Способ получения пористых мембран на основе алюминия
Владельцы патента RU 2350380:
Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН) (RU)
Изобретение относится к электронике и может быть использовано в нанотехнологии для производства различных фильтров, капиллярных насосов, в технологии производства больших массивов углеродных нанотрубок. Сущность изобретения: способ получения пористых мембран на основе алюминия включает полировку алюминиевых фольг, анодное окисление, вскрытие дна пор при температуре 40-50°С в смеси концентрированных фтористоводородной, азотной и уксусной кислот при следующем соотношении объемных процентов компонентов - фтористоводородная кислота: азотная кислота: уксусная кислота как (2,5-3,5):(1,5-2,5):(4,5-5,5) и очистку каналов пор. Способ обеспечивает равномерное вскрытие пор без разрушения основы обрабатываемых структур. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано в качестве различных фильтров, капиллярных насосов, в технологии производства больших массивов углеродных нанотрубок (УНТ) и т.д.
В настоящее время известны способы получения мембранных структур на основе алюминия путем полировки алюминиевых фольг с последующим анодированием в 0,2-0,3 м щавелевой кислоты (СООН)2 вскрытием дна пор (удалением остатков алюминия и его окислов) в насыщенном 10 м растворе хлорной ртути и очистку каналов пор химическим травлением в 5% фосфорной кислоте (C.Y.Liu, A.Datta and y.L.Wang "Ordered anodic alumina nanochannels on focused-ion-beam-preparatteerned aluminum surfaces". Appl. Phys. Lett. v.78, №1, p.120-122).
Однако качество получаемой пористой структуры не удовлетворяло современным требованиям производства из-за бурно протекающей реакции, приводящей к разрушению алюминиевой фольги, что значительно снижает прочность изготавливаемых из нее изделий. Кроме того, применение хлорной ртути экологически небезопасно.
Известен способ получения пористых мембран на основе алюминия, включающий полировку алюминиевых фольг, анодное окисление, вскрытие дна пор при нагревании в ортофосфорной кислоте с последующей очисткой каналов пор (О.Yessensky, F.Muller and U.Gosele "Self-organized formation of hexagonal pore arrays in anodic alumina". Appl. Phys. Lett. v.72, №10, 1998, p.1173-1175).
Недостатком этого способа является неполнота вскрытия пор.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является подбор качественного реагента для вскрытия пор, позволяющего осуществить равномерное вскрытие пор без нарушения прочности получаемых пористых мембран.
Поставленная задача достигается использованием способа получения пористых мембран на основе алюминия, включающего полировку алюминиевых фольг, анодное окисление, вскрытие дна пор с помощью неорганической кислоты при нагревании и очистку каналов пор, новизна которого заключается в том, что вскрытие дна пор проводят при температуре 40-50°С смесью концентрированных фтористоводородной, азотной и уксусной кислот при следующем соотношении компонентов (объемные проценты): фтористоводородная кислота: азотная кислота: уксусная кислота как (2,5-3,5):(1,5-2,5):(4,5-5,5).
Наиболее применимым временем вскрытия пор является интервал в течение 1,5-2,5 минут.
Технический результат при этом заключается в проведении процесса равномерного вскрытия пор, позволяющего сохранить основу обрабатываемых структур без ее разрушения.
При проведении вскрытия пор заявляемой смесью кислот с нарушением заявляемых соотношений не удавалось добиться полноты их вскрытия, что снижало основное качество конечного продукта - пропускную способность мембран.
Изобретение иллюстрируется следующими изображениями поверхностей мембранных структур, полученных с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ):
Фиг.1 - изображение поверхности мембраны до проведения вскрытия дна пор.
Фиг.2 - изображение поверхности мембраны при проведении вскрытия дна пор в заявляемой смеси кислот и заявляемом интервале температур.
Фиг.3 - изображение поверхности мембраны при проведении вскрытия дна пор в заявляемой смеси кислот при температуре ниже заявляемого интервала температур (35°С).
Фиг.4 - изображение поверхности мембраны при проведении вскрытия дна пор в заявляемой смеси кислот при температуре выше заявляемого интервала температур.
Представленные ниже примеры подтверждают, но не ограничивают предлагаемое изобретение.
Пример 1. Алюминиевую фольгу размерами 2,5×2,5×0,07 см полировали в 20% NaOH при температуре 60°С в течение 30 сек, после чего подвергали анодному окислению в 0,3 м щавелевой кислоте (СООН)2 при комнатной температуре и напряжении (V), равном 60 В в течение 3 часов. В результате этого алюминиевая фольга становилась пористой (см. фиг.1). Вскрытие дна пор проводили при температуре 45°С смесью концентрированных фтористоводородной (HF), азотной (HNO3) и уксусной кислот (СН3СООН) при следующем соотношении компонентов (объемные проценты):
HF:HNO3:СН3СООН=3:2:5.
Затем проводили очистку пор в 0,1 м ортофосфорной кислоте (Н3PO4) при комнатной температуре в течение 30 мин. Изображение полученной мембраны представлено на фиг.2.
