Химики установили оптимальную наноструктуру алюминия для направленного роста оксидной пленки

Сотрудники химического факультета МГУ совместно с коллегами обнаружили зависимость между тонкой атомной структурой алюминия и строением образующейся на его поверхности оксидной пленки. Понимание этого соответствия важно для создания материалов и изделий с заданными свойствами. Работа опубликована в журнале The Journal of Physical Chemistry C.

Процесс создания на поверхности алюминия защитной оксидной пленки называется его анодированием. Суть метода заключается в том, что металл погружают в раствор электролита — вещества, пропускающего ток — и подводят электричество. При этом происходит псевдо-эпитаксиальный (на поверхности подложки) рост упорядоченной пористой структуры — анодного оксида алюминия. То, каким будет ее микростроение, определяется кристаллографической ориентацией подложки — выстраиванием атомов вдоль особых характерных линий.

«В ходе наших экспериментов был проведен детальный анализ морфологии пористых оксидных пленок, полученных анодированием алюминия с различной кристаллографической ориентацией. Нам удалось установить оптимальные варианты для создания изделий и материалов определенной структуры», — рассказывает Кирилл Напольский, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник кафедры неорганической химии и кафедры электрохимии химического факультета, ассистент на кафедре наноматериалов факультета наук о материалах МГУ.

Сочетание методов статистического анализа изображений растровой электронной микроскопии и высокоразрешающей малоугловой дифракции (отклонения от законов оптики) рентгеновского излучения образцов позволило установить некоторые закономерности. Так, найдено соответствие между кристаллографической ориентацией алюминиевой подложки и двумя типами морфологии оксидной пленки, очевидно, разного применения. Первая, состоящая из прямых каналов, предпочтительна для создания высококачественных мембранных материалов и формирования одномерных наноструктур. Другая, пористая, наиболее перспективна в качестве фотонных кристаллов (материалов с изменяющимся преломлением проходящего света) и тестовых решеток в атомно-силовой микроскопии. Ученые объясняют обнаруженную зависимость неодинаковой скоростью окисления алюминия в различных кристаллографических направлениях.

«Следует отметить практическую значимость полученных результатов для промышленного получения пористых мембран анодного оксида алюминия. Использование текстурированных подложек позволяет получать оксидные пленки с требуемой структурой и улучшенными функциональными свойствами», — заключает Кирилл Напольский.