{"id":746,"date":"2024-07-20T11:17:26","date_gmt":"2024-07-20T03:17:26","guid":{"rendered":"https:\/\/artehistoria.net\/?p=746"},"modified":"2024-07-20T11:17:27","modified_gmt":"2024-07-20T03:17:27","slug":"anodic-alumina-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/anodische-tonerde-2\/","title":{"rendered":"Anodische Tonerde"},"content":{"rendered":"<p>Anodische Tonerde bezieht sich auf eine Aluminiumoberfl\u00e4che, die durch elektrochemisches Eloxieren behandelt wurde, wodurch eine au\u00dfergew\u00f6hnlich haltbare und korrosionsbest\u00e4ndige Oberfl\u00e4che entsteht, die niemals absplittert, abbl\u00e4ttert oder abplatzt - dreimal h\u00e4rter als Standardaluminium und 60% leichter!<\/p>\n<p>Dieser Artikel befasst sich mit den Grundlagen und der Verwendung von por\u00f6sem anodischem Aluminiumoxid, auch als Vorlage f\u00fcr das Wachstum von Nanodr\u00e4hten und Nanor\u00f6hren zur Herstellung von Metamaterialien mit einzigartigen Eigenschaften.<\/p>\n<h2>Merkmale<\/h2>\n<p>Anodisch por\u00f6ses Aluminiumoxid (NPA), auch als nanopor\u00f6ses anodisiertes Aluminiumoxid (NAA) bezeichnet, ist aufgrund seiner geordneten und dichten por\u00f6sen Strukturen mit Poren im Bereich von Nanometern Durchmesser ein faszinierendes Material mit vielf\u00e4ltigen Anwendungsm\u00f6glichkeiten. Diese Poren haben neue M\u00f6glichkeiten in Bereichen wie der strukturellen F\u00e4rbung und der Photonik geschaffen und dienen als Vorlagen f\u00fcr die Herstellung von Materialien wie Nanodr\u00e4hten oder Nanor\u00f6hren zur Entwicklung von Metamaterialien mit ma\u00dfgeschneiderten Eigenschaften.<\/p>\n<p>Die genauen Mechanismen, durch die sich diese Strukturen bilden, werden weiter erforscht, wobei besonderes Interesse auf anodisches Aluminiumoxid gerichtet ist. Dabei handelt es sich sowohl um chemische als auch um elektrochemische Reaktionen. Erstere beinhaltet die direkte Injektion von Aluminiumionen in eine Elektrolytl\u00f6sung, w\u00e4hrend das elektrische Gegenst\u00fcck in Rissen innerhalb der Oxidschicht stattfindet; die Zusammensetzung der Elektrolytl\u00f6sung und das angewandte Anodisierungspotenzial sind Schl\u00fcsselfaktoren, wenn es um die Rissgr\u00f6\u00dfe geht.<\/p>\n<p>Sobald sich Risse gebildet haben, k\u00f6nnen die in den Elektrolyten geschleuderten Aluminiumionen miteinander interagieren und selbstorganisierte por\u00f6se Strukturen bilden, die vom Anodisierungspotenzial und dem Elektrolyttyp abh\u00e4ngen; ihre Gr\u00f6\u00dfe und Form h\u00e4ngen von Faktoren wie dem Anodisierungspotenzial sowie dem Vorhandensein bzw. Fehlen von Sperrschichten ab.<\/p>\n<p>Wie unten gezeigt, dehnen sich die Poren eines anodisierten Substrats bei hohen elektrischen Ladungen aus, w\u00e4hrend sich der Abstand zwischen den Poren verringert, was zu hexagonalen Porenanordnungen f\u00fchrt, wie sie hier zu sehen sind; \u00e4hnliche Anordnungen k\u00f6nnen aber auch andere Formen wie rechteckige oder quadratische Strukturen haben.<\/p>\n<p>Die Morphologie der Porenanordnungen h\u00e4ngt von ihrer anf\u00e4nglichen Anordnung als vorgemusterte konkave Gruben auf einer anodischen Aluminiumoxidoberfl\u00e4che und ihren Porenabst\u00e4nden ab. Bei Verwendung von Graphitgittermustern mit Porenabst\u00e4nden von 300 nm entwickeln die Oxidw\u00e4nde dreieckige Formen, w\u00e4hrend Wabengittermuster mit Porenabst\u00e4nden von 500 nm rautenf\u00f6rmige Poren ergeben; diese Form beeinflusst letztlich die Lichtdurchl\u00e4ssigkeit und die Streueigenschaften von anodischen Aluminiumoxidoberfl\u00e4chen.<\/p>\n<h2>Anwendungen<\/h2>\n<p>Seit den Arbeiten von Masuda und Moskovits ist por\u00f6ses anodisches Aluminiumoxid (AAO) zu einer attraktiven Nanofabrikationsplattform f\u00fcr die Forschung in zahlreichen Bereichen geworden. AAO-Nanotemplates wurden f\u00fcr die Herstellung von Materialien mit spezifischen Eigenschaften in Bezug auf Magnetismus, Thermoelektrizit\u00e4t und Thermoelektrizit\u00e4t bei reduzierten Abmessungen verwendet. AAO kann leicht modifiziert werden, um verschiedene Morphologien wie verzweigte Strukturen, modulierte oder dreidimensionale nanopor\u00f6se Strukturen zu erzeugen.