Penyelidik sebagai nano-arkitek

Proses baru dibangunkan untuk pengeluaran alumina nanostructured

Alumina yang ditumpuk - a: Semasa anodisasi denyut, lapisan oksida berlapis secara bergantian pada keadaan keras (HA-AAO - ungu) dan ringan (MA-AAO - turquoise). Anak panah putih dalam mikrograf elektron pengimbasan menunjukkan nanotube aluminium yang disalut dengan aluminium oksida anodik (AAO). b: Rempah alumina yang ditanam di bawah keadaan ringan ditinggalkan selepas penyelidik di Fakulti Mikrostruktur Institut Max Planck dengan sengaja mengukir oks aluminium oksida. © MPI untuk Fizik Mikrostruktur
membaca dengan kuat

Jika blok bangunan akan menyatukan diri untuk membentuk sebuah rumah, itu akan menghantui - di dunia nano yang dipanggil organisasi diri. Para saintis kini telah membangunkan kaedah untuk membina struktur kompleks alumina mengikut prinsip ini.

Seperti yang dilaporkan penyelidik dalam edisi dalam talian Nature Nanoteknologi jurnal, mereka menggabungkan anodisasi keras dan ringan - dua proses untuk menghasilkan alumina - dalam proses baru: anodisasi nadi. Ini menghasilkan alumina yang stabil dan sangat cepat. Sebelum ini, bahan boleh menjadi cepat atau teguh, tetapi lambat untuk menghasilkan. Di samping itu, kaedah baru ini membolehkan struktur yang boleh digunakan sebagai membran atau dalam optoelektronik, tetapi dengan kaedah konvensional tetapi sangat mahal untuk dihasilkan.

Kerja-kerja saintis dari Institut Max Planck untuk Fisika Mikrostruktur di Halle boleh menjadi nano-arkitek: Dalam salah satu lapisan pembinaan mereka alumina timbunan seperti lantai, yang dihubungkan oleh tiub plastik yang tidak terhitung, yang hanya beberapa nanometer tebal. Setakat ini, struktur tersebut hanya boleh dihasilkan lapisan oleh lapisan dan hanya secara litografi dengan meretas bahan pra-struktur.

Di makmal Woo Lee dan kakitangannya, struktur seperti itu hampir tumbuh dengan sendirinya. Hal ini dimungkinkan oleh anodisasi denyut - proses baru untuk menghasilkan alumina.

Aluminium oksida melindungi terhadap kakisan

Lapisan aluminium oksida melindungi semua produk aluminium, sama ada periuk atau pesawat, dari kakisan. Lapisan oksida sedemikian dihasilkan oleh anodisasi keras (HA), proses anodizing. Bahan kerja diperbuat daripada aluminium, seperti periuk, sebagai anod dalam sel elektrolitik. Dalam kes ini, voltan elektrik mendorong tindak balas kimia, dalam hal ini pengoksidaan aluminium. paparan

Pengododan keras berfungsi dengan tegangan sehingga 70 volt dan larian dengan cepat. Walau bagaimanapun, ia membuat lapisan oksida mudah terdedah kepada mikrokompak yang boleh memusnahkan perlindungan. Oleh itu, teknologi tidak boleh digunakan, terutamanya untuk nanoteknologi. Lapisan oksida yang membentuk anodisasi ringan (MA) dengan tegangan di bawah 25 volt lebih kuat, tetapi berkembang dengan perlahan.

"Kami menggabungkan kedua-dua kaedah pengimejan denyutan untuk mengatasi kelemahan mereka, " kata Woo Lee, yang memainkan peranan penting dalam kerja-kerja: "Itulah bagaimana kita boleh menahan dengan sangat cekap Melahirkan lapisan aluminium oksida yang tinggi tanpa microcracks. Ahli sains menambah bahawa ini tidak boleh menarik secara teknis untuk pesawat dan pembinaan kereta, tetapi juga untuk seni bina aluminium.

Lapisan oksida berkembang lebih cepat

Dalam kebanyakan kes, anodisasi tegangan denyutan dengan voltan 25 volt memberikan keadaan yang ringan - lapisan oksida, yang berkembang, adalah apa yang ditemui oleh para penyelidik alumina MA. Setiap tiga minit, para penyelidik menggerakkan voltan sehingga 35 volt untuk sekurang-kurangnya setengah saat, dengan cepat membentuk lapisan HA alumina. "Dengan mengagumkan, semasa denyut-denyut pendek ini, lapisan oksida tumbuh lebih cepat daripada anodisasi keras, " kata Woo Lee. Akhirnya, lapisan MA dan HA berubah pada jarak kurang dari 100 nanometer. "Lapisan alumina MA menstabilkan lapisan HA yang lebih rapuh, " kata Lee.

Anodisasi nadi juga memberi ruang penyelidik baru untuk membentuk struktur alumina. Dalam anodisasi, liang-liang sentiasa masuk ke dalam oksida, dan biasanya mengatur secara rawak. Walau bagaimanapun, saluran membentuk corak heksagon apabila bahan-bahan saintis menghidupkan aluminium pada suhu, voltan dan komposisi elektrolit yang sesuai serta pH yang sesuai. "Dalam susunan ini, yang hasil dari organisasi sendiri, tekanan mekanikal bahawa liang-liang dalam menghasilkan alumina mungkin paling sedikit, " jelas Martin Steinhart, yang terlibat dalam kerja.

Pori juga memerlukan pesanan

Para saintis bahan telah menguasai urutan liang selama beberapa waktu sekarang. Apa yang baru ialah ahli fizik dari Halle boleh menggunakan anodisasi nadi untuk memperkenalkan corak tiga dimensi ke dalam alumina. Kerana diameter liang bergantung pada voltan elektrik di mana anodisasi berlaku. Dengan cara ini, para saintis boleh menyempitkan kanal dan mengembangkannya.

Malah kebebasan yang lebih kreatif dalam nanoarchitecture membolehkan sifat-sifat kimia yang berlainan daripada lapisan HA dan MA oxide. Di bawah keadaan yang teruk HA anodization, oksida menjadi lebih dan lebih tercemar, menyebabkan ia menjadi lebih berasid. Oleh itu lapisan HA boleh diselesaikan dengan cara yang disasarkan. Dan penyelidik telah mengeksploitasi ini untuk membuat tumpukan alumina, yang dihubungkan dengan tiub plastik: Pertama, mereka lapisan HA dan alumina MA atas satu sama lain dengan bantuan anodization pulse, mengisi Pori dengan polimer dan kemudian keluarkan lapisan HA dengan asid fosforik yang lemah.

Membran dan media penyimpanan diperbuat daripada aluminium oksida

Untuk melindungi pesawat, kereta dan bangunan lebih baik terhadap kakisan, pilihan reka bentuk dalam struktur liang tidak diperlukan. "Tetapi ia boleh membantu membuat membran atau media penyimpanan daripada alumina, " kata Woo Lee. Dengan menggabungkan kaedah baru nanodesign dengan teknik konstruktif mikrostruktur, ia juga mungkin menghasilkan bahan dengan sifat optik dan getaran khas - yang akan menjadi kepentingan bagi komponen optoelektronik.

(MPG, 02.04.2008 - DLO)