شده است.
همان طور که انتظار میرود، تخلخل نانوساختارها ممکن است تحت تأثیر زمان آندایز نیز باشد.
طولانی شدن مدت زمان آندایز، اغلب منجر به افزایش تخلخل نانوساختار تشکیل شده در تترابورات و اسید فسفریک میگردد.
افزایش دمای آندایز، باعث کاهش میزان تخلخل در نانوساختار تشکیل شده در اسید اکسالیک میشود، در صورتی که در آندایز در اسید سولفوریک اثر معکوسی مشاهده میگردد
اسلاید 5 :
پارامترهای هندسی مشخصه نانوحفرههای آلومینای آندی
چگالی حفره
در صنعت میکروالکترونیک، نانومواد با نظم بالا و با ساختاری شامل آرایهای فشرده از نانوحفرهها یا نانوتیوبها، بسیار مورد توجه هستند.
نانوحفرههای آلومینای آندی متخلخل، به دلیل تقارن شش وجهی سلولها، یک نانوساختار با بالاترین چگالی و فشردگی میباشد.
بنابراین تعداد حفرههایی که در حین آندایز شکل میگیرند، نمایانگر یکی از مهمترین ویژگیهای آلومینای متخلخل است.
برای توزیع شش گوشی سلولها در نانوساختارها، چگالی حفرهها به عنوان تعداد کل حفرههایی که مساحت 1 سانتیمتر مربع را اشغال کردهاند، تعریف میشود.
رابطهای که برای محاسبهی چگالی حفرهها پیشنهاد شده است، به صورت زیر میباشد:
اسلاید 6 :
پارامترهای هندسی مشخصه نانوحفرههای آلومینای آندی
ضخامت لایهی اکسیدی
روشهای مختلف و گستردهای برای اندازهگیری ضخامت لایهی آلومینای آندی متخلخل وجود دارد.
تکنیکهای اپتیکی و میکروسکوپی مانند SEM و TEM برای ارزیابی ضخامت لایهی اکسید آندی مورد استفاده قرار میگیرند.
به طور کلی پذیرفته شده است که در آندایز با جریان ثابت، ضخامت اکسید مطابق رابطهی زیر، به طور خطی با افزایش چگالی جریان، افزایش مییابد.
i: چگالی جریان (mA/cm2)
t: زمان (s)
k: مقداری ثابت و مستقل از چگالی جریان و دما
حالت پایدار رشد آلومینای آندی متخلخل، نتیجهی تعادل بین نرخ رشد و انحلال لایهی اکسید میباشد.
مقدار کلی اکسید حل شده، مجموع انحلال شیمیایی ناشی از حضور میدان الکتریکی و سونش شیمیایی است.
از این رو انحلال لایهی اکسید باید تابعی از غلظت یونهای هیدروژن در الکترولیت آندایز باشد؛ که خصوصاً با جذب H+ تسریع میگردد.
نرخ انحلال میدانی آلومینای متخلخل در دمای اتاق حدود 300 نانومتر بر دقیقه است، در صورتی که مقدار آن در غیاب میدان (انحلال شیمیایی) در حدود 0/1 نانومتر بر دقیقه میباشد.
کنترل دقیق رشد آلومینای متخلخل نیاز به دسترسی به اطلاعات دقیق مرتبط با نرخ انحلال شیمیایی اکسید در الکترولیتهای اسیدی دارد که این اطلاعات اجازهی کنترل دقیق قطر نانوحفره را نیز میدهد.
اسلاید 7 :
پارامترهای هندسی مشخصه نانوحفرههای آلومینای آندی
انبساط حجمی
انبساط حجم آلومینای آندی متخلخل، تحت عنوان نسبت پلینگ–بدورس هم شناخته میشود.
انبساط حجم به صورت نسبت حجم اکسید آلومینیوم، که در فرآیند آندایز تولید شده است، به حجم آلومینیوم مصرف شده، تعریف میشود:
MAlumina: وزن مولکولی اکسید آلومینیوم
MAl: وزن اتمی آلومینیوم
dAlumina: چگالی آلومینای متخلخل (gr/cm3 3/2)
dAl: چگالی آلومینیوم ( gr/cm3 2/7)
مقدار نظری PBR برای تشکیل آلومینای آندی متخلخل با بازدهی 100% جریان، 1/6 است.
مقدار تجربی انبساط حجمی، به دلیل بازدهی زیر 100% جریان، اندکی با مقدار نظری آن متفاوت میباشد و معمولاً از 0/9 تا 1/6 تغییر میکند.
به این ترتیب حجم آلومینیوم طی فرآیند آندایز، به مقدار چشمگیری افزایش مییابد.
اسلاید 8 :
عوامل مؤثر بر پارامترهای هندسی ساختار آلومینای متخلخل
تأثیر پتانسیل
تصاویر SEM از نانوحفرههای آلومینای آندایز شده در ولتاژهای مختلف
در الکترولیت اسید اکسالیک 0/3 مولار
تأثیر پتانسیل آندایز بر روی فاصلهی بین حفرهای برای آلومینای آندی متخلخل
تشکیل شده در الکترولیتهای مختلف
اسلاید 9 :
تأثیر نوع الکترولیت
هر الکترولیت مربوط به محدودهی مشخصی از پتانسیل آندایز میباشد.
آنالیز دادهها نشان میدهد که بیشترین چگالی حفرهها، در آندایز با الکترولیت اسید سولفوریک حاصل میشود.
عوامل مؤثر بر پارامترهای هندسی ساختار آلومینای متخلخل
تأثیر هم زدن الکترولیت
هم زدن الکترولیت در حین انجام فرآیند آندایز، امری ضروری و غیر قابل تردید است.
بدون هم زدن الکترولیت، دما در انتهای حفرهها به طور چشمگیری افزایش مییابد.
در اثر خروج ضعیف گرما، شکست لایهی اکسیدی و یا حل آندی، خصوصاً در جریانهای بالا (رژیم سخت)، به راحتی اتفاق میافتد.
هم زدن الکترولیت یکی از عوامل مؤثر بر پارامتر مهم در هندسه ساختار آلومینای متخلخل، یعنی قطر حفرهها، میباشد.
اسلاید 10 :
تأثیر دمای آندایز
با افزایش دمای آندایز، محدودهی پتانسیل آندایز کم میشود. چنانچه در دمای ˚C10 آلومینای متخلخل، تنها در گسترهی 17 تا 25 ولت تشکیل میشود.
بررسی نتایج تجربی حاکی از این است که دمای آندایز تأثیر چندانی بر تغییر فاصلهی بین حفرهای و ضخامت لایهی سدی ندارد؛ اما تغییرات قطر حفره و ضخامت دیواره با تغییر دمای آندایز، قابل توجه میباشد.
به طور کلی با افزایش دمای آندایز، قطر حفره افزایش یافته و ضخامت دیواره کاهش پیدا میکند.
کمترین سرعت حل شدن لایهی اکسید در دمای ˚C8- اتفاق میافتد و کوچکترین حفرهی تولید شده نیز در همین دما، گزارش شده است. به همین ترتیب، نازکترین دیوارههای سلولی در بیشترین دمای مطالعه شده، مشاهده میشود.
دمای آندایز بر میزان تخلخل لایهی آلومینای آندی و چگالی حفره نیز مؤثر است. تخلخل لایهی اکسید آلومینیوم، در کل محدودهی پتانسیل و برای تمام دماهای مطالعه شده، بین 10 تا 20 درصد میباشد.
عوامل مؤثر بر پارامترهای هندسی ساختار آلومینای متخلخل
اسلاید 11 :
تأثیر دمای آندایز
عوامل مؤثر بر پارامترهای هندسی ساختار آلومینای متخلخل
تأثیر دمای آندایز
بر حسب تغییرات پتانسیل
روی فاصلهی بین حفرهای
اسلاید 12 :
تأثیر دمای آندایز
عوامل مؤثر بر پارامترهای هندسی ساختار آلومینای متخلخل
تأثیر دمای آندایز
بر حسب تغییرات پتانسیل
روی قطرحفرهها
اسلاید 13 :
تأثیر دمای آندایز
عوامل مؤثر بر پارامترهای هندسی ساختار آلومینای متخلخل
تأثیر دمای آندایز
بر حسب تغییرات پتانسیل
روی ضخامت دیواره
اسلاید 14 :
تأثیر دمای آندایز
عوامل مؤثر بر پارامترهای هندسی ساختار آلومینای متخلخل
تأثیر دمای آندایز
بر حسب تغییرات پتانسیل
روی ضخامت لایه سدی
اسلاید 15 :
تأثیر دمای آندایز
عوامل مؤثر بر پارامترهای هندسی ساختار آلومینای متخلخل
تأثیر دمای آندایز
بر حسب تغییرات پتانسیل
روی تخلخل
اسلاید 16 :
تأثیر دمای آندایز
عوامل مؤثر بر پارامترهای هندسی ساختار آلومینای متخلخل
تأثیر دمای آندایز
بر حسب تغییرات پتانسیل
روی چگالی حفره
اسلاید 17 :
تأثیر زمان آندایز
به طور کلی پذیرفته شده است که، با وجود اینکه مدت زمان آندایز روی قطر حفرهها اثر میگذارد، اندازهی سلول را تغییری نمیدهد.
با بالا رفتن مدت زمان آندایز، قطر حفرهها افزایش پیدا میکند.
مدت آندایز بر نظم چیدمان حفرهها نیز تأثیر میگذارد.
با افزایش زمان آندایز در الکترولیتهای مختلف، آرایهی نانوحفرهها منظمتر میشود.
با گذشت زمان، تعداد ترکها و نقصهای خطی نیز در ساختار آلومینای متخلخل کاهش مییابد.
عوامل مؤثر بر پارامترهای هندسی ساختار آلومینای متخلخل
