Das Anodisierungsverfahren erzeugt Aluminiumoxid durch Elektrolyse nach dem Oxidationsprinzip. Aluminiumoxid, das spontan einen farbigen Eloxalfilm erzeugt, hat die Funktion des Korrosionsschutzes und der Oxidationsschutzwirkung. Aluminium-Anodisierungsfilm kann in Blocktyp und Multipass-Typ unterteilt werden. Ein kompakter Barriereoxidfilm kann durch Anodisieren in einem nahezu neutralen Elektrolyten erhalten werden. Dieser Film ist gut isoliert und kann zur Herstellung von Kondensatoren und anderen Geräten verwendet werden.
Aluminium ist ein aktives Metall, das in der Luft spontan einen Oxidfilm von 0,01 bis 0,10 Lm bildet. Dieser natürliche Oxidfilm ist amorph, dünn und porös mit geringer mechanischer Festigkeit. Obwohl es eine gewisse Schutzfunktion für Aluminium bietet, reicht es bei weitem nicht aus, um die Anforderungen der Menschen hinsichtlich Dekoration, Schutz und funktionaler Anwendung von Aluminium und seiner Legierung zu erfüllen. Daher wurde das Verfahren zum Anodisieren von Aluminium im Elektrolyten kontinuierlich entwickelt. Seit den 1920er Jahren hat der Gebrauchswert von Aluminium-eloxiertem Film zugenommen. Einige neuere Entwicklungen werden im 21. Jahrhundert Früchte tragen.
Aluminium-Eloxalfilm Aluminium-Anodisierungsfilm kann in Blocktyp und Multipass-Typ unterteilt werden. Ein kompakter Barriereoxidfilm kann durch Anodisieren in einem nahezu neutralen Elektrolyten erhalten werden. Dieser Film ist gut isoliert und kann zur Herstellung von Kondensatoren und anderen Geräten verwendet werden. Beim Anodisieren in sauren oder schwach alkalischen Elektrolyten können sie aufgrund ihrer Fähigkeit, Aluminiumoxid zu lösen, einen Oxidfilm mit mehreren Durchgängen bilden. Die Membran hat eine einzigartige Struktur. Neben der Oberfläche des Metallaluminiums befindet sich eine dünne und dichte Sperrschicht, auf der sich eine dicke und lose poröse Schicht bildet. Die Membranzellen der porösen Schicht sind hexagonal dicht gepackt mit einer Mikropore in Nanogröße in jedem Zentrum. Diese Löcher haben eine einheitliche Größe und stehen senkrecht zur Oberfläche der Matrix, und sie sind einander gleich.
Vorteile des Porenoxidationsfilms Lange Zeit haben die Menschen dem Multipass-Oxidfilm bei größerer Anwendung und schneller Entwicklung mehr Aufmerksamkeit gewidmet. Seine Vorteile sind wie folgt:
- eine hohe Härte der Sperrschicht kann Korund übersteigen;
- gute Abriebfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und chemische Stabilität;
- Die Morphologie und Größe des Lochs kann bei verschiedenen elektrolytischen Prozessen in einem größeren Bereich variieren, und die Dicke des Films kann eingestellt werden.
- der vorbereitungsprozess ist einfach mit geringen anforderungen an umgebungsbedingungen und ausrüstung.
Obwohl es keine einheitliche Erklärung für die morphologischen Veränderungen der zwei Arten von anodischen Oxidfilmen gibt: Blocktyp und Multipass-Typ. Das Konzept der kritischen Stromdichte in Bezug auf die Morphologie des Films wurde basierend auf der systematischen Untersuchung der Ionenwanderung bei der Bildung eines Oxidfilms in Lösungen wie Chromsäure, Phosphorsäure und Oxalsäure vorgeschlagen. Wenn die Stromdichte der anodischen Oxidation höher als die kritische Stromdichte ist, wird der Sperrfilm gebildet. Wenn sie unter der kritischen Stromdichte liegt, wird ein Mehrfachdurchlauffilm gebildet. Es widerspricht der traditionellen Auffassung, dass die Morphologie der Membran eng mit der Art des Elektrolyts zusammenhängt.
Anwendung von Aluminium-Eloxalfilm Anfangs hoffte man, dass der Aluminium-eloxierte Film eine gute Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und elektrische Isolierung aufweisen würde. Mitte der 1930er Jahre begann man sich für die poröse Struktur des Aluminiumoxidfilms zu interessieren und erkannte die Ausfällung farbiger Materialien im porösen Film. Erst in den 1960er Jahren wurde die elektrolytische Färbung von Aluminiumprofilen offiziell in der Produktion verwendet, wodurch das Farbaluminiumprofil weit verbreitet wurde.
In den letzten 10 Jahren wurden in der Aluminium-Anodisierungstechnologie viele neue Erfolge erzielt. Zum Beispiel wurden einige neue Maßnahmen zur Beschleunigung der Anodisierungsgeschwindigkeit ergriffen, von denen einige die Geschwindigkeit um das 2- bis 3-fache erhöhen können. Ein anderes Beispiel ist die neue Technologie der Oxidation bei Raumtemperatur, die den Kühlbedarf erfüllt, der viel Energie verbraucht. Die Qualität des Oxidfilms kann durch gepulste anodische Oxidation stark verbessert werden. Darüber hinaus kann eine Reihe von Vorteilen wie hoher Wirkungsgrad, geringe Kosten und Energieeinsparung durch Verwendung von Wechselstromoxidation erzielt werden. Seine breite Anwendung wird jedoch durch die dünne Filmschicht (weniger als 10 lm), die gelbe Farbe und die geringe Härte beeinflusst. Durch die Zugabe von Additiven hat die Filmqualität in letzter Zeit den Grad der Gleichstrom-Elektrooxidation erreicht. Diese neuen Entwicklungen haben den Prozess der Aluminiumanodisierung bemerkenswert modernisiert und verbessert. Ich glaube, dass diese Arbeit im neuen Jahrhundert neue Durchbrüche bringen wird. Das interessanteste technologische Problem der Aluminiumanodisierung war jedoch seit den späten achtziger Jahren die Entwicklung und Erforschung verschiedener funktioneller Membranmaterialien hinsichtlich der Porosität von Aluminiumoxidfilmen. Da die Porengröße eines Aluminiumoxidfilms nur ein Dutzend oder Dutzende Nanometer beträgt, kann er eine wichtige Rolle bei der Nachfrage nach verschiedenen Nanomaterialien spielen. Das heißt, eine großartige Arbeit an den Nanometer-Mikroporen der Membran wird die Aluminium-Anodisierungstechnologie im 21. Jahrhundert verjüngen und mit dem High-Tech-Matching zu einer vielversprechenden neuen Sache werden.
Derzeit geht die Forschung zur Entwicklung einer porösen Membran aus Aluminiumoxid im Hinblick auf die Funktionalisierung hauptsächlich von zwei Aspekten aus. Eine davon ist, die poröse Struktur zur Entwicklung neuer ultrapräziser Trennfilme zu verwenden. Eine andere ist die Herstellung neuer funktionaler Materialien durch Ablagerung von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften wie Metallen, Halbleitern und Polymeren in ihren Mikroporen in Nanogröße.
Bei der oben genannten ersten Art gibt es wenige Oxidschichten. Beispielsweise wird bei der Vorbereitung der Membrantrennung des Aluminiumanodenoxidfilms Aluminium zuerst in einem sauren Elektrolyten anodisiert, um eine Oxidfilmschicht auf der Oberfläche des Aluminiums zu bilden, und dann werden die Aluminiummatrix und die Sperrschicht auf der Rückseite des Films entfernt durch elektrochemische oder chemische Verfahren, um einen genauen Trennfilm zu erhalten.
Während des Vorbereitungsprozesses müssen Form, Anordnung und Größe der Löcher gleichförmig sein, und die Größe der Löcher kann nach Bedarf eingestellt werden. Verglichen mit verschiedenen organischen Trennfilmen besitzt diese Art von Membranen eine bessere mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, chemische Stabilität und Dimensionsstabilität. Es kann als Trennmembran von Gas, Flüssigkeit und Blut bei Raumtemperatur verwendet werden und kann auch zur Trennung von Hochtemperaturgas wie Desoxidation und Entschwefelung von Rauchgas verwendet werden.
Der oben beschriebene zweite Oxidfilmtyp weist eine Reihe von Variationen auf, insbesondere bei optischen und photoelektrischen Vorrichtungen. Wenn das Licht auf den aluminiumanodisierten Film in Richtung der parallelen Membranoberfläche gestrahlt wird, werden aufgrund der einzelnen Richtwirkung der porösen Struktur des Films die H-Polarisation und die V-Polarisation in unterschiedlichem Maße gedämpft, was zu einer Anisotropie des Filmes führt elektromagnetisches Feld des Lichts und Beeinflussung der Polarisationseigenschaften des Lichts. Eine Vielzahl von Materialien mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften wurde in den Mikroporen der porösen Membran in Nanogröße ausgefällt, und verschiedene Arten von polarisierenden Photonen, optischen Phasenplatten und optischen Elementen für die optische Kommunikation wurden entsprechend ihren unterschiedlichen Auswirkungen auf die Polarisationseigenschaften von Licht entwickelt . Wenn zum Beispiel die drei Elemente A u, Al, NI in die Mikroporen der porösen A-Membran abgeschieden werden, kann 1 Lm Membrandicke die Anforderung erfüllen, dass die verkauften Rand-Biophoten über 1 mm liegen.
Fluoreszenzmaterialien, Photosensibilisatoren usw. werden in die nanometergroßen Poren des Oxidfilms aus Aluminium gefüllt. Durch Kombinieren des Einweichens mit der Wärmebehandlung kann beispielsweise Tb3 + in die Mikroporen der porösen Membran eingeführt werden, und dann kann unter Einwirkung eines äußeren elektrischen Feldes grünes Licht erzeugt werden. Diese Art von funktioneller poröser Membran wird ein neuer Weg sein, um das photoelektrische Element zu entwickeln. Da sich das Loch der Membran im Nanometerbereich befindet, kann es zu einem ultrafeinen Leuchtelement weiterentwickelt werden.
Zweitens kann aus einem Aluminiumoxidfilm ein Magnetfilm hergestellt werden. Magnetische Materialien (wie Fe, Co, NI und magnetische Legierung) können durch Vakuumabscheidung und galvanische Abscheidung in die Löcher des Aluminiumoxidfilms gefüllt werden, und dann kann der Film mit magnetischer Funktion hergestellt werden. Es hat eine breite Anwendungsperspektive. Zum Beispiel kann es zur Herstellung verschiedener Magnetkarten, Magnetbänder, Disketten usw. verwendet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Form von magnetischen Metallen, die in den nanometergroßen Poren poröser Membranen abgelagert werden, durch die spezielle Struktur eines Aluminium-eloxierten Films verlängert werden kann. Darüber hinaus stimmt die bevorzugte Orientierung der magnetischen Metallkristallisation im Allgemeinen mit der ihrer magnetischen Achse überein. Der in diesem Fall gebildete magnetische Film zeigt einen hohen magnetischen Schutz und typische vertikale Magnetisierungseigenschaften. So kann es als vertikaler magnetischer Aufzeichnungsträger verwendet werden. Die Ergebnisse der Untersuchung des magnetischen Fe-Verbundfilms zeigen, dass die Überschreibeigenschaften und die Dichte des magnetischen Aufzeichnungsmediums umso höher sind, je dünner der magnetische Verbundfilm ist. Daher ist es möglich, eine hohe vertikale magnetische Aufzeichnungsdichte zu erhalten, indem die spezielle Struktur von Mikroporen aus Aluminium mit Anodenschicht in Nanogröße verwendet wird.
Drittens ist auch der Aluminiumoxidfilm, der in dem für Sonnenenergie selektiven Absorptionsfilm verwendet wird, unterscheidend. Solarenergie ist eine der wichtigsten Energiequellen der Zukunft. Alle Energieprobleme auf der Erde können gelöst werden, indem 1/10000 der Sonnenenergie der Erde verwendet wird. Daher hat die Studie zur umfassenden Nutzung der Sonnenenergie weltweit immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Studie zur Herstellung von Sonnenenergieabsorber durch funktionelle Behandlung von porösen Aluminiumoxidmembranen hat gute Anwendungsaussichten gezeigt.
