Термічні властивості мембран оксиду алюмінію
Вивчено термічні властивості зразків мембран оксиду алюмінію, синтезованих електрохімічним шляхом. Показано, що на термічну стійкість мембран впливають оксалатні комплекси алюмінію. The thermal properties of samples of alumina membranes synthesized by electrochemical method have been investigated. A...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Поверхность |
|---|---|
| Дата: | 2003 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України
2003
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146276 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Термічні властивості мембран оксиду алюмінію / А.В. Бричка, Г.П. Приходько, С.Я. Бричка, О.І. Оранська, В.М. Огенко // Поверхность. — 2003. — Вип. 9. — С. 145-149. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-146276 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бричка, А.В. Приходько, Г.П. Бричка, С.Я. Оранська, О.І. Огенко, В.М. 2019-02-08T17:37:29Z 2019-02-08T17:37:29Z 2003 Термічні властивості мембран оксиду алюмінію / А.В. Бричка, Г.П. Приходько, С.Я. Бричка, О.І. Оранська, В.М. Огенко // Поверхность. — 2003. — Вип. 9. — С. 145-149. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 2617-5975 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146276 541.183 Вивчено термічні властивості зразків мембран оксиду алюмінію, синтезованих електрохімічним шляхом. Показано, що на термічну стійкість мембран впливають оксалатні комплекси алюмінію. The thermal properties of samples of alumina membranes synthesized by electrochemical method have been investigated. An effect of oxalic complexes of aluminum on thermal stability of membranes has been shown. uk Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Поверхность Нанотехнології поверхні Термічні властивості мембран оксиду алюмінію Thermal Properties of Aluminum Oxide Membranes Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Термічні властивості мембран оксиду алюмінію |
| spellingShingle |
Термічні властивості мембран оксиду алюмінію Бричка, А.В. Приходько, Г.П. Бричка, С.Я. Оранська, О.І. Огенко, В.М. Нанотехнології поверхні |
| title_short |
Термічні властивості мембран оксиду алюмінію |
| title_full |
Термічні властивості мембран оксиду алюмінію |
| title_fullStr |
Термічні властивості мембран оксиду алюмінію |
| title_full_unstemmed |
Термічні властивості мембран оксиду алюмінію |
| title_sort |
термічні властивості мембран оксиду алюмінію |
| author |
Бричка, А.В. Приходько, Г.П. Бричка, С.Я. Оранська, О.І. Огенко, В.М. |
| author_facet |
Бричка, А.В. Приходько, Г.П. Бричка, С.Я. Оранська, О.І. Огенко, В.М. |
| topic |
Нанотехнології поверхні |
| topic_facet |
Нанотехнології поверхні |
| publishDate |
2003 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Поверхность |
| publisher |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Thermal Properties of Aluminum Oxide Membranes |
| description |
Вивчено термічні властивості зразків мембран оксиду алюмінію, синтезованих електрохімічним шляхом. Показано, що на термічну стійкість мембран впливають оксалатні комплекси алюмінію.
The thermal properties of samples of alumina membranes synthesized by electrochemical method have been investigated. An effect of oxalic complexes of aluminum on thermal stability of membranes has been shown.
|
| issn |
2617-5975 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146276 |
| citation_txt |
Термічні властивості мембран оксиду алюмінію / А.В. Бричка, Г.П. Приходько, С.Я. Бричка, О.І. Оранська, В.М. Огенко // Поверхность. — 2003. — Вип. 9. — С. 145-149. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT bričkaav termíčnívlastivostímembranoksidualûmíníû AT prihodʹkogp termíčnívlastivostímembranoksidualûmíníû AT bričkasâ termíčnívlastivostímembranoksidualûmíníû AT oransʹkaoí termíčnívlastivostímembranoksidualûmíníû AT ogenkovm termíčnívlastivostímembranoksidualûmíníû AT bričkaav thermalpropertiesofaluminumoxidemembranes AT prihodʹkogp thermalpropertiesofaluminumoxidemembranes AT bričkasâ thermalpropertiesofaluminumoxidemembranes AT oransʹkaoí thermalpropertiesofaluminumoxidemembