RU122385U1 - ELECTROCHEMICAL CELL FOR PRODUCING POROUS ANODE OXIDES OF METALS AND SEMICONDUCTORS - Google Patents
ELECTROCHEMICAL CELL FOR PRODUCING POROUS ANODE OXIDES OF METALS AND SEMICONDUCTORS Download PDFInfo
- Publication number
- RU122385U1 RU122385U1 RU2012122692/02U RU2012122692U RU122385U1 RU 122385 U1 RU122385 U1 RU 122385U1 RU 2012122692/02 U RU2012122692/02 U RU 2012122692/02U RU 2012122692 U RU2012122692 U RU 2012122692U RU 122385 U1 RU122385 U1 RU 122385U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- electrochemical cell
- anode
- sample
- bath
- Prior art date
Links
Landscapes
- Weting (AREA)
Abstract
1. Электрохимическая ячейка для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников, включающая ванну для электролита, катод, анод, установленный изолированно от электролита, устройство регулирования температуры в электрохимической ячейке, контактирующее с обратной поверхностью держателя образца, блок диссипации тепла, контактирующий с устройством регулирования температуры, с которым электрически связан блок управления, отличающаяся тем, что ванна для электролита имеет стаканообразную форму с отверстием в дне для обеспечения контакта электролита с образцом, катод выполнен в виде крышки с отверстием, имеющей уступ для фиксации во внутренней полости ванны для электролита, анод имеет стаканообразную форму, обеспечивающую размещение в его внутренней полости ванны для электролита с возможностью расположения образца и дискообразной уплотняющей прокладки между внешней поверхностью дна ванны для электролита и внутренней поверхностью дна анода, выполняющего функцию держателя образца, при этом анод выполнен с полостью для размещения датчика температуры под рабочей областью анодирования, который электрически связан с блоком управления.2. Электрохимическая ячейка по п.1, отличающаяся тем, что устройство регулирования температуры выполнено в виде элемента Пельтье.3. Электрохимическая ячейка по п.1, отличающаяся тем, что блок диссипации выполнен в виде радиатора или рубашки водяного охлаждения.4. Электрохимическая ячейка по п.1, отличающаяся тем, что датчик температуры выполнен в виде транзистора или термопары.5. Электрохимическая ячейка по п.1, отличающаяся тем, что материал прокладки выбирают из ря1. Electrochemical cell for the production of porous anodic oxides of metals and semiconductors, including a bath for electrolyte, cathode, anode installed in isolation from the electrolyte, temperature control device in the electrochemical cell in contact with the back surface of the sample holder, heat dissipation unit in contact with the temperature control device , with which the control unit is electrically connected, characterized in that the electrolyte bath has a glass-like shape with a hole in the bottom to ensure contact of the electrolyte with the sample, the cathode is made in the form of a lid with an opening having a step for fixing in the inner cavity of the electrolyte bath, the anode has a glass-like shape, providing placement in its inner cavity of an electrolyte bath with the possibility of positioning a sample and a disk-shaped sealing gasket between the outer surface of the bottom of the electrolyte bath and the inner surface of the bottom of the anode serving as a sample holder, the anode is made with a cavity for placing a temperature sensor under the anodizing working area, which is electrically connected to the control unit. Electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the temperature control device is made in the form of a Peltier element. Electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the dissipation unit is made in the form of a radiator or a water cooling jacket. An electrochemical cell according to claim 1, wherein the temperature sensor is made in the form of a transistor or a thermocouple. Electrochemical cell according to claim 1, characterized in that the gasket material is selected from a number of
Description
Предлагаемая полезная модель относится к области электрохимических процессов, а конкретно, к области устройств для анодного окисления металлов и полупроводников. В настоящее время пористые диэлектрики и полупроводники являются перспективными материалами для создания на их основе функциональных элементов сенсорики, оптоэлектроники, МЭМС и других, характеризующихся принципиально новыми возможностями.The proposed utility model relates to the field of electrochemical processes, and specifically, to the field of devices for anodic oxidation of metals and semiconductors. At present, porous dielectrics and semiconductors are promising materials for creating on their basis the functional elements of sensors, optoelectronics, MEMS, and others, characterized by fundamentally new capabilities.
Известна электрохимическая ячейка для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников (Патент RU №2425181, «Электрохимическая ячейка для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников в in-situ экспериментах по малоугловому рассеянию излучения», МПК C25D 11/02, опубл. 27.07.2011). Данная ячейка предназначена для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников и изучения наноструктурированных материалов в in-situ экспериментах. Электрохимическая ячейка содержит ванну, электропроводящую крышку, предназначенную для прижимания образца к торцу ячейки, и термостат, при этом корпус ячейки замкнут, состоит из двух соосных цилиндров с возможностью заполнения электролитом и снабжен штуцерами для прокачки электролита через электрохимическую ячейку и удаления газообразных продуктов, торцевая стенка ячейки выполнена непоглощающей рентгеновское и нейтронное излучение и содержит прозрачное для пучка указанных излучений окно, а термостат выполнен с возможностью регулирования температуры электролита в пределах от -30 до +200°С. Вспомогательный электрод (катод) выполнен в виде кольца из Pt проволоки и располагается вокруг основания внутренней трубки, являющейся частью корпуса ячейки. На рабочий электрод (анод) устанавливается образец. Анод расположен в торце цилиндрической электрохимической ячейки и прижимается к ней крышкой со сквозным отверстием.Known electrochemical cell for producing porous anode metal oxides and semiconductors (Patent RU No. 2425181, "Electrochemical cell for producing porous anode metal oxides and semiconductors in in-situ experiments on small-angle radiation scattering", IPC C25D 11/02, published on July 27, 2011 ) This cell is designed to produce porous anodic metal oxides and semiconductors and to study nanostructured materials in in-situ experiments. The electrochemical cell contains a bath, an electrically conductive cover designed to press the sample to the end of the cell, and a thermostat, while the cell body is closed, consists of two coaxial cylinders with the possibility of filling with electrolyte and is equipped with fittings for pumping the electrolyte through the electrochemical cell and removing gaseous products, the end wall the cells are made non-absorbing x-ray and neutron radiation and contains a window transparent to the beam of the indicated radiation, and the thermostat is made with the possibility of adjusting Hovhan electrolyte temperature ranging from -30 to + 200 ° C. The auxiliary electrode (cathode) is made in the form of a ring of Pt wire and is located around the base of the inner tube, which is part of the cell body. A sample is mounted on the working electrode (anode). The anode is located at the end of the cylindrical electrochemical cell and is pressed against it by a lid with a through hole.
Несмотря на специальные возможности такой ячейки - возможность in-situ исследований по малоугловому рассеянию излучения, у данной конструкции имеются недостатки. Форма электродов, особенно вспомогательного - в виде кольца, и их взаимное расположение таковы, что обеспечение равномерного распределения линий напряженности электрического поля по площади пластины будет затруднено. Это может приводить к разбросу геометрических параметров пористой структуры по площади анодируемого образца.Despite the special capabilities of such a cell — the possibility of in-situ studies on small-angle radiation scattering, this design has drawbacks. The shape of the electrodes, especially the auxiliary one, is in the form of a ring, and their mutual arrangement is such that it will be difficult to ensure uniform distribution of the electric field strength lines over the plate area. This can lead to a spread in the geometric parameters of the porous structure over the area of the anodized sample.
Известна электрохимическая ячейка для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников (Патент RU №2332528, «Электрохимическая ячейка для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников», МПК C25D 11/04, C25D 19/00, опубл. 27.08.2008), которая содержит электропроводящий держатель образца (анод), образец, ванну с электролитом, контактирующим с образцом, противоэлектрод (катод) и устройство регулирования температуры в электрохимической ячейке. Противоэлектрод цилиндрической формы, выполненный из нержавеющей стали, помещается в ванну для электролита вертикально над поверхностью образца.Known electrochemical cell for producing porous anode metal oxides and semiconductors (Patent RU No. 2332528, "Electrochemical cell for producing porous anode metal oxides and semiconductors", IPC C25D 11/04, C25D 19/00, published on 08.27.2008), which contains an electrically conductive sample holder (anode), a sample, a bath with an electrolyte in contact with the sample, a counter electrode (cathode) and a temperature control device in the electrochemical cell. A cylindrical counter electrode made of stainless steel is placed vertically above the surface of the sample in the electrolyte bath.
Недостатками данной конструкции ячейки является то, что роль анода, согласно описанию и чертежу электрохимической ячейки, выполняет держатель образца, кроме того, форма электродов (катода и анода) не обеспечивает однородное поле в образце. На начальном этапе анодирования алюминия образец является проводящим, но в дальнейшем в процессе электрохимического травления на его анодной стороне будет формироваться оксид алюминия, который является диэлектриком, толщина формируемого слоя будет расти. Это будет приводить к тому, что электрическое поле в системе «образец-электролит», неоднородное в начале процесса травления, будет, кроме того, изменяться в процессе травления в зависимости от толщины и пористости образца. Этот процесс, в свою очередь, приведет к увеличению разброса геометрических параметров пористой структуры по площади анодируемого образца, снижению воспроизводимости этих параметров и снижению контролируемости технологического процесса получения пористых материалов в целом.The disadvantages of this design of the cell is that the role of the anode, according to the description and drawing of the electrochemical cell, is played by the sample holder, in addition, the shape of the electrodes (cathode and anode) does not provide a uniform field in the sample. At the initial stage of aluminum anodizing, the sample is conductive, but later, during electrochemical etching, aluminum oxide, which is a dielectric, will form on its anode side, the thickness of the formed layer will increase. This will lead to the fact that the electric field in the "sample-electrolyte" system, which is inhomogeneous at the beginning of the etching process, will also change during the etching process depending on the thickness and porosity of the sample. This process, in turn, will lead to an increase in the dispersion of the geometric parameters of the porous structure over the area of the anodized sample, a decrease in the reproducibility of these parameters, and a decrease in the controllability of the technological process for obtaining porous materials as a whole.
Наиболее близким по технической сущности выполнением электрохимической ячейки для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников, выбранным в качестве прототипа является конструкция, представленная в патенте RU №2425182 «Электрохимическая ячейка для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников», МПК GO1B 15/00, опубл. 27.07.2011. Такая электрохимическая ячейка содержит плоский теплопроводящий держатель образца, выполненный из химически инертного материала, рабочий электрод (анод), выполненный в виде полоскового металлического электрода, расположенного по периметру рабочей поверхности образца на его периферии, изолированно от электролита, образец, ванну с электролитом, контактирующим с образцом, вспомогательный электрод (катод), расположенный в объеме электролита, устройство регулирования температуры в электрохимической ячейке, контактирующее с обратной поверхностью держателя образца, а к обратной поверхности держателя образца прикреплен генератор ультразвуковых колебаний.The closest in technical essence to the implementation of the electrochemical cell for producing porous anode metal oxides and semiconductors, selected as a prototype is the design presented in patent RU No. 2425182 "Electrochemical cell for producing porous anode metal oxides and semiconductors", IPC GO1B 15/00, publ. . 07/27/2011. Such an electrochemical cell contains a flat heat-conducting sample holder made of chemically inert material, a working electrode (anode), made in the form of a strip metal electrode located along the perimeter of the working surface of the sample on its periphery, isolated from the electrolyte, a sample, a bath with electrolyte in contact with sample, an auxiliary electrode (cathode) located in the volume of the electrolyte, a temperature control device in the electrochemical cell in contact with the reverse rhnostyu sample holder and to the back surface of the sample holder is attached a generator of ultrasonic vibrations.
Недостатком такой конструкции является форма электродов, а именно: цилиндрического катода и анода, выполненного в виде кольца, а также расположение анода относительно образца, что приводит к неоднородности поля, в котором находится образец, следствием чего будет увеличение разброса геометрических параметров пористой структуры по площади анодируемого образца и снижение воспроизводимости этих параметров.The disadvantage of this design is the shape of the electrodes, namely, a cylindrical cathode and anode made in the form of a ring, as well as the location of the anode relative to the sample, which leads to heterogeneity of the field in which the sample is located, resulting in an increase in the spread of geometric parameters of the porous structure over the area of the anodized sample and reduced reproducibility of these parameters.
Задачей заявляемой полезной модели является создание электрохимической ячейки, позволяющей достигать технический результат, заключающийся в обеспечении однородности поля, в котором находится образец в процессе электрохимической обработки, что обеспечит снижение разброса геометрических параметров пористой структуры по площади анодируемого образца и повышение воспроизводимости этих параметров.The objective of the claimed utility model is the creation of an electrochemical cell, which allows to achieve a technical result, which consists in ensuring the uniformity of the field in which the sample is located during electrochemical processing, which will reduce the spread of geometric parameters of the porous structure over the area of the anodized sample and increase the reproducibility of these parameters.
Предлагаемая электрохимическая ячейка для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников содержит ванну для электролита, катод, анод, установленный изолированно от электролита, уплотняющую прокладку, датчик температуры, устройство регулирования температуры в электрохимической ячейке, контактирующее с обратной поверхностью теплопроводящего держателя образца, блок диссипации тепла, контактирующий с устройством регулирования температуры, блок управления. Ванна для электролита имеет стаканообразную форму с отверстием в дне, через которое осуществляется контакт электролита с образцом. Катод и анод расположены плоскопараллельно друг другу. При этом катод выполнен в виде крышки с отверстием для отвода газообразных продуктов электрохимических реакций и с уступом для фиксации во внутренней полости ванны для электролита. Анод имеет стаканообразную форму, обеспечивающую размещение в его внутренней полости ванны для электролита с возможностью расположения образца и дискообразной уплотняющей прокладки между внешней поверхностью дна ванны для электролита и внутренней поверхностью дна анода, выполняющего функцию держателя образца. При этом анод имеет полость для размещения датчика температуры непосредственно под рабочей областью анодирования. Датчик температуры электрически связан с блоком управления. Устройство регулирования температуры может быть выполнено в виде элемента Пельтье. Блок диссипации может быть выполнен в виде радиатора или рубашки водяного охлаждения. Датчик температуры может быть выполнен в виде транзистора или термопары. Уплотняющая прокладка может быть выполнена из фторопласта, химической резины, фторированного каучука.The proposed electrochemical cell for producing porous anodic metal oxides and semiconductors contains an electrolyte bath, a cathode, an anode mounted in isolation from the electrolyte, a gasket, a temperature sensor, a temperature control device in the electrochemical cell in contact with the reverse surface of the heat-conducting sample holder, heat dissipation unit, in contact with a temperature control device, control unit. The electrolyte bath has a glass-like shape with an opening in the bottom through which the electrolyte contacts the sample. The cathode and anode are located parallel to each other. In this case, the cathode is made in the form of a cover with an opening for the removal of gaseous products of electrochemical reactions and with a step for fixing in the inner cavity of the bath for the electrolyte. The anode has a glass-like shape, allowing placement of an electrolyte bath in its internal cavity with the possibility of arranging a sample and a disk-shaped sealing gasket between the outer surface of the bottom of the bath for electrolyte and the inner surface of the bottom of the anode, which serves as a sample holder. In this case, the anode has a cavity for placing the temperature sensor directly under the working area of the anodization. The temperature sensor is electrically connected to the control unit. The temperature control device can be made in the form of a Peltier element. The dissipation unit can be made in the form of a radiator or a water cooling jacket. The temperature sensor can be made in the form of a transistor or thermocouple. The sealing gasket can be made of fluoroplastic, chemical rubber, fluorinated rubber.
Отличительными особенностями полезной модели является то, что катод и анод-держатель образца расположены соосно и плоскопараллельно друг другу, их положение относительно друг друга фиксируется в процессе электрохимической обработки образца. Благодаря особой форме электродов, а также расположению электродов (анода и катода) и образца относительно друг друга достигается однородное распределение поля. При этом анод, выполненный из проводящего химически стойкого материала, обладающего хорошей теплопроводностью, имеет полость для размещения датчика температуры непосредственно под рабочей областью анодирования. В качестве устройства регулирования температуры, расположенного на обратной стороне анода-держателя образца, используется элемент Пельтье. Под элементом Пельтье располагается блок диссипации тепла, который может быть исполнен, например, в виде радиатора или рубашки водяного охлаждения.Distinctive features of the utility model is that the cathode and anode-holder of the sample are located coaxially and plane parallel to each other, their position relative to each other is fixed during the electrochemical processing of the sample. Due to the special shape of the electrodes, as well as the location of the electrodes (anode and cathode) and the sample relative to each other, a uniform field distribution is achieved. In this case, the anode made of a conductive chemically resistant material having good thermal conductivity has a cavity for placing the temperature sensor directly under the anodizing working area. As a temperature control device located on the reverse side of the sample holder anode, a Peltier element is used. Under the Peltier element is a heat dissipation unit, which can be executed, for example, in the form of a radiator or a water cooling jacket.
Такая конструкция электрохимической ячейки будет обеспечивать повышение однородности процесса анодного окисления материалов за счет формирования равномерных электрического и теплового полей, что будет приводить к повышению однородности геометрических параметров (диаметр пор, период пористой структуры, толщина пористого слоя и др.) по всей площади анодируемого образца (при получении пористых полупроводников и оксидов металлов). При получении пористого анодного оксида алюминия это также будет приводить к достижению более узкого распределения пор по размерам и повышению степени упорядоченности сотовой структуры.This design of the electrochemical cell will increase the homogeneity of the anodic oxidation of materials due to the formation of uniform electric and thermal fields, which will lead to an increase in the uniformity of geometric parameters (pore diameter, period of the porous structure, thickness of the porous layer, etc.) over the entire area of the anodized sample ( upon receipt of porous semiconductors and metal oxides). In the preparation of porous anodic alumina, this will also lead to a narrower pore size distribution and an increase in the degree of ordering of the honeycomb structure.
Дополнительные возможности управления конфигурацией пористого слоя дают уплотняющие прокладки-маски с различными значениями диаметра и формы отверстий, через которые осуществляется контакт электролита и рабочей поверхности образца. Изменяя форму, количество и размер отверстий в маске можно управлять площадью анодирования образца, то есть областями, в которых формируется слой пористого материала.Additional control options for the configuration of the porous layer are provided by gaskets-masks with different values of the diameter and shape of the holes through which the electrolyte and the working surface of the sample contact. By changing the shape, number and size of the holes in the mask, you can control the anodizing area of the sample, that is, the areas in which a layer of porous material is formed.
Маска изготавливается из кислото-щелочестойкого диэлектрического материала, например, из фторопласта или химической резины.The mask is made of an acid-alkali-resistant dielectric material, for example, fluoroplastic or chemical rubber.
Также, данная конструкция электрохимической ячейки позволяет осуществлять процессы электрохимического осаждения материалов. Для этого необходимо изменить полярность подаваемого напряжения на электроды (крышка станет анодом, держатель образца будет выполнять функцию катода), а ванну заполнить электролитом требуемого состава (например, раствором сульфата никеля - для электрохимического осаждения металла никеля).Also, this design of the electrochemical cell allows the processes of electrochemical deposition of materials. To do this, it is necessary to change the polarity of the applied voltage to the electrodes (the cover will become an anode, the sample holder will act as a cathode), and fill the bath with an electrolyte of the required composition (for example, a solution of nickel sulfate for electrochemical deposition of nickel metal).
Сущность заявляемой полезной модели поясняется схемой, на которой изображено:The essence of the claimed utility model is illustrated by the diagram, which shows:
Фиг.1 Схема электрохимической ячейки для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников.Figure 1 Scheme of an electrochemical cell for producing porous anodic metal oxides and semiconductors.
Электрохимическая ячейка для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников (фиг.1) содержит катод 1, ванну для электролита 2, анод 3, дискообразную уплотняющую прокладку 4 образец 5, датчик температуры 6, устройство регулирования температуры 7, блок диссипации тепла 8, блок управления 9; блок питания 10.The electrochemical cell for producing porous anode metal oxides and semiconductors (Fig. 1) contains a cathode 1, an electrolyte bath 2, an anode 3, a disk-shaped gasket 4 sample 5, a temperature sensor 6, a temperature control device 7, a heat dissipation unit 8, a control unit 9; power supply 10.
Электрохимическая ячейка работает следующим образом.The electrochemical cell operates as follows.
Образец 5 устанавливают на анод 3, выполняющий функцию держателя образца. На образец 5 устанавливают дискообразную уплотняющую прокладку (маску) 4 с выбранной формой и размером количеством отверстий. Затем на уплотняющую прокладку 4 устанавливают ванну для электролита 2, которую вкладывают в анод 3 (закрепляют впритирку или винтовым креплением). Ванну для электролита 2 заполняют электролитом требуемого состава таким образом, чтобы катод 1, закрывающий ванну, находился в контакте с электролитом. Положение катода 1 фиксируется с помощью специального уступа для фиксации на внутренней стороне ванны для электролита 2. Катод 1 и анод 3 с помощью электрических соединений подключают к блоку питания 10. В полость анода 3 вставляют датчик температуры 6. С обратной стороны теплопроводящего анода 3 устанавливают устройство регулирования температуры 7, затем блок диссипации тепла 8. Датчик температуры 6 и устройство регулирования температуры 7 подключают к блоку управления 9. На анод 3 и катод 1 подают напряжение от блока питания 10 заданной величины и полярности (на катод 1 подают положительный потенциал). Включают устройство регулирования температуры 7, датчик температуры 6, а также, в случае реализации блока диссипации 8 в виде рубашки водяного охлаждения, в рубашку подается проточная вода.Sample 5 is mounted on the anode 3, which serves as the sample holder. A disk-shaped sealing gasket (mask) 4 is installed on the sample 5 with the selected shape and size by the number of holes. Then, a bath for the electrolyte 2 is installed on the gasket 4, which is inserted into the anode 3 (fixed tightly or by screw fastening). The bath for electrolyte 2 is filled with an electrolyte of the required composition so that the cathode 1 covering the bath is in contact with the electrolyte. The position of the cathode 1 is fixed using a special step for fixing on the inside of the bath for electrolyte 2. The cathode 1 and the anode 3 are connected to the power supply unit 10 using electrical connections. A temperature sensor 6 is inserted into the cavity of the anode 3. A device is installed from the back of the heat-conducting anode 3 temperature control 7, then heat dissipation unit 8. Temperature sensor 6 and temperature control device 7 are connected to the control unit 9. Anode 3 and cathode 1 are supplied with voltage from a power supply 10 of a predetermined value and polarity (positive potential is supplied to the cathode 1). Turn on the temperature control device 7, the temperature sensor 6, and also, in the case of the implementation of the dissipation unit 8 in the form of a water cooling jacket, running water is supplied to the jacket.
В течение определенного времени при поддержании определенной температуры образец 5 выдерживают в выбранном режиме, при этом на его поверхности происходит формирование пористого слоя металла оксида или полупроводника.For a certain time, while maintaining a certain temperature, sample 5 is kept in the selected mode, while on its surface a porous layer of metal oxide or semiconductor is formed.
Специальная форма электродов и их плоскопараллельное взаиморасположение обеспечивает более однородное распределение линий напряженности электрического поля по площади образца, и тем самым способствует повышению однородности геометрических параметров пористой структуры (коэффициент упорядоченности сотовой структуры, дисперсия значений диаметров пор, период сотовой структуры слоя, толщина слоя) по всей анодируемой площади образца, а также улучшению воспроизводимости результатов анодирования. Контроль и управление температурой образца в процессе электрохимического анодирования обеспечивается датчиком температуры и устройством регулирования температуры в виде элемента Пельтье, за счет подачи на него силы тока определенной величины.The special shape of the electrodes and their plane-parallel mutual arrangement provides a more uniform distribution of electric field strength lines over the sample area, and thereby helps to increase the uniformity of the geometric parameters of the porous structure (ordering coefficient of the honeycomb structure, dispersion of pore diameters, period of the honeycomb structure of the layer, layer thickness) throughout anodized sample area, as well as improving reproducibility of anodizing results. Monitoring and controlling the temperature of the sample during electrochemical anodizing is provided by a temperature sensor and a temperature control device in the form of a Peltier element, by supplying a current of a certain value to it.
Пример 1.Example 1
Получали пористый анодный оксид алюминия.Porous anodic alumina was obtained.
Для этого использовали электрохимическую ячейку, содержащую ванну для электролита, выполненную из фторопласта; катод и анод из электротехнической стали. Катод выполнен в виде крышки с отверстием и с уступом для фиксации во внутренней полости ванны для электролита. Уплотняющая прокладка - маска была изготовлена из химически стойкой резины с одним круглым отверстием в центре диаметром 1 см2. В качестве датчика температуры был использован датчик транзисторного типа. Устройство регулирования температуры, контактирующее с обратной поверхностью теплопроводящего держателя образца (анода), представляло собой элемент Пельтье. Блок диссипации тепла был выполнен в виде рубашки водяного охлаждения.For this, an electrochemical cell containing an electrolyte bath made of fluoroplastic was used; cathode and anode of electrical steel. The cathode is made in the form of a cover with a hole and with a step for fixing in the inner cavity of the bath for electrolyte. Sealing gasket - the mask was made of chemically resistant rubber with one round hole in the center with a diameter of 1 cm 2 . A transistor type sensor was used as a temperature sensor. The temperature control device in contact with the reverse surface of the heat-conducting sample holder (anode) was a Peltier element. The heat dissipation unit was made in the form of a water cooling jacket.
В качестве образца использовалась алюминиевая фольга толщиной 100 мкм. Образец устанавливали в анод - держатель образца, сверху накладывали уплотняющую прокладку - маску, потом устанавливали ванну для электролита. В ванну для электролита заливали электролит (30% водный раствор серной кислоты) до нужного уровня. Электрохимическую ячейку закрывали крышкой-катодом, который находится в электрической контакте с раствором электролита. На электроды - катод и анод, подавали напряжение 20 В в течение 20 минут, процесс анодирования проводили в потенциостатическом режиме. При этом поддерживали постоянную температуру образца ≈ - 5°С. На алюминиевой фольге, в области отверстий в маске произошло формирование слоя пористого анодного оксида алюминия.As a sample, aluminum foil 100 μm thick was used. The sample was installed in the anode - the sample holder, a sealing gasket - mask was placed on top, then an electrolyte bath was installed. An electrolyte (30% aqueous sulfuric acid solution) was poured into the electrolyte bath to the desired level. The electrochemical cell was closed with a lid-cathode, which is in electrical contact with the electrolyte solution. A voltage of 20 V was applied to the electrodes — the cathode and anode — for 20 minutes; the anodizing process was carried out in a potentiostatic mode. At the same time, the sample was kept at a constant temperature of ≈ - 5 ° С. On an aluminum foil, in the area of the openings in the mask, a layer of porous anodic aluminum oxide was formed.
Пример 2.Example 2
Получали пористый кремний.Received porous silicon.
Для этого использовали электрохимическую ячейку, содержащую ванну для электролита, выполненную из фторопласта; катод и анод из электротехнической стали. Катод выполнен в виде крышки с отверстием и с уступом для фиксации во внутренней полости ванны для электролита. Уплотняющая прокладка - маска была изготовлена из фторопласта с одним круглым отверстием в центре диаметром 1 см. В качестве датчика температуры использовался датчик транзисторного типа. Устройство регулирования температуры, контактирующее с обратной поверхностью теплопроводящего держателя образца (анода), представляло собой элемент Пельтье. К нему крепится блок диссипации тепла, который выполнен в виде радиатора.For this, an electrochemical cell containing an electrolyte bath made of fluoroplastic was used; cathode and anode of electrical steel. The cathode is made in the form of a cover with a hole and with a step for fixing in the inner cavity of the bath for electrolyte. Sealing gasket - the mask was made of fluoroplastic with one round hole in the center with a diameter of 1 cm. A transistor type sensor was used as a temperature sensor. The temperature control device in contact with the reverse surface of the heat-conducting sample holder (anode) was a Peltier element. A heat dissipation unit is attached to it, which is made in the form of a radiator.
В качестве образца использовался кремний марки КЭФ-0,3 (111). Образец устанавливали в анод - держатель образца, сверху накладывали уплотняющая прокладка - маска, потом устанавливали ванну для электролита. В ванну для электролита заливали электролит на основе 46% водного раствора фтороводорода с изопропиловым спиртом (1:1) до нужного уровня. Электрохимическую ячейку закрывали крышкой-катодом, который находится в электрической контакте с раствором электролита. На электроды - катод и анод, подавали напряжение таким образом, чтобы через систему «электролит-кремний» протекал ток плотностью 40 мА/см2 в течение 30 минут, процесс анодирования проводили в гальваностатическом режиме. На анодной стороне кремниевой пластины в области отверстия в маске произошло формирование слоя пористого кремния.Silicon of the KEF-0.3 (111) grade was used as a sample. The sample was installed in the anode - the sample holder, a sealing gasket - mask was placed on top, then an electrolyte bath was installed. An electrolyte based on a 46% aqueous solution of hydrogen fluoride with isopropyl alcohol (1: 1) was poured into the electrolyte bath to the desired level. The electrochemical cell was closed with a lid-cathode, which is in electrical contact with the electrolyte solution. A voltage was applied to the electrodes — the cathode and anode — so that a current of 40 mA / cm 2 flowed through the “electrolyte-silicon” system for 30 minutes, and the anodizing process was carried out in the galvanostatic mode. On the anode side of the silicon wafer in the region of the hole in the mask, a layer of porous silicon has formed.
Экономическая эффективность от использования предложенной электрохимической ячейки связана с повышением однородности геометрических параметров пористой структуры по всей анодируемой площади образца (металла или полупроводника), а с улучшением воспроизводимости результатов анодирования. В случае получения пористого анодного оксида алюминия обеспечивается получение более совершенной сотовой структуры слоев por-Аl2O3 (повышается коэффициент упорядоченности сотовой структуры слоя, снижается дисперсия значений диаметров пор, периода сотовой структуры слоя, толщины слоя).The economic efficiency from the use of the proposed electrochemical cell is associated with an increase in the uniformity of the geometric parameters of the porous structure over the entire anodized area of the sample (metal or semiconductor), and with an improvement in the reproducibility of the anodization results. In the case of obtaining porous anodic alumina, a more perfect cellular structure of por-Al 2 O 3 layers is obtained (the coefficient of ordering of the cellular structure of the layer increases, the dispersion of pore diameters, the period of the cellular structure of the layer, and the layer thickness decreases).
Практическая значимость обусловлена тем, что предложенное устройство является эффективным для создания на основе синтезируемых пористых оксидов металлов и полупроводников элементов сенсорики, оптоэлектроники, МЭМС и других, характеризующихся принципиально новыми возможностями.Practical significance is due to the fact that the proposed device is effective for creating on the basis of synthesized porous metal oxides and semiconductors elements of sensors, optoelectronics, MEMS and others, characterized by fundamentally new possibilities.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012122692/02U RU122385U1 (en) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | ELECTROCHEMICAL CELL FOR PRODUCING POROUS ANODE OXIDES OF METALS AND SEMICONDUCTORS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012122692/02U RU122385U1 (en) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | ELECTROCHEMICAL CELL FOR PRODUCING POROUS ANODE OXIDES OF METALS AND SEMICONDUCTORS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU122385U1 true RU122385U1 (en) | 2012-11-27 |
Family
ID=49255208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012122692/02U RU122385U1 (en) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | ELECTROCHEMICAL CELL FOR PRODUCING POROUS ANODE OXIDES OF METALS AND SEMICONDUCTORS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU122385U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676203C2 (en) * | 2014-04-30 | 2018-12-26 | Сафран Хеликоптер Энджинз | Device intended for anodizing and anodizing treatment |
-
2012
- 2012-06-01 RU RU2012122692/02U patent/RU122385U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676203C2 (en) * | 2014-04-30 | 2018-12-26 | Сафран Хеликоптер Энджинз | Device intended for anodizing and anodizing treatment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101215536B1 (en) | apparatus for high-field fabrication of anodic nanostructures | |
| TWI465301B (en) | Preparation device of porous alumina template | |
| Christoulaki et al. | Controlling the thickness of electrochemically produced porous alumina membranes: the role of the current density during the anodization | |
| JP2018090897A (en) | Anodic oxide film and method for producing the same | |
| RU122385U1 (en) | ELECTROCHEMICAL CELL FOR PRODUCING POROUS ANODE OXIDES OF METALS AND SEMICONDUCTORS | |
| Huang et al. | Controlled synthesis of octahedral Cu2O on TiO2 nanotube arrays by electrochemical deposition | |
| CN104118842B (en) | Silicon carbide mesoporous array material and manufacturing method of silicon carbide mesoporous array material | |
| Liao et al. | Preparation and mechanism of honeycomb-like nanoporous SnO 2 by anodization | |
| CN102834550A (en) | Anodic oxidation device | |
| Kalska-Szostko | Electrochemical methods in nanomaterials preparation | |
| CN202968725U (en) | Amplifying device for manufacturing multi-hole anodized aluminum oxide film | |
| KR20110064184A (en) | Apparatus for tubular type high-field fabrication of anodic nanostructures | |
| JP2012162770A (en) | Porous microparticle and method for manufacturing the same | |
| CN108796574A (en) | Metal material anode oxidation method and device | |
| CN211142196U (en) | Electrolytic tank for electrolytic copper foil | |
| Bocchetta et al. | Preparation of large area anodic alumina membranes and their application to thin film fuel cell | |
| CN203429271U (en) | Ceramic treatment device for surface of aluminum-silicon alloy | |
| CN214361759U (en) | Low-temperature anodic oxidation device | |
| JP2003133308A (en) | Method and device for manufacturing silicon-carbide oxide film and method of manufacturing semiconductor element using the oxide film | |
| KR20150066104A (en) | Manufacturing method of nano porous membrane aao for sofc using anodic aluminum oxide | |
| RU2425182C1 (en) | Electro-chemical cell for production of porous anode metal oxides and semi-conductors | |
| TWI554650B (en) | A cooling functional electrochemical mold | |
| KR20110055959A (en) | Method for high-field fabrication of anodic nanostructures | |
| Kozuka et al. | The effect of magnetic field on metal anodizing behaviour | |
| KR101515432B1 (en) | A precision anodic oxidation apparatus for manufacturing emitter with nano-oxide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180602 |