Анодный оксид алюминия
Анодный оксид алюминия , анодный оксид алюминия ( ААО ) или анодный оксид алюминия представляет собой самоорганизованную форму оксида алюминия , имеющую сотовую структуру, образованную массивами однородных и параллельных пор высокой плотности. Диаметр пор может составлять от 5 нанометров до нескольких сотен нанометров, а длину можно контролировать от нескольких десятков нанометров до нескольких сотен микрометров. Пористый ААО образуется путем электрохимического окисления (анодирования) алюминия в кислых электролитах в условиях, балансирующих рост, при этом пленки ААО образуются ограниченной толщины.
Анодирование алюминия широко используется с начала прошлого века для защиты от коррозии и в декоративных целях. Пористая природа пленок анодного оксида алюминия была обнаружена в 1930-х годах. [ 1 ] и получили дальнейшее развитие в 1950–1970-х годах. [ 2 ] [ 3 ] Процессы производства мембран из анодного оксида алюминия с использованием хромовой кислоты, серной кислоты , щавелевой кислоты или фосфорной кислоты описаны в патенте, приписываемом Алану В. Смиту из компании Boeing в 1974 году. [ 4 ]
Образование ААО с высокоупорядоченной двумерной гексагональной пористой структурой было впервые продемонстрировано в 1995 году. [ 5 ] Дальнейшие эмпирические исследования процессов анодирования показали, что упорядоченные структуры ААО могут быть созданы исключительно в узких пределах приложенных напряжений. Изучение этих условий самоупорядочения получило большой импульс после открытия электроконвективной природы гексагональных ячеек в ААО. При этих напряжениях, соответствующих условиям устойчивого самоупорядочения, формируются ячейки ААО одинакового размера, которые аккуратно упаковываются в гексагональную решетку. Однако в промежуточных диапазонах напряжений возникает массив, состоящий из электроконвективных ячеек разного размера, который выглядит как хаотическое расположение. [ 6 ]
Начиная с конца 1980-х годов, благодаря однородной наноструктуре, ААО начал вызывать интерес в области нанотехнологий , в частности как шаблон для нанесения однородных массивов нанопроволок. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] «снизу вверх» , несколько ключевых публикаций по использованию AAO для шаблонного нанопроизводства Поскольку к середине 1990-х годов появилось [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] ААО стала широко признанной и очень популярной платформой для проектирования и синтеза массивов наноструктур высокой плотности (нанопроволок, нанотрубок) и функциональных нанокомпозитов.
Наноматериалы на основе AAO имеют широкий спектр применений: от наноэлектроники и магнитных носителей информации до фотоники и преобразования энергии, до нанопористых подложек и нанометок для биоанализа. Количество публикаций в этой области, связанных с AAO, значительно увеличилось с 1990-х годов. [ 14 ] при этом более 75% статей посвящены использованию ААО в нанотехнологиях.
Значение ААО в науке и технологиях подкрепляется тем фактом, что его структуру и химический состав можно контролируемо проектировать на наноуровне на очень больших площадях и в практических форматах, что позволяет разрабатывать новые материалы и продукты с желаемыми свойствами и функциональностью. Например, мембраны AAO использовались в качестве платформы для химических и биологических сенсоров. Молекулы белка, такие как тромбин, были обнаружены с помощью мембран AAO. [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Акира Мията и Сёдзи Сето (1932). «Исследования анодной пленки алюминия II. Анодное поведение алюминия в водных растворах щавелевой кислоты». Научные труды Института им. Физико-химические исследования, Токио . 19 : 237.
- ^ Ф. Келлер, М. С. Хантер, Д. Л. Робинсон, Дж. Электрохим. Соц. (1953). «Структурные особенности оксидных покрытий на алюминии». Журнал Электрохимического общества . 100 (9): 411. дои : 10.1149/1.2781142 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Дж. П. О'Салливан, Г. К. Вуд (1970). «Морфология и механизм формирования пористых анодных пленок на алюминии». Учеб. Р. Сок. Лонд . А317 (1531): 511–543. Бибкод : 1970RSPSA.317..511O . дои : 10.1098/rspa.1970.0129 . S2CID 96654990 .
- ^ А. Смит (1974) «Процесс производства мембраны из анодного оксида алюминия». Патент США 3 850 762
- ^ Х. Масуда, К. Фукуда (1995). «Упорядоченные металлические массивы наноотверстий, полученные путем двухэтапного репликации сотовых структур анодного оксида алюминия». Наука . 268 (5216): 1466–8. Бибкод : 1995Sci...268.1466M . дои : 10.1126/science.268.5216.1466 . JSTOR 2887752 . ПМИД 17843666 . S2CID 23628661 .
- ^ М. Пащанка (2021). «Концептуальный прогресс объяснения и прогнозирования самоорганизации на поверхностях анодированного алюминия» . Наноматериалы . 11 (9): 2271. дои : 10.3390/nano11092271 . ПМЦ 8468298 . ПМИД 34578587 .
- ^ К. К. Престон, М. Московиц (1988). «Новый метод определения размера металлических частиц в нанесенных металлических катализаторах». Дж. Физ. Хим . 92 (10): 2957–2960. дои : 10.1021/j100321a047 .
- ^ М. Сайто, М. Кирихара, Т. Танигучи, М. Мияги (1989). «Микрополяризатор из анодированной пленки оксида алюминия». Прил. Физ. Летт . 55 (7): 607–609. Бибкод : 1989АпФЛ..55..607С . дои : 10.1063/1.101572 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Д. Аль-Мавлави, Н. Кумбс, М. Московиц (1991). «Магнитные свойства Fe, осажденного в поры анодного оксида алюминия, в зависимости от размера частиц» . Дж. Прил. Физ . 70 (8): 4421–4425. Бибкод : 1991JAP....70.4421A . дои : 10.1063/1.349125 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ К. К. Престон, М. Московиц (1993). «Оптическая характеристика пленок анодного оксида алюминия, содержащих электрохимически осажденные металлические частицы. 1. Золото в пленках анодного оксида алюминия фосфорной кислоты». Дж. Физ. Хим . 97 (32): 8495–8503. дои : 10.1021/j100134a019 .
- ^ Д. Руткевич, Т. Бигиони, М. Московиц, Дж. М. Сюй (1996). «Электрохимическое изготовление массивов нанопроволок CdS на шаблонах из пористого анодного оксида алюминия». Дж. Физ. Хим . 100 (33): 14037–14047. дои : 10.1021/jp952910m .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Д. Руткевич, А. Тагер, Дж. Харуяма, Д. Аль-Мавлави, М. Московиц и Дж. М. Сюй (1996). «Нелитографические массивы нанопроволок: изготовление, физика и применение устройств». IEEE Транс. Электронные устройства . 43 (10): 1646–1658. Бибкод : 1996ITED...43.1646R . дои : 10.1109/16.536810 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Дж. К. Халтин, С. Р. Мартин (1997). «Общий шаблонный метод приготовления наноматериалов». Журнал химии материалов . 7 (7): 1075–1087. дои : 10.1039/a700027h .
- ^ Web of Science База данных
- ^ Агниво Госай, Брендан Шин Хау Да, Марит Нильсен-Гамильтон, Пранав Шротрия (2019). «Обнаружение свободного тромбина по метке в присутствии высокой концентрации альбумина с использованием нанопористой мембраны, функционализированной аптамером» . Биосенсоры и биоэлектроника . 126 : 88–95. дои : 10.1016/j.bios.2018.10.010 . ПМК 6383723 . ПМИД 30396022 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Внешние ссылки
[ редактировать ]