Ученые «привели в порядок» пористую структуру анодного оксида алюминия

Сотрудники химического факультета и факультета наук о материалах МГУ смогли установить, что объединяет условия анодирования алюминия, приводящие к формированию пористых пленок с упорядоченным расположением каналов. Результаты работы опубликованы в The Journal of Physical Chemistry. 

Технология анодирования алюминия и использования оксидных пленок в качестве защитных и декоративных покрытий имеет долгую историю. Более двух десятилетий назад впервые были синтезированы пленки оксида алюминия с самоупорядоченной пористой структурой с помощью двухстадийного анодного окисления. Уникальная пористая структура, параметры (диаметр, длина и расстояние между соседними порами) которой возможно варьировать в процессе синтеза, позволяет использовать пленки пористого оксида алюминия в качестве неорганических мембран, для синтеза нанонитей или нанотрубок с контролируемым диаметром, а также 2D-фотонных кристаллов.

«С развитием электронной микроскопии стало возможным увидеть поры в оксидной пленке алюминия, которые при определенных условиях формируют гексагональную структуру, — пояснил Кирилл Напольский, ведущий научный сотрудник кафедры неорганической химии химического факультета МГУ. — До сих пор оставалось загадкой, почему упорядоченная структура формируется лишь в узком диапазоне условий анодирования. Изменение напряжения всего на несколько вольт приводит к разупорядочению структуры и существенному ухудшению функциональных свойств анодного оксида алюминия».

Ученые выяснили, что упорядоченная структура пленки формируется в областях, где скорость ее роста лимитируется миграцией ионов в твердом теле, составляющем основание пор, или же диффузией ионов в каналах оксидной пленки. Смешанный режим, когда скорости обоих процессов сопоставимы, приводит к формированию неупорядоченной структуры с большим количеством ветвящихся пор. Только в случае одинаковой скорости роста пор можно синтезировать упорядоченную структуру, из которой в дальнейшем получают высокопроницаемые мембраны или композитные материалы с высокой степенью заполнения каналов внедряемым веществом.

«Мы много лет набивали руку и варьировали разные параметры, самым главным из которых было напряжение анодирования, от величины которого линейно зависит расстояние между порами. Лишь недавно мы выяснили, что режимы анодирования, приводящие к формированию упорядоченной структуры, могут быть найдены без каких либо допущений и эмпирического перебора с помощью линейной вольтамперометрии. Данное открытие позволило обнаружить новые, ранее неизвестные режимы формирования высокоупорядоченных пористых структур», — комментирует Кирилл Напольский. 

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).