2.2.2.Пористий оксид алюмінію і структури на його основі.

Пористий анодний оксид алюмінію володіє унікальною структурою, яка дозволяє виготовляти стовпчикові, ниткоподібні, точкові, конусні елементи з нанометровими розмірами, які неможливо отримати різними відомими методами. Особливостями структури є рівномірний розподіл мікроскопічних пор з діаметром від субмікронного до манометрового діапазону, розміщення вертикально спрямованих пор на майже однаковій відстані одна від одної, можливість керування геометричними розмірами пор і комірок пористого оксиду шляхом зміни складу електроліту та режимів електрохімічної обробки.

Прилад для отримання анодних оксидів алюмінію включає двохелектродну комірку а також систему контролю за електричними параметрами. Оскільки використовується неагресивний електроліт, то комірка може бути виготовлена з скла чи металів, а катод з графіту, чи будь-якого металу, яких не розчиняється в електроліті.

Утворення анодних оксидів в рідких електролітах при електрохімічному анодному окисленні відбувається в результаті зустрічної міграції іонів Al³⁺ O^2- в електричному полі великої напруженості. Складний процес пористого анодного окислення можна розділити на три стадії: 1) протікання реакції передачі кисню від аніонів чи молекул розчину на метал і виникнення поре винної сполуки алюмінію з киснем; 2) формування тонкої оксидної плівки бар’єрного типу; ріст потовщеної плівки пористого типу.

Товщина пористого шару залежить від заряду, що пройшов через анод. Утворення пор починається не одночасно по всій поверхні металу, а в енергетично вигідних місцях, якими можуть бути місця виходу дислокацій на поверхню, границі зерен, домішки, структурні дефекти. Одночасно з ростом пор на зовнішній поверхні на межі метал-оксид починає рости новий шар оксиду, окремі комірки якого мають вигляд півсфери. Спочатку на поверхні виникають окремі комірки і, оскільки вони є першими, то мають можливість більше рости. З ростом напруги між ними починають рости інші комірки, поступово заповнюючи всю поверхню металу. Після того як окремі комірки покриють всю поверхню металу, вони починають рости тільки в глибину. В таких умовах, ті комірки, які утворились пізніше мають шанс більше прорости в глибину, вирівнюючи при цьому свої розміри з першими комірками. Таким чином через декілька секунд на поверхні металу утвориться бар’єрна плівка, зовнішній шар якої поступово перетворюється в пористий оксид. Дослідження показують, що повна забудова оксидними комірками поверхні металу відбувається через декілька секунд (4-7 с) і в подальшому структура плівки не змінюється, якщо умови оксидного окислення залишаються сталими. На другій стадії відбувається впорядкування комірчасто-пористої структури. Швидкість росту глибини пор не залежить від напруги, вона є лінійною функцією часу анодування. Після довгого анодування і злиття окремих комірок утворюються комірки з циліндричними порами і з проміжними металічними стовпчиками трикутного перерізу.

Таким чином, аналіз теоретичних і експериментальних результатів дозволяє визначити послідовність процесів при формуванні само впорядкованої структури пористого оксиду алюмінію:

1. утворення без пористої плівки оксиду алюмінію бар’єрного типу;

2. зародження пор, хаотично розподілених по поверхні;

3. розвиток пор і комірок на межі розділу оксид і метал в бар’єрному шарі;

4. формування регулярних комірок і пор циліндричної форми з сталим діаметром за рахунок підкладки (в глибину);

5. формування гексагонально-впорядкованих комірок пористого оксиду.

Пористий оксид алюмінію використовується при розробці функціональних шарів для пристроїв оптоелектроніки, сенсорики, наноелектроніки, при виготовленні фільтрів, мембран, фотоприладів.