ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ В РАСТВОРЕ МАЛОНОВОЙ КИСЛОТЫ ДИЭЛЕКТРИКА НА ОСНОВЕ АНОДНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ

February 21, 2013 by admin Комментировать »

Головатая С. В., Мозалев А. М., Позняк А. А. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ул. П. Бровки, 6, Минск, 220013, Республика Беларусь тел.: +375-017-2938957, e-mail: poznyak@bsuir.unibel.by

Аннотация — Экспериментально определены скорость и эффективность электрохимического анодирования алюминия и объёмный рост его пористого анодного оксида в растворе малоновой кислоты в широком интервале значений плотности анодного тока.

I.                                       Введение

Анодный оксид алюминия (АОА), широко используемый в настоящее время, благодаря уникальной ячеисто-пористой структуре, диэлектрическим и оптическим свойствам является перспективным материалом для многих новых применений, в том числе и для создания на его основе наноразмерных структур и композитных материалов [1-7].

II.                              Основная часть

Экспериментальные образцы готовили из алюминиевой фольги (99.95 %) толщиной /7д;=10,5рМ. Приконтактную область образца маскировали плотным анодным оксидом (АО), сформированным в 1 %-ном растворе лимонной кислоты при постоянном напряжении Eg, равном 290 В. Площадь анодируемой поверхности S составляла 4 см . В качестве электролита анодирования использовали водный раствор малоновой кислоты (МК) с концентрацией 0,6 М. Анодирование прекращали при полном окислении фольги в момент ускоренного возрастания Eg. Регистрировали время сквозного анодирования у, с и вычисляли скорость анодирования \/а = ЛдДа ,ММ С’^; измеряли толщину сформированного АО Ьаоа и рассчитывали коэффициент объёмного роста АОА Кр = Ьаоа/Ьа:· Исходя из времени анодирования и плотности тока, рассчитывали выход по току реакции электрохимического оксидирования алюминия η, %.

Экспериментальные зависимости, полученные в результате выполнения эксперимента, показаны на рис. 1. Видно, что скорость анодирования Vg возрастает прямопропорционально плотности анодного тока jg (рис. 1 а). Зависимость Кр =f (jg) (рис. 1 Ь) при изменении плотности тока до определённого предела также является возрастающей. Анализируя вид указанного графика, следует отметить, что указанная зависимость отличается от описанных в [1, 8— 10]. Существенная разница закпючается в наличии не одного, как в случае со щавелевой [1, 8, 9] или двух, как в случае серной кислотой [10], а трёх участков насыщения на полученной кривой. При этом начало первого участка соответствует плотности анодного тока около 3, второго— 7 и третьего— 35 мА см’^. Обращает на себя внимание совпадение границ участков на зависимостях Кр =f(jg)v\ η = f(jg) (рис. 1 с).

На изменение объёмного роста АОА может влиять главным образом адсорбция поверхностью оксида отрицательно заряженных примесных анионов из электролита и их частичное встраивание в структуру АОА, что приводит к её «разбуханию». Наличие первых двух участков насыщения можно объяснить тем, что МК является слабой и двухосновной, причём по первой ступени она диссоциирует существенно лучше.

чем по второй; при этом отщепление второго протона облегчается при дальнейшем повышении плотности тока. Таким образом, изменение плотности тока фактически меняет природу электролита. При этом наличие различных концентраций анионов с тем или иным зарядом влияет на объёмный рост АОА. Появление же третьего участка совпадает с изменением характера пористого анодирования при достижении плотностью тока значений, превышающих 30- 40 мА см’^и сопровождается отчётливым снижением эффективности процесса электрохимического анодного оксидирования А1 (рис. 1 с). При этих условиях более или менее широкий фронт анодирования продвигается не перпендикулярно, а параллельно поверхности алюминия, постепенно захватывая всё большую площадь образца. Природа этого явления требует дополнительных исследований, касающихся механизма протекания электрохимической реакции, а также морфологии и состава АОА, получаемого при очень высоких плотностях анодного тока. Рентгеноструктурные исследования не позволили обнаружить различий в кристаллической структуре образцов, полученных в данном эксперименте при значениях jg, равных 2,5; 60; 150 и 240 мА см’^.

Рис. 1. Зависимость скорости анодирования Vg, нм мин.”’ (а), коэффициента объёмного роста Кр (Ь) и выхода по току η, % (с) от плотности анодного тока Jg, мА см’^.

Fig. 1. Anodization rate Vg, nm mln~^ (a), volumetric growth factor Kp (b), and alumina yield η, % (с) versus anodic current density jg, mAcm~^

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь (грант № 05-3057).

III.                                  Заключение

Скорость гальваностатического анодирования алюминия в водном растворе малоновой кислоты возрастает пропорционально плотности анодного тока.

Коэффициент объёмного роста увеличивается с повышением плотности тока от 1,0 до 536 мА см’^и принимает значения от 1,38 до 1,73.

