Мембраны, изготавливаемые с использованием анодного оксида алюминия (АОА), находят широкое применение в технологиях разделения и очистки газов, а также жидкостной фильтрации. В настоящее время предложено множество подходов к управлению транспортными свойствами пористых сред на основе АОА, однако все они предполагают изотропную природу металла, используемого в качестве исходного материала. Ранее нами было показано, что качество структуры АОА во многом определяется кристаллографической ориентацией алюминия [1, 2].
В работе [3] пористые оксидные пленки сформированы анодированием монокристаллов алюминия Al(100), Al(110) и Al(111) в 0,3 М серной кислоте при напряжении 25 В. Полученный АОА с толщиной около 60 мкм характеризуется гексагональной упаковкой вертикальных цилиндрических каналов с диаметром ~ 30 нм и пористостью ~ 15% вне зависимости от кристаллографической ориентации подложки. Транспортные свойства мембранных материалов аттестованы путем измерения газопроницаемости по индивидуальным газам (гелий, азот, диоксид углерода, изобутан).
Впервые экспериментально показана корреляция между кристаллографической ориентацией используемой подложки и транспортными свойствами АОА. Максимальная проницаемость обнаружена для мембраны на поверхности Al(100). Использование Al(110) и Al(111) приводит к снижению проницаемости на 25% за счет большого количества точечных дефектов и высокой извилистости каналов, соответственно. Количественное сравнение последнего параметра для исследованных мембран выполнено с использованием данных малоугловой рентгеновской дифракции, полученных на станции ID10 европейского источника синхротронного излучения (European Synchrotron Radiation Facility – ESRF).
Результаты наших исследований могут иметь широкое применение при крупномасштабном производстве мембран на основе АОА путем анодирования поликристаллических алюминиевых фольг, текстурированных в нужном кристаллографическом направлении путем прокатки и рекристаллизационного отжига. Для производства высокопроницаемых мембран предпочтительно использование алюминия с текстурой в направлении (100).
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 19-73-10176.
[1] K.S. Napolskii, I.V. Roslyakov, A.Yu. Romanchuk, O.O. Kapitanova, A.S. Mankevich, V.A. Lebedev, A.A. Eliseev, Origin of long-range orientational pore ordering in anodic films on aluminum // Journal of Materials Chemistry, 2012, v. 22, pp. 11922-11926. DOI: 10.1039/c2jm31710a.
[2] I.V. Roslyakov, D.S. Koshkodaev, A.A. Eliseev, D. Hermida-Merino, V.K. Ivanov, A.V. Petukhov, K.S.Napolskii, Growth of porous anodic alumina on low-index surfaces of Al single crystals // Journal of Physical Chemistry C, 2017, v. 121, pp. 27511-27520. DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b09998.
[3] I.V. Roslyakov, D.I. Petukhov, K.S. Napolskii, Permeability of anodic alumina membranes grown on low-index aluminium surfaces // Nanotechnology, 2021. DOI: 10.1088/1361-6528/abfeea.