多孔阳极氧化铝自组织机理的研究

论文摘要

本文利用电化学阳极氧化法在不同电解液中制备了多孔阳极氧化铝（Porous Anodic Alumina, PAA）。利用扫描电子显微镜（SEM）和电化学阳极氧化曲线（V-t曲线）测试系统对PAA形貌和阳极氧化过程进行了跟踪。分别从铝基体的预处理工艺、氧化时间、电解液温度、氧化电压、电流密度、电解液种类及浓度等多个方面对PAA的自组织过程进行了系统的研究,分析探讨了PAA孔道的形成和自组织机理,最终针对PAA表面的梅花瓣微细结构提出了自组织的新模型。本文从铝的预处理工艺对PAA自组织的影响入手,利用扫描电子显微镜,分析了三种不同预处理方式后铝的表面形貌和PAA自组织状态,利用阳极氧化V-t曲线研究了预处理工艺对自组织过程的影响；通过研究磷酸水溶液中经不同氧化时间得到的PAA,分析了氧化时间对PAA自组织的影响,同时研究了磷酸乙二醇水溶液中制得的PAA,分析了乙二醇对自组织的影响；通过对比磷酸溶液中不同温度下制得的PAA,研究了电解液温度对自组织的影响；还研究了氧化电压、电流密度对PAA形貌的影响,分析了氧化电压、电流密度对自组织的影响；最后研究了硫酸、磷酸、草酸中PAA的表面形貌,探讨了电解液种类及浓度对自组织的影响。针对PAA自组织本质尚不明确和酸性场致助溶理论无法解释梅花瓣微细结构的现状,本文在氧气气泡模具效应的基础上提出了新的梅花瓣结构的自组织模型。氧气析出产生的“微小液体流”是梅花瓣微细结构产生的本质原因,也是自组织的驱动力。规则纳米孔道的形成和自组织本质是纳米孔道中氧气析出的结果,PAA自组织有序结构的形成及氧化膜的生长与纳米孔道中氧气气泡的析出速度、气泡大小等都有关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 PAA的应用和研究意义
• 1.2 PAA的经典生长模型
• 1.2.1 酸性场致助溶理论
• 1.2.2 体积膨胀模型
• 1.2.3 电子击穿模型
• 1.3 PAA自组织机理的研究现状
• 1.3.1 酸性场致助溶理论下的自组织
• 1.3.2 体积膨胀模型下的自组织
• 1.3.3 高低电场模型下的自组织
• 1.3.4 其他理论
• 1.4 现有自组织理论的局限性和氧气气泡生长模型
• 1.4.1 现有自组织理论的局限性
• 1.4.2 氧气气泡生长模型
• 1.5 本文的主要研究思路和研究内容
• 2 铝阳极氧化的实验装置和基本表征手段
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验原料
• 2.3 实验步骤
• 2.4 阳极氧化工艺
• 3 铝的预处理工艺对PAA自组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 不同预处理后铝的表面形貌
• 3.2.1 带天然氧化膜铝的表面形貌
• 3.2.2 化学抛光铝的表面形貌
• 3.2.3 电化学抛光铝的表面形貌
• 3.3 铝预处理工艺对PAA自组织的影响
• 3.3.1 带天然氧化膜的铝阳极氧化后的表面形貌
• 3.3.2 化学抛光的铝阳极氧化后的表面形貌
• 3.3.3 电化学抛光的铝阳极氧化后的表面形貌
• 3.4 本章小结
• 4 氧化时间对PAA自组织的影响
• 4.1 氧化时间对自组织影响的传统观点
• 4.2 氧化时间对PAA表面形貌的影响
• 4.3 氧化时间对PAA自组织过程的影响
• 4.5 本章小结
• 5 电解液温度对PAA自组织的影响
• 5.1 电解液温度对自组织影响的传统观点
• 5.2 电解液温度对PAA孔径的影响
• 5.3 电解液温度对PAA有序度的影响
• 5.4 电解液温度对阳极氧化曲线的影响
• 5.5 本章小结
• 6 氧化电压和电流密度对PAA自组织的影响
• 6.1 氧化电压对自组织的影响
• 6.1.1 氧化电压对自组织影响的传统观点
• 6.1.2 氧化电压对PAA表面形貌的影响
• 6.1.3 氧化电压对阳极氧化过程中电流的影响
• 6.2 电流密度对PAA自组织的影响
• 6.2.1 电流密度自组织影响的传统观点
• 6.2.2 电流密度对阳极氧化过程中电压的影响
• 6.2.3 电流密度对PAA自组织的影响
• 6.3 本章小结
• 7 电解液对PAA自组织的影响
• 7.1 电解液种类对自组织的影响
• 7.2 电解液浓度对自组织的影响
• 7.3 本章小结
• 8 梅花瓣微细结构的形成与PAA自组织的本质
• 8.1 PAA表面的梅花瓣微细结构
• 8.2 PAA自组织过程的本质
• 8.3 微小液体流对梅花瓣微细结构的影响
• 8.4 微小液体流对PAA形貌的解释
• 8.5 本章小结
• 9 全文结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录