В отличие от водных растворов щавелевой и ор- тофосфорной кислот, исследованных ранее, для которых характерен один участок насыщения на кривой зависимости коэффициента объёмного роста алюминия от плотности анодного тока и сернокислотного электролита с явно выраженными двумя участками насыщения, для зависимости коэффициента объёмного роста алюминия от плотности анодного тока характерны три участка насыщения.

При увеличении плотности тока приблизительно до 35 мА см’^ происходит изменение характера анодного процесса.

IV.                           Список литературы

[1]  Позняк А. А. Формирование модифицированного анодного оксида алюминия для светоизлучающих структур. Дисс… канд. физ.-мат. наук. БГУИР. Минск. 2002.

[2]  Boccetta Р., Sunserii С., Bottino А., СараппеШ G. et al. Asymmetric alumina membranes electrochemically formed in oxalic acid solution. Journal of Applied Electrochemistry. 2002, 32, N. 9, p. 977-985.

Shingubara S., Murakami Y., Morimoto Κ., Takahagi T. Formation of aluminum nanodot array by combination of nanoindentation and anodic oxidation of aluminum. Surface Science. 2003, 532 – 535, p. 317 – 323.

[3]  Chu S. Z, Wada Κ., Inoue S., Todoroki S. Fabrication of oxide nanostructures on glass by aluminum anodization and sol-gel process. Surface and Coatings Technology. 2003,

169- 170, p. 190- 194.

[4]  Rehn L. E., Kestel B. J., Baldo P. М., Hiller J. et al. Selforganized porous-alumina implantation masks for generating nanoscale arrays. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B. 2003, 206, p. 490 – 494.

[5]  Врублевский И. A., Паркун В. М., Радионов А. А. Формирование трёхмерных пористых структур анодного оксида алюминия с использованием отжига и химического растворения. Известия Белорусской инженерной академии. 2005, № 1 (19)/5, с. 39 – 41.

[6]  Сокол В. А., Волчек С. А. Матричные автоэмиссионные катоды на основе пористого анодного оксида алюминия. Там же. 2005, № 1 (19)/5, с. 53 – 55.

Сурганов В. Ф., Мозалев А. М., Мозалева И. И. Объёмный рост анодного оксида и скорость электрохимического анодирования в оксалатном электролите Журнал прикпадной химии. 1995, 68, № 10, с. 1638- 1642.

[7]  Сурганов В. Ф., Мозалев А. М., Мозалева И. И. Скорость электрохимического анодирования алюминия и объёмный рост анодного оксида в растворах ортофосфорной кислоты Там же. 1997, 70, № 2, с. 267 – 272.

[8]  Головатая С. В., Резванова М. О., Мозалев А. М., Позняк А. А. Скорость электрохимического анодирования алюминия и объёмный рост его анодного оксида в водных растворах серной кислоты. Известия Белорусской инженерной академии. 2004, № 2(18)/2, с. 7-9.

PECULIARITY OF ALUMINIUM ANODIZATION IN MALONIC ACID SOLUTION

Golovataya S. V., MozalevA. М., PoznyakA. A.

Belarussian State University of informatics & Radioeiectronics P. Brovi<i Str, Minsi<, 220013, Beiarus Ph.: +375-017-2398957, e-maii: poznyai<@bsuirunibei.by

Abstract— Rate and efficiency of electrochemical aluminium anodization as well as volumetric growth of porous anodic alumina in malonic acid solution are experimentally determined.

I.                                         Introduction

Owing to its unique cellular-porous structure as well as dielectric and optical properties, anodic alumina is a prospective material for a lot of new application, including the production of nanostructures and composite materials.

II.                                        Main Part

Processes of galvanostatic anodization of aluminium foils (99.95 % pure, 10.5 μm thickness) are investigated in aqueous 0.6 M malonic acid solution at the anodic current density ja, ranging from 1.0 to 540 mA cm“^. Given the anodization duration, the rate and efficiency η (alumina yield) of anodic aluminium oxidation as well as its volumetric growth factor Kp were calculated after measuring the depth of alumina layers produced. The Va values were proven to be proportional to the anodic current density ja. At the same time, Kp increased with three saturation regions, the limits of which coincide with those of characteristic regions on the plot of η v/ersusja. The latter plot had one broad maximum in the region 7-35 mA cm”^. It came out, that, beginning from the ja values above 35 mA cm”^, the Kp growth stops, the η values clearly drop and the character of anodic processes changes. Under these conditions, the more or less wide anodization front moves parallel rather than perpendicular to the foil surface, occupying more and more the foil area. X-ray phase analysis failed to detect any differences in the crystal structure between samples produced in our experiments at ja values equal to 25, 60, 150 or 240 mA cm”^.

III.                                       Conclusion

Kp increases from 1.38 to 1.73 when ja is increasing from 1.0 to 536 mA cm“^.

Rate of the galvanostatic aluminium anodization in malonic acid solution is proportional to ja.

The plot of Kp versus ja in the case of aluminium anodization in malonic acid solution reveals three saturation regions, whereas one or two saturation regions were earlier found in oxalic and orthophosphoric acid solutions or sulphuric acid solution respectively.

When ja becomes approximately 35 mA cm“^, a change in character of anodic process occurs.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты