Спільна група вчених із США і Німеччини розробила перші кількісні моделі того, як на поверхні металів утворюється анодна пориста оксидна плівка

Спільна група вчених із США і Німеччини розробила перші кількісні моделі того, як на поверхні металів утворюється анодна пориста оксидна плівка. Подібні плівки можуть використовуватися для створення широкого спектра функціональних електронних пристроїв, тому краще розуміння їх властивостей має ключове значення для подальшого розвитку даного напрямку.

Схематичне зображення пористої оксидної плівки.

Поверхневі оксидні плівки утворюються на таких металах, як титан і алюміній в ході процесу електрохімічного окислення (анодування). Формуються оксидні плівки виявляються пористими, якщо процес відбувається в розчинах, в яких вони слабо розчиняються.

Подібні плівки зазвичай складатися з упорядкованих пір субмикронного діаметра, таким чином, вони можуть бути використані для створення найрізноманітніших електронних пристроїв, що використовують унікальні особливості пористих плівок. Хорошим прикладом групи подібних пристроїв є сонячні елементи на базі напівпровідникового діоксиду титану.

Важливою особливістю поверхневих оксидних плівок є той факт, що вони можуть бути легко здійснено, при цьому вони мають велику площу внутрішньої поверхні. Крім того, пори впорядкованої структури мають однаковий розмір і відрізняються великим відношенням глибини до діаметру. Плюсом є також те, що розміри пір можна «настроювати» під конкретне додаток поверхневої плівки, змінюючи умови електрохімічного процесу.

Незважаючи на такі широкі можливості управління структурою пористих оксидних плівок, досі для формування самоорганізуються плівок вчені змушені були покладатися на інтуїцію в процесі пошуку правильних параметрів експерименту.

Однак завдяки новій роботі спільної групи вчених з Iowa State University (США) і University of Erlangen-Nürnberg (Німеччина) в руках дослідників з’явився кількісний інструмент, що дозволяє «замовляти» необхідні параметри структур для широкого спектру матеріалів.

Відповідно до запропонованої моделі, умови експерименту визначають значення двох параметрів поверхневої пористої оксидної плівки: перший включає в себе співвідношення густин оксидної плівки і металу (так зване ставлення Пілінгу-Белворта / Pilling-Bedworth), а другий – «ефективність» формування оксиду, яка являє собою частку окислених атомів металу, що залишаються в оксидній плівці, по відношенню до частки іонів, що перейшли в розчин. Для заданого металу, відповідно до запропонованої моделі, оксидні плівки можуть мати ефективність, не виходить за межі певного діапазону значень.

Теоретична модель вже була підтверджена вченими експериментально на оксидних плівках алюмінію і титану. Крім того, вчені показали, що співвідношення відстані між порами і напругою, прикладеною під час електрохімічного процесу, залишається постійним. Детальні результати роботи були опубліковані в журналі Nature Materials.

Розроблена модель дозволяє вченим точно задавати параметри експерименту для формування потрібних їм оксидних плівок. Зокрема, розчин повинен бути таким, щоб його розчинювальна здатність узгоджувалася з описаним вище параметром «ефективності». Крім того, модель пророкує, що створення впорядкованих пористих оксидних плівок можливо тільки для оксидів металів з певними параметрами.

Це пояснює, чому раніше не вдалося на експерименті створити оксидну плівку з впорядкованими порами з ZnO (вельми перспективного матеріалу для роботи з сонячною енергією).

Хоча запропонована модель являє собою істотний крок в розвитку виробництва пористих оксидних плівок, для завершення роботи над нею необхідно виконати ще багато роботи. Зокрема, модель визначає співвідношення відстані між порами і прикладеної напруги, але не дає можливості обчислити окремо один з параметрів по іншому.

Оцінка відстані між порами дала б можливість розрахувати товщину матеріалу, після якого він стає стабільним.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *