ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИКА НА ОСНОВЕ АНОДНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ В РАСТВОРАХ СУЛЬФОСАЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

Февраль 23, 2013 от admin Комментировать »

Клещенко И. В., Резванова М. О., Позняк А. Л.

Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» ул. П. Бровки, 6, г. 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 0,6 и 1,0 М растворах сульфосалициловой кислоты в широком интервале значений плотности анодного тока.

I. Введение

Анодный оксид алюминия (АОА), благодаря уникальной ячеисто-пористой структуре, диэлектрическим и оптическим свойствам является перспективным материалом для многих новых применений, в т.

ч. и для создания на его основе наноразмерных структур и композитных материалов [1 - 5]. Пористый АОА, получаемый в растворах сульфосалициловой кислоты (ССК) по своим морфологическим параметрам занимает промежуточное положение между оксидами, получаемыми анодированием в серно- и щавелевокислом электролитах. Однако особенности процесса анодирования в ССК практически не изучены, имеются лишь отдельные немногочисленные работы [1, 6].

II. Основная часть

Экспериментальные образцы готовили из А1 фольги (99.95 %) толщиной /7д;=10,5рм. Приконтактную область маскировали плотным анодным оксидом (АО), сформированным в 1 %-ном растворе лимонной кислоты при постоянном напряжении Eg, равном 290 В. Площадь анодируемой поверхности составляла 4 см^. В качестве электролита использовали водные растворы сульфосалициловой кислоты (ССК) с концентрациями 0,6 и 1,0 М. Анодирование прекращали при полном окислении фольги в момент ускоренного возрастания Еа. Регистрировали кинетику анодирования (изменение Eg в процессе анодирования), время полного прокисления у, с и вычисляли скорость анодного оксидирования Va = Ьа/Тэ, нм мин.’^; также измеряли толщину сформированного АО Ьаоа и рассчитывали коэффициент объёмного роста АОА Кр = Ьаоа/Ьа: с абсолютной погрешностью 0,02. Исходя из времени полного анодирования и плотности тока, рассчитывали выход по току реакции электрохимического окисления алюминия , %.

Временные зависимости Ea = f (t) приведены на рис. 1, остальные экспериментальные результаты — на рис. 2. Визуальное наблюдение за процессом анодирования и анализ кинетик позволяют сделать вывод о том, что при увеличении плотности тока при анодировании в ССК ни возникновения микропробоев, как в серной [9], ни изменения природы анодного процесса с возникновением эффекта «огненной змейки», как в ортофосфорной, щавелевой или малоновой кислотах [10] не происходит. Интересно, что с увеличением плотности тока напряжение максимума Еа max на кинбтикб анодирования сначала возрас- тает, затем, начиная приблизительно с 30-40 мА см’^,

уменьшается (рис. 1). Видно также, что скорость анодирования Va возрастает прямопропорционально плотности анодного тока ja (рис. 2 а). Зависимость Kp=f (ja) (рис. 2 Ь) при изменении плотности тока до определённого предела также является возрастающей. Следует отметить, что указанная зависимость отличается от описанных в [1, 7- 10]. Существенная разница заключается в наличии максимума, также соответствующего плотности тока ок. 30 – 40 мА см’^, и следующего за ним полого спадающего участка, а не большего или меньшего количества участков насыщения, как в случаях со щавелевой [1, 7], ортофосфорной [8], серной [9], или малоновой [10] кислотами.

Рис. 1. Зависимость анодного напряжения Еа, В от времени анодирования т, с.

Fig. 1. Anodic voltage Еа, V versus anodization time , s

Ha 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 «разбуханию» структуры оксида. Наличие максимума на кривой Кр = f (ja), совпадающего с таковым для кривой Еатах = f (ja), МОЖеТ свидетельствовать о модификации слоя Гельмгольца и изменении чисел переноса ионов, участвующих в реакции образования АОА. Эффективность анодирования имеет тенденцию к увеличению с ростом плотности анодного тока (рис. 2 с).

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь (гранты № 05-3057 и № 06-3094).

III. Заключение

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

Рис. 2. Зависимость скорости анодирования Va, нм-мин.”’ (а), коэффициента объёмного роста Кр (Ь) и выхода по току , % (с) от плотности анодного тока Ja, мА см’^.