Как видно из приведенного изображения, поры вскрыты равномерно по всей поверхности мембраны без разрушения структуры окружающего их материала, что таким образом не снижает прочности получаемых мембран.
Пример 2. Алюминиевую фольгу размерами 2,5×2,5×0,07 см полировали в 20% NaOH при температуре 60°С в течение 30 сек, после чего подвергали анодному окислению в 0,3 м щавелевой кислоте (СООН)2 при комнатной температуре и напряжении (V), равном 60 В в течение 3 часов. В результате чего алюминиевая фольга становилась пористой. Вскрытие дна пор проводили при температуре 40°С смесью концентрированных фтористоводородной (HF), азотной (HNO3) и уксусной кислот (СН3СООН) при следующем соотношении компонентов (объемные проценты):
HF:HNO3:СН3СООН=2,5:1,5:4,5.
Затем проводили очистку пор в 0,1 м ортофосфорной кислоте (Н3PO4) при комнатной температуре в течение 30 мин. Изображение полученной мембраны соответствовало представленному на фиг.2.
Поры вскрыты равномерно по всей поверхности мембраны без разрушения структуры окружающего их материала, что таким образом не снижает прочности получаемых мембран.
Пример 3. Алюминиевую фольгу размерами 2,5×2,5×0,07 см полировали в 20% NaOH при температуре 60°С в течение 30 сек, после чего подвергали анодному окислению в 0,3 м уксусной кислоте (СН3СООН) при комнатной температуре и напряжении (V), равном 60 В в течение 3 часов. В результате этого алюминиевая фольга становилась пористой (см. фиг.1). Вскрытие дна пор проводили при температуре 50°С смесью концентрированных фтористоводородной (HF), азотной (HNO3) и уксусной кислот (СН3СООН) при следующем соотношении компонентов (объемные проценты):
HF:HNO3:СН3СООН=3:2:5.
Затем проводили очистку пор в 0,1 м ортофосфорной кислоте (Н3PO4) при комнатной температуре в течение 30 мин. Изображение полученной мембраны соответствовало представленному на фиг.2.
Поры вскрыты равномерно по всей поверхности мембраны без разрушения структуры окружающего их материала, что таким образом не снижает прочности получаемых мембран.
Пример 4. Алюминиевую фольгу размерами 2,5×2,5×0,07 см полировали в 20% NaOH при температуре 60°С в течение 30 сек, после чего подвергали анодному окислению в 0,3 м щавелевой кислоте (СООН)2 при комнатной температуре и напряжении (V), равном 60 В в течение 3 часов. В результате этого алюминиевая фольга становилась пористой (см. фиг.1). Вскрытие дна пор проводили при температуре 35°С смесью концентрированных фтористоводородной (HF), азотной (HNO3) и уксусной кислот (СН3СООН) при следующем соотношении компонентов (объемные проценты):
HF:HNO3:СН3СООН=3:2:5.
Затем проводили очистку пор в 0,1 м ортофосфорной кислоте (Н3PO4) при комнатной температуре в течение 30 мин. Изображение полученной мембраны представлено на фиг.3.
Как видно из приведенного изображения, произошло частичное вскрытие пор на поверхности мембраны без разрушения структуры окружающего их материала.
Пример 5. Алюминиевую фольгу размерами 2,5×2,5×0,07 см полировали в 20% NaOH при температуре 60°С в течение 30 сек, после чего подвергали анодному окислению в 0,3 м щавелевой кислоте (СООН)3 при комнатной температуре и напряжении (V), равном 60 В в течение 3 часов. В результате чего алюминиевая фольга становилась пористой (см. фиг.1). Вскрытие дна пор проводили при температуре 55°С смесью концентрированных фтористоводородной (HF), азотной (HNO3) и уксусной кислот (СН3СООН) при следующем соотношении компонентов (объемные проценты):
HF:HNO3:СН3СООН=3:2:5.
Затем проводили очистку пор в 0,1 м ортофосфорной кислоте (Н3PO4) при комнатной температуре в течение 30 мин. Изображение полученной мембраны представлено на фиг.4.
Как видно из приведенного изображения поры вскрыты равномерно по всей поверхности мембраны, однако из-за повышения температуры вскрытия пор выше заявляемого интервала произошло частичное разрушение структуры окружающего их материала, что значительно снижает прочность получаемых мембран.
Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет получать качественные пористые мембраны с равномерным распределением открытых пор без разрушения структуры окружающего их материала
1. Способ получения пористых мембран на основе алюминия, включающий полировку алюминиевых фольг, анодное окисление, вскрытие дна пор при нагревании в смеси кислот и очистку каналов пор, отличающийся тем, что вскрытие дна пор проводят при температуре 40-50°С смесью концентрированных фтористоводородной, азотной и уксусной кислот при следующем соотношении компонентов, об.%: фтористоводородная кислота : азотная кислота : уксусная кислота как (2,5-3,5):(1,5-2,5):(4,5-5,5).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вскрытие пор проводят в течение 1,5-2,5 мин.