Um die Sonnenenergie effektiv zu nutzen, muss das Material des Solarabsorberfilms eine höhere Absorptionsrate im Sonnenstrahlungsspektrum aufweisen, während die Emissionsrate im Wärmestrahlungsspektrum so gering wie möglich sein sollte. Zum Beispiel wurde in den Mikroporen der Nanopartikel einer porösen Aluminiumoxidmembran, die durch Phosphorsäurelösung hergestellt wurde, Ni galvanisch abgeschieden, um eine funktionelle Membran mit selektiver Absorption von Sonnenenergie herzustellen. Durch die Messung des Reflexionsvermögens wird festgestellt, dass diese Art von Film ideale selektive Absorptionseigenschaften aufweist.
Die galvanische Abscheidung von Fe, Ni und anderen Metallen in die Poren des Films kann den Film hitzebeständig machen, offensichtlich stärker als der durch andere Materialien hergestellte selektive Absorptionsfilm. Die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung ist jedoch nicht gut genug. Es wird erwartet, dass es durch Versiegeln des Lochs oder Beschichten der Filmoberfläche mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung und Ändern der Umgebungsbedingungen verbessert wird.
Aufgrund ihres hohen Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) hat die Strahlmikroelektrode in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Es gibt viele Verfahren zur Herstellung von Strahlmikroelektroden, und der minimale Durchmesser einer einzelnen Mikroelektrode ist erforderlich, um 0,1 lm zu erreichen. Je kleiner die Fläche der aktiven Elektrode ist, desto höher ist natürlich das Signal-Rausch-Verhältnis. Daher ist das Minimieren der Fläche der aktiven Elektrode zum Schlüssel für die Herstellung von Hochleistungsstrahl-Mikroelektroden geworden. Die poröse Aluminiumoxidmembran hat eine nanoskalige mikroporöse Struktur, die günstige Bedingungen für die Herstellung einer Hochleistungsstrahlelektrode bietet. Während der Herstellung kann das Aluminiumblech anodisiert werden, um eine poröse Membran A zu bilden, und dann kann die poröse Membran von der Aluminiummatrix getrennt werden. Das Metall (wie etwa Au, Pt usw.) kann durch Vakuumabscheidung und andere Verfahren in den nanoskaligen Mikroporen abgeschieden werden, und seine Oberfläche kann mit dem Leiter verbunden werden, um die Sperrschicht in dem Oxidfilm zu entfernen. Dann kann die Strahlmikroelektrode erhalten werden.
Durch Verwendung der hervorragenden Wärmeleitfähigkeit von Matrixaluminium und der maximalen inneren Oberfläche der Mikroporen in dem anodisierten Aluminiumfilm auf der Oberfläche kann ein dünner Film mit sowohl hoher Wärmeleitfähigkeit als auch guten Eigenschaften entwickelt werden. Zum Beispiel ist Pt ein guter Katalysator für viele chemische Reaktionen. Es gibt ein Experiment. Der anodisierte Aluminiumfilm wurde mit der heißen H2PtCl6-Lösung imprägniert und nach dem Lufttrocknen gekocht und gebrannt, um einen katalytischen P / Al2O3 / Al-Film zu bilden. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass der Film eine gute Wärmeleitfähigkeit und Katalyse aufweist.
Natürlich gibt es auch andere Bereiche, in denen poröse Membranen verwendet werden können, die mit Aluminium eloxiert sind. Beispielsweise wird nach dem Anodisieren von Aluminium MoS & sub2; in dem Filmloch abgeschieden, wodurch ein goldener Oxidfilm mit guter Selbstschmierung gebildet wird. Der Flüssigkristalloxid-Verbundfilm kann hergestellt werden, indem das Loch aus Aluminiumoxidfilm gefüllt wird. Der Flüssigkristall kann verwendet werden, um Sauerstoff durch seine Selektivitäts- und Anordnungssteuerung abzutrennen und zu konzentrieren. Zusätzlich kann die poröse Membran aus Aluminiumoxid als Kernmembran mit der gleichen Struktur und unterschiedlichen Materialien (wie Metall, Halbleiter, Polymer usw.) durch Vakuumabscheidung, Elektroabscheidung und Imprägnierung dupliziert werden. Diese porösen Membranen mit unterschiedlichen Materialien haben in vielen Bereichen breite Anwendungsmöglichkeiten.