Fig. 2. Anodization rate Va, nm min.’^ (a), volumetric growth factor Kp (b), and alumina yield , % (с) versus anodic current density Ja, mAcm’^

Коэффициент объёмного роста увеличивается с повышением плотности тока от 1,0 до 400 мА см’^и принимает значения от 1,26 до 1,63 и практически не зависит от концентрации кислоты.

Коэффициент объёмного роста имеет максимум при значениях ja, равных приблизительно 30- 40 мА см’^.

В исследованном диапазоне плотностей тока и концентраций электролита изменение характера анодного процесса не происходит.

IV. Список литературы

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

[2] Masuda Н., Asoh Н., Watanabe М., NIshIo К. et al. Square and Triangular Nanohole Array Architectures in Anodic Alumina. Advanced Materials. 2001, 13, № 3, p. 189 – 192.

[3] Peng X, Chen A. Electrochemical fabrication of novel nanostructures based on anodic alumina. Nanotechnology. 2004, 15, №7, p. 743-748.

[4] Соловей Д. В., Мозалев A. М., Горох Г. Г., Боровикова О. А. и др. Формирование анодного оксида алюминия с упорядоченной морфологией методом трёхступенчатого анодирования. Известия Белорусской инженерной академии. 2005, № 1 (19)/5, с. 46 – 48.

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

[6] Сурганов В. Ф., Позняк А. А., Горох Г. Г. Растворение анодного оксида алюминия на начальной стадии анодирования в водных растворах винной и сульфосалицило- вой кислот. Журнал прикладной химии. 1998, 71, № 2,

с. 244-247.

[7] Сурганов В. Ф., Мозалев А. М., Мозалева И. И. Объёмный рост анодного оксида и скорость электрохимического анодирования в оксалатном электролите. Там же. 1995, 68, № 10, с. 1638- 1642.

[8] 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.

[9] 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.

[10] Головатая С. В., Мозалев А. М., Позняк А. А. Скорость электрохимического анодирования алюминия и объёмный рост анодного оксида в водном растворе малоновой кислоты. Там же. 2005, № 1 (19)/5, с. 49 – 52.

PECULIARITY OF ALUMINIUM ANODIZATION IN SULPHOSALICYLIC ACID SOLUTIONS

Kleschenko I. V., Rezvanova M. O., Poznyak A. A.

Belarussian State University of Informatics & Radioeiectronics P. Brovki Str. Minsk, 220013, Belarus Ph.:+375-017-2398957, e-mail: poznyak@bsuir.unibei.by

Abstract – Rate and efficiency of electrochemical aluminum anodization as well as volumetric growth of porous anodic alumina in 0.6 & 1.0M sulphosalicylic acid solutions 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 many new applications, including the production of nanostructures and composite materials. According to its morphological parameters, porous anodic alumina, obtained in sulphosalicylic acid solutions, may be placed between those obtained in sulphuric and oxalic acids electrolytes. However, the peculiarity of anodization in sulphosalicylic electrolytes is not yet completely studied. There are few publications on this subject.

II. Main Part

Processes of galvanostatic anodization of aluminum foils (99.95 % pure, 10.5 ^m thickness) are investigated in aqueous 0.6 & 1.0 M sulphosalicylic acid solutions at the anodic current density Ja, ranging from 1.0 to 400 mA cm“^. Given the anodization duration, the rate Va and efficiency (alumina yield) of anodic aluminum 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. The plot of volumetric growth factor versus current density Ja has a maximum at 30 – 40 mA cm’^ approximately. The maximal value of anodic voltage, Eamax, Obtained in its temporal course reaches the maximum at Ja in the region 30 – 40 mA cmtoo. This finding may indicate that charge transfer numbers of ions involved in the formation of anodic alumina are changed. The alumina yield tends to grow as Ja increases.

III. Conclusion

The velocity of galvanostatic aluminum anodization is increasing proportionally to Ja.

Kp grows from 1.26 to 1.63 as Ja increases from 1.0 to 400 mA cm“^, practically irrespective of the electrolyte concentration.

The volumetric growth factor as function of current density Ja has a maximum at approximately 30 – 40 mA cm

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