Самоупорядочение пор в двумерный гексагональный массив – одно из уникальных свойств анодного оксида алюминия. Впервые возможность получения оксидных пленок с высокоупорядоченным расположением каналов и чрезвычайно узким распределением пор по размерам была продемонстрирована японскими учеными в 1995 году [1]. Данное открытие привело к взрывному росту числа публикаций про пористые пленки анодного оксида алюминия. Однако за последующие 20 лет так и не удалось ответить на вопрос о том, почему самоупорядочение пор в двумерный гексагональный массив происходит лишь в узком диапазоне напряжений?
Сотрудники нашей группы разгадали данную загадку природы. Используя метод линейной вольтамперометрии было показано, что переход от неупорядоченной к упорядоченной пористой структуре совпадает с изменением природы лимитирующей стадии.
Необходимым условием для формирования оксидных пленок с упорядоченным расположением пор является проведение процесса в режиме, когда скорость роста оксида ограничена одним из нижеперечисленных процессов:
1) движением ионов в барьерном слое или на его границах,
2) диффузией продуктов и/или реагентов в каналах образующейся пленки.
При этом смешанный режим приводит к разупорядочению структуры за счет постоянного ветвления каналов, вызванного их различной скоростью роста. Универсальность и предсказательная сила модели была продемонстрирована для электролитов на основе щавелевой и серной кислот различной концентрации. Полученные данные позволяют проводить направленный поиск условий формирования анодного оксида алюминия с упорядоченной системой каналов вместо эмпирического перебора, использующегося в настоящее время. Более подробную информацию Вы можете найти в статье, опубликованной в журнале Electrochimica Acta [2].
[1] H. Masuda, K. Fukuda, Ordered Metal Nanohole Arrays Made by a Two-Step Replication of Honeycomb Structures of Anodic Alumina // Science, 1995, v. 268, pp. 1466-1468.
[2] I.V. Roslyakov, E.O. Gordeeva, K.S. Napolskii, Role of Electrode Reaction Kinetics in Self-Ordering of Porous Anodic Alumina // Electrochimica Acta, 2017, v. 241, pp. 362-369.