<\/p>\n<p>Die morphologischen Eigenschaften von AAOs werden sowohl durch die Sperrschicht als auch durch das anodische Potenzial bestimmt. Die Sperrschicht wirkt sich darauf aus, wie schnell Aluminium seine Ionen in die L\u00f6sung abgibt, w\u00e4hrend das anodische Potenzial beeinflusst, wie schnell die Poren wachsen - ihre Gr\u00f6\u00dfe h\u00e4ngt vom angelegten anodischen Potenzial, der Temperatur, der Elektrolytzusammensetzung und den Versuchsbedingungen ab.<\/p>\n<p>Generell gilt: Je gr\u00f6\u00dfer und enger die Porendurchmesser und Porenabst\u00e4nde sind, desto schneller bildet sich ein anodisches Oxid. Es sollte jedoch auch ber\u00fccksichtigt werden, dass ihre Gr\u00f6\u00dfe auch von Faktoren wie der Oberfl\u00e4chenchemie abh\u00e4ngen kann, die durch chemisches \u00c4tzen oder die Verwendung von anodischen Vorl\u00e4ufern gesteuert werden kann.<\/p>\n<p>Ferner ist zu betonen, dass die Porenanordnung nicht nur durch die Form einer eingedr\u00fcckten Vertiefung bestimmt wird, sondern auch durch die anf\u00e4ngliche Anordnung der konkaven Vertiefungen auf einem Substrat beeinflusst wird. Bei der Verwendung von FIB-Mustern von konkaven Vertiefungen mit 300 nm Abstand zwischen den Poren auf einem Al-Substrat entstehen nach der Anodisierung beispielsweise dreieckige und rechteckige Oxidw\u00e4nde (Abb. 14a-14c).<\/p>\n<p>An der Oxid\/Elektrolyt-Grenzfl\u00e4che spielen Oxalat-Spezies eine wesentliche Rolle bei der Bildung von AAO. In Verbindung mit Al3+-Ionen, die unter MA-Bedingungen aus den Poren ausgetrieben werden, reagieren diese Oxalat-Ionen mit ihnen zu Wassermolek\u00fclen, die den Widerstand der Sperrschicht verringern und das weitere Wachstum der Porenmatrixstrukturen erleichtern. Im Gegensatz dazu kommt es unter HA-Bedingungen zur Bildung von nichtpor\u00f6sem Aluminiumoxid mit h\u00f6herem Widerstand an der Sperrschicht aufgrund von Spannungen, die durch die Volumenausdehnung an der Metall\/Oxid-Grenzfl\u00e4che verursacht werden.<\/p>\n<h2>Vorbereitung<\/h2>\n<p>Die Herstellung von por\u00f6sem Aluminiumoxid erfordert die Anodisierung von Aluminium in sauren Elektrolyten. Bei diesem Prozess wandern Sauerstoffionen aus der L\u00f6sung auf die Metalloberfl\u00e4che und bilden eine isolierende Oxid-Sperrschicht, durch die aufgrund des hohen elektrischen Widerstands nur ein geringer Strom flie\u00dfen kann und die gleichzeitig isolierend wirkt und eine weitere Verdampfung der Oberfl\u00e4che verhindert.<\/p>\n<p>Temperatur, Elektrolytzusammensetzung und das w\u00e4hrend der Anodisierung angelegte Potenzial spielen eine wesentliche Rolle bei der Erzeugung unterschiedlicher Porengr\u00f6\u00dfen, deren Strukturparameter der Durchmesser und der Abstand zwischen den Poren sind. Um eine einheitlichere Struktur der Poren zu schaffen, kann die Pulsanodisierung eingesetzt werden.<\/p>\n<p>Bei dieser Technik wird die Anodisierung nach einer bestimmten Zeit unterbrochen und bei einem h\u00f6heren Potenzial wieder aufgenommen, wodurch sich die Anodisierungszeit verl\u00e4ngert und dickere, por\u00f6sere Aluminiumoxidschichten entstehen.<\/p>\n<p>Die Pulsanodisierung kann auch zur Herstellung verzweigter oder modulierter Poren verwendet werden, indem die Anodisierungsbedingungen zwischen MA und HA in bestimmten Sequenzen ge\u00e4ndert werden und die Pulsdauer ver\u00e4ndert wird, wodurch Poren mit verschiedenen Durchmessern und hohem Ordnungsgrad entstehen.<\/p>\n<p>Durch \u00c4nderung des pH-Werts von Anodisierungsl\u00f6sungen kann die Porengr\u00f6\u00dfenverteilung ver\u00e4ndert werden. Dies ist m\u00f6glich, indem die Konzentration der Oxalatarten in einem Elektrolyten erh\u00f6ht oder verringert wird. Umgekehrt sollten f\u00fcr kleinere Poren weniger Arten in einer Elektrolytl\u00f6sung vorhanden sein.<\/p>\n<p>Ein weiterer Schritt zur Ver\u00e4nderung der Porenstrukturen ist das selektive \u00c4tzen. Dieses kann nach der Anodisierung in einer phosphors\u00e4urehaltigen L\u00f6sung durchgef\u00fchrt werden und f\u00fchrt zu einer por\u00f6sen 3D-Aluminiumoxidmembran mit gut geordneten Poren, selbst wenn bei der Anodisierung MA-Bedingungen verwendet wurden; daher eignet sich diese Methode besonders f\u00fcr Anwendungen, bei denen Natriumdampf-Stra\u00dfenlaternen als Gasbeh\u00e4lter verwendet werden.<\/p>\n<h2>Eigenschaften<\/h2>\n<p>Por\u00f6ses anodisches Aluminiumoxid hat in den letzten Jahrzehnten aufgrund seiner bemerkenswerten physikalischen, chemischen und optischen Eigenschaften gro\u00dfes Forschungsinteresse geweckt. Besonders beeindruckend sind Strukturen mit nanometergro\u00dfen Merkmalen aus diesem anodischen Material f\u00fcr die Entwicklung optischer Ger\u00e4te wie photonische Kristalle oder Laser.<\/p>\n<p>Die Bildung komplexer Morphologien wird durch elektrochemische Reaktionen bestimmt, die sowohl an der Metall\/Elektrolyt-Grenzfl\u00e4che als auch an der Oxid\/Elektrolyt-Grenzfl\u00e4che ablaufen, wo ein elektrisches Feld, das \u00fcber eine Barriereschicht erzeugt wird, die Aufl\u00f6sung von Oxid, die Freisetzung von Al3+-Ionen, die Volumenausdehnung an der Metall\/Oxid-Grenzfl\u00e4che, die Erzeugung von Spannungen aufgrund der Volumenausdehnung an dieser Grenzfl\u00e4che und volumetrische Spannungen an der Metall\/Oxid-Grenzfl\u00e4che in Abh\u00e4ngigkeit vom Anodisierungspotenzial, der Temperatur, der S\u00e4urezusammensetzung und den Versuchsbedingungen bewirkt.<\/p>\n<p>Die gepulste Anodisierung ist eine der effizientesten Techniken zur Erzeugung hochgradig kontrollierter Porenmorphologien, die es den Anodisierern erm\u00f6glicht, den Porendurchmesser und den Porenabstand durch \u00c4nderung der Spannungseinstellungen anzupassen. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen die strukturellen Parameter der gebildeten Membranen durch \u00c4nderung der Potenzial- und Zeiteinstellungen f\u00fcr jeden Anodisierer angepasst werden, was auf Wunsch zu Morie-Mustern oder Treppenstrukturen f\u00fchrt.<\/p>\n<p>Anodisches Aluminiumoxid bietet einen weiteren Vorteil f\u00fcr die Entwicklung funktioneller Materialien: seine F\u00e4higkeit, die Oberfl\u00e4chenchemie zu kontrollieren. Durch chemisches \u00c4tzen oder elektrochemische Abscheidung k\u00f6nnen Schutzschichten auf der Oberfl\u00e4che erzeugt werden; au\u00dferdem k\u00f6nnen thermische Behandlungen oder Nanokratzer die Morphologie ver\u00e4ndern oder Schutzschichten auf der Oberfl\u00e4che erzeugen.<\/p>\n<p>Anodisches Aluminiumoxid bietet eine attraktive Plattform f\u00fcr die Herstellung von Materialien mit reduzierter Dimensionalit\u00e4t in den Bereichen Magnetismus, Thermoelektrizit\u00e4t und anderen Bereichen, wie z. B. optischen Techniken. Dar\u00fcber hinaus ist es aufgrund seiner Vielseitigkeit eine n\u00fctzliche Vorlage f\u00fcr das Wachstum von Materialien mit verschiedenen, mit optischen Techniken kombinierten Eigenschaften. Bei InRedox produzieren und liefern wir Nanoschablonen aus anodischem Aluminiumoxid in verschiedenen Formaten und Spezifikationen f\u00fcr Forscher, die wissenschaftliche und technologische M\u00f6glichkeiten auf der Grundlage dieses Materials erforschen.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Anodic alumina refers to an aluminum surface treated by electrochemical anodizing, producing an exceptionally durable and corrosion-resistant finish that never [&hellip;]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[],"class_list":["post-746","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/746","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=746"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/746\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":747,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/746\/revisions\/747"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=746"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=746"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/artehistoria.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=746"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}