电压和电解液对阳极氧化铝模板孔间距的影响

摘要

本文研究阳极氧化铝模板的孔间距与电解液、温度和氧化电压等影响因素的关系现状。指出孔间距受电解液种类和氧化电压的影响最大,而电解液浓度和温度的影响微小,模板的孔间距随电压的增加而增加。通过调整电解液和氧化电压可制备所需孔间距的模板。制备大孔间距模板可采用磷酸做电解液配以较大的氧化电压。制备孔间距小于10纳米的模板可采用硫酸做电解液配以较小的氧化电压。但当电压很低时阳极氧化反应可能无法进行,可以用较高的脉冲电压代替。通过有限元软件分析多孔阳极氧化铝元胞中电场的分布情况。讨论了阳极氧化电压在孔形成过程中的主要作用。通过元胞的剖面电场强度矢量图、电势分布图阐述了氧化过程中,电解液中的阴离子和金属表面的阳离子在电场力作用下的迁移过程及迁移方向,以及氧化膜孔生长的过程。结果表明阳极氧化电压是控制氧化膜生长的关键因素。膜孔的生长及其在生长过程中的形状都与电场在氧化膜中的分布情况紧密关联。
　　通过上述研究得到一些结论。
　　(1)膜孔的生长及其在生长过程中的形状都与电场在氧化膜中的分布情况紧密关联。在氧化电压作用下,阴阳离子能穿越氧化层,驱使反应进一步进行。在电场力作用下到达金属/氧化物界面的阴离子能够维持新氧化物生成达到平衡状态。元胞中一定的电场强度下,阴阳离子穿越氧化层的数量大于电场强度较弱的部分,到达金属/氧化物界面形成新氧化物的速度也较大。增大或减小阳极氧化电压,氧化膜孔的孔径及孔间距都会随着增大或减小。
　　(2)电解液浓度和氧化温度虽然都对孔间距影响幅度较小,可以忽略不计。
　　(3)电解液的种类是影响氧化铝模板的孔间距的重要条件。为了制备孔间距小于10nm的模板,应该采用硫酸电解液。
　　(4)制备大孔间距,孔间距400nm以上的模板可采用磷酸做电解液配以较大氧化电压。对于制备小孔间距的模板,如孔间距20nm,可采用硫酸做电解液配以较小(小于6V)的氧化电压。
　　(5)阳极氧化电压影响阴阳离子在元胞内部迁移的路线,影响元胞内部的电场分布情况;元胞的孔间距Dint与阳极氧化电压U和孔隙率P存在定量关系。

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1 绪 论

1.1课题研究背景

1.2阳极氧化铝模板研究概述

1.3研究的目的和意义

1.4课题研究方法及研究的主要内容

2 基本理论

2.1 有限单元法理论

2.2 ANSYS软件介绍

2.3 等场强理论

3 氧化铝元胞孔的形成

3.1 氧化铝膜孔初始点的研究

3.2 氧化铝形成过程中的水解反应

3.3 小结

4孔间距与电压的关系

4.1 孔间距与阳极氧化电压的定性关系

4.2 孔间距与阳极氧化电压的定量关系

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

索引

在学研究成果

致谢