Влияние поверхностно-активных веществ на структуру анодно-оксидного покрытия

Белорусский государственный технологический университет, Минск

Современные технологические подходы производства электронных устройств предполагают использование самоорганизущихся процессов формирования целевых структур и материалов на их основе, обладающих параметрами высокой точности.

Перспективными объектами для опто-, микро- и наноэлектроники, сенсоров, газоселективных мембран, фотокатализаторов и других объектов являются микро- и нанопористые матрицы, модифицированные функциональными материалами. Например, при создании прозрачных электропроводящих наноструктур для жидкокристаллических устройств, газоселективных мембран используются процессы самоорганизованного роста упорядоченного анодного оксида алюминия [1].

Предложенная нами технология заключается в создании упорядоченных пористых структур анодированного оксида алюминия, сформированных на стеклянных подложках. Подготовка стеклянных подложек осуществлялась согласно методике [2].

В качестве электролита анодирования использовали раствор щавелевой кислоты с добавлением анионного поверхностно-активного вещества додецилсульфат натрия и катионного поверхностно-активного вещества триметилдодециламмоний бромида для управления структурно-геометрическими параметрами образующегося оксида алюминия.

Исследования показали, что оптические свойства анодного оксида алюминия, полученного в присутствии катионного поверхностно-активного вещества триметилдодециламмоний бромида выше, чем в присутствии анионного поверхностно-активного вещества додецилсульфата натрия.

Изучение морфологии входящих структур в анодный оксид алюминия при помощи ИК-спектроскопии позволило определить, что вводимые в электролит анодирования поверхностно-активные вещества после проведения электрохимической обработки поверхности не содержатся в составе анодно-оксидной пленки, так как на полученных ИК-спектрах имеются пики, характерные для присутствия оксалат-ионов Они лишь участвуют в формировании матрицы анодного оксида алюминия и после завершения процесса анодирования вымываются водой.

Структура поверхности анодированного оксида алюминия, полученного в присутствии поверхностно-активных веществ, представлена на рисунках 1 и 2.

Рис. 1. Микрофотография поверхности оксида алюминия, полученного в щавелевой кислоте с применением анионного поверхностно-активного вещества

Рис. 2. Микрофотография поверхности оксида алюминия, полученного в щавелевой кислоте с применением катионного поверхностно-активного вещества

На микрофотографии отчетливо наблюдается расположение ячеек и геометрия пор анодированного оксида алюминия. Проведение микрофотографических исследований поверхности позволило определить характеристические параметры анодно-оксидного покрытия, такие как доля пор на поверхности и средний диаметр пор анодно-оксидного покрытия.

Доля пор на поверхности анодированного оксида алюминия, полученного в щавелевой кислоте, составляет 9 %. Добавление анионного поверхностно-активного вещества приводит к увеличению доли пор на поверхности анодно-оксидного покрытия и составляет 11%. Однако, введение катионного поверхностно-активного вещества в электролит анодирования приведет к уменьшению доли пор на поверхности анодно-оксидного покрытия и составит 6 %.

Средний диаметр пор в анодно-оксидной пленке, полученной при анодировании в щавелевой кислоте, изменяется в диапазоне от 10 до 11 нм. Добавление поверхностно-активных веществ по-разному влияет на диапазон распределения среднего диаметра пор анодного оксида алюминия. Таким образом, применяя анионное поверхностно-активное вещество, можно увеличить средний диаметр пор анодно-оксидного покрытия в диапазоне 12 – 16 нм, а при добавлении катионного поверхностно-активного вещества ТМ – от 16 до 18 нм в зависимости от концентрации поверхностно-активного вещества.

Таким образом, введение поверхностно-активных веществ по-разному влияет на характеристические параметры и свойства анодно-оксидных покрытий. Варьируя не только типами поверхностно-активных веществ, но и их концентрациями можно изменять параметры пористой структуры в зависимости от условий получения. Полученные наноструктурированные анодно-оксидные покрытия могут быть перспективными при производстве электрооптических устройств памяти, а также дисплейной техники различного назначения.

Литература

1. Jaguiro P., Stsiapanau A., Hubarevich A., Mukha Y., Smirnov A., Self-organized nanostructured anodic oxides for display applications, Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics, V. 13, N 3. P. 305-308,(2010)
2.  Ресурсосберегающий метод формирования ориентирующих структур для жидкокристаллических приборов  / Богомазова Н.В., Жилинский В.В., Черник А.А., Волынец О.С. Безбородов В.С., Жарский И.М. // Ресурсо- и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 26-28 ноября 2014 г.: в 2 ч. – Минск : БГТУ, 2014. – Ч. 2. – С. 241–245.