Головата С В, Мозалев А М, Позняк А А Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки вул П Бровки, 6, Мінськ, 220013, Республіка Білорусь тел: +375-017-2938957, E-mail: poznyak@bsuirunibelby

Анотація – Експериментально визначені швидкість і ефективність електрохімічного анодування алюмінію і обємний зростання його пористого анодного оксиду в розчині малонової кислоти в широкому інтервалі значень щільності анодного струму

I                                       Введення

Анодний оксид алюмінію (АОА), широко використовуваний в даний час, завдяки унікальній ячеисто-пористій структурі, діелектричним і оптичними властивостями є перспективним матеріалом для багатьох нових застосувань, у тому числі і для створення на його основі нанорозмірних структур і композитних матеріалів [1-7]

II                              Основна частина

Експериментальні зразки готували з алюмінієвої фольги (9995%) товщиною / 7д = 10,5 рМ Пріконтактной область зразка маскували щільним анодним оксидом (АТ), сформованим в 1%-ном розчині лимонної кислоти при постійній напрузі Eg, рівному 290 В Площа анодіруемой поверхні S становила 4 см Як електроліту анодування використовували водний розчин малонової кислоти (МК) з концентрацією 0,6 М Анодування припиняли при повному окисленні фольги в момент прискореного зростання Eg Реєстрували час наскрізного анодування у, з і обчислювали швидкість анодирування \ / а = ЛдДа, ММ С ^ вимірювали товщину сформованого АТ Ьаоа і розраховували коефіцієнт обємного зростання АОА Кр = Ьаоа / Ьа: · Виходячи з часу анодування і щільності струму, розраховували вихід за струмом реакції електрохімічного оксидування алюмінію η,%

Експериментальні залежності, отримані в результаті виконання експерименту, показані на рис 1 Видно, що швидкість анодирування Vg зростає прямопропорційно щільності анодного струму jg (рис 1 а) Залежність Кр = f (jg) (рис 1 Ь) при зміні щільності струму до певної межі також є зростаючою Аналізуючи вид зазначеного графіка, слід зазначити, що вказана залежність відрізняється від описаних в [1, 8 – 10] Істотна різниця закпючается в наявності не одного, як у випадку зі щавлевої [1, 8, 9] або двох, як у випадку сірчаною кислотою [10], а трьох ділянок насичення на отриманої кривої При цьому початок першої ділянки відповідає щільності анодного струму близько 3, другий-7 і третього-35 мА см ^ Звертає на себе увагу збіг меж ділянок на залежностях Кр = f (jg) v \ η = f (jg) (рис 1 с)

На зміну обємного зростання АОА може впливати головним чином адсорбція поверхнею оксиду негативно заряджених домішкових аніонів з електроліту і їх часткове вбудовування в структуру АОА, що призводить до її «розбухання» Наявність перших двох ділянок насичення можна пояснити тим, що МК є слабкою і двухосновной, причому по першій ступені вона дисоціює істотно краще

ніж по другій при цьому відщеплення другого протона полегшується при подальшому підвищенні щільності струму Таким чином, зміна щільності струму фактично змінює природу електроліту При цьому наявність різних концентрацій аніонів з тим чи іншим зарядом впливає на обємний зростання АОА Поява ж третьої ділянки збігається зі зміною характеру пористого анодування при досягненні щільністю струму значень, що перевищують 30 – 40 мА см ^ і супроводжується виразним зниженням ефективності процесу електрохімічного анодного оксидування А1 (рис 1 с) За цих умов більш-менш широкий фронт анодирування просувається НЕ перпендикулярно, а паралельно поверхні алюмінію, поступово захоплюючи все більшу площу зразка Природа цього явища вимагає додаткових досліджень, що стосуються механізму протікання електрохімічної реакції, а також морфології і складу АОА, одержуваного при дуже високих щільності анодного струму Рентгеноструктурні дослідження не дозволили виявити розбіжностей в кристалічній структурі зразків, отриманих в даному експерименті при значеннях jg, рівних 2,5 60 150 і 240 мА см ^

Рис 1 Залежність швидкості анодирування Vg, нм хв” (А), коефіцієнта обємного зростання Кр (Ь) і виходу по струму η,% (с) від щільності анодного струму Jg, мА см ^

Fig 1 Anodization rate Vg, nm mln ~ ^ (a), volumetric growth factor Kp (b), and alumina yield η,% (с) versus anodic current density jg, mAcm ~ ^

Робота виконана за часткової фінансової підтримки Міністерства освіти Республіки Білорусь (грант № 05-3057)

III                                  Висновок

Швидкість гальваностатичного анодирування алюмінію у водному розчині малонової кислоти зростає пропорційно щільності анодного струму

Коефіцієнт обємного зростання збільшується з підвищенням щільності струму від 1,0 до 536 мА см ^ і приймає значення від 1,38 до 1,73

На відміну від водних розчинів щавлевої і ор-тофосфорной кислот, досліджених раніше, для яких характерний одна ділянка насичення на кривій залежності коефіцієнта обємного зростання алюмінію від щільності анодного струму і сірчанокислотного електроліту з явно вираженими двома ділянками насичення, для залежності коефіцієнта обємного зростання алюмінію від щільності анодного струму характерні три ділянки насичення

При збільшенні щільності струму приблизно до 35 мА см ^ відбувається зміна характеру анодного процесу

IV                           Список літератури

[1] Позняк А А Формування модифікованого анодного оксиду алюмінію для світловипромінюючих структур Дисс .. канд фіз-мат наук БДУІР Мінськ 2002

[2] Boccetta Р, Sunserii С, Bottino А, СараппеШ G et al Asymmetric alumina membranes electrochemically formed in oxalic acid solution Journal of Applied Electrochemistry 2002, 32, N 9, p 977-985

Shingubara S, Murakami Y, Morimoto Κ, Takahagi T Formation of aluminum nanodot array by combination of nanoindentation and anodic oxidation of aluminum Surface Science 2003, 532 – 535, p 317 – 323

[3]  Chu S Z, Wada Κ, Inoue S, Todoroki S Fabrication of oxide nanostructures on glass by aluminum anodization and sol-gel process Surface and Coatings Technology 2003,

169- 170, p 190- 194

[4] Rehn LE, Kestel BJ, Baldo P М, Hiller J et al Selforganized porous-alumina implantation masks for generating nanoscale arrays Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 2003, 206, p 490 – 494

[5] Врублевський І A, Паркун В М, Радіонов А А Формування тривимірних пористих структур анодного оксиду алюмінію з використанням відпалу та хімічного розчинення Известия Білоруської інженерної академії 2005, № 1 (19) / 5, с 39 – 41

[6] Сокіл В А, Волчек С А Матричні автоемісійні катоди на основі пористого анодного оксиду алюмінію Там же 2005, № 1 (19) / 5, с 53 – 55

Сурганов В Ф, Мозалев А М, Мозалева І І Обємний зростання анодного оксиду та швидкість електрохімічного анодування в оксалатном електроліті Журнал прікпадной хімії 1995, 68, № 10, с 1638 – 1642

[7] Сурганов В Ф, Мозалев А М, Мозалева І І Швидкість електрохімічного анодування алюмінію і обємний зростання анодного оксиду в розчинах ортофосфорної кислоти Там же 1997, 70, № 2, с 267 – 272

[8] Головата С В, Резванова М О, Мозалев А М, Позняк А А Швидкість електрохімічного анодування алюмінію і обємний зростання його анодного оксиду у водних розчинах сірчаної кислоти Известия Білоруської інженерної академії 2004, № 2 (18) / 2, с 7-9

PECULIARITY OF ALUMINIUM ANODIZATION IN MALONIC ACID SOLUTION

Golovataya S V, MozalevA М, PoznyakA A

Belarussian State University of informatics &amp Radioeiectronics P Brovi<i Str, Minsi<, 220013, Beiarus Ph: +375-017-2398957, e-maii: poznyai<@bsuirunibeiby

Abstract— Rate and efficiency of electrochemical aluminium anodization as well as volumetric growth of porous anodic alumina in malonic acid solution 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 a lot of new application, including the production of nanostructures and composite materials

II                                        Main Part

Processes of galvanostatic anodization of aluminium foils (9995 % pure, 105 μm thickness) are investigated in aqueous 06 M malonic acid solution at the anodic current density ja, ranging from 10 to 540 mA cm“^ Given the anodization duration, the rate and efficiency η (alumina yield) of anodic aluminium 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 At the same time, Kp increased with three saturation regions, the limits of which coincide with those of characteristic regions on the plot of η v/ersusja The latter plot had one broad maximum in the region 7-35 mA cm”^ It came out, that, beginning from the ja values above 35 mA cm”^, the Kp growth stops, the η values clearly drop and the character of anodic processes changes Under these conditions, the more or less wide anodization front moves parallel rather than perpendicular to the foil surface, occupying more and more the foil area X-ray phase analysis failed to detect any differences in the crystal structure between samples produced in our experiments at ja values equal to 25, 60, 150 or 240 mA cm”^

III                                       Conclusion

Kp increases from 138 to 173 when ja is increasing from 10 to 536 mA cm“^

Rate of the galvanostatic aluminium anodization in malonic acid solution is proportional to ja

The plot of Kp versus ja in the case of aluminium anodization in malonic acid solution reveals three saturation regions, whereas one or two saturation regions were earlier found in oxalic and orthophosphoric acid solutions or sulphuric acid solution respectively

When ja becomes approximately 35 mA cm“^, a change in character of anodic process occurs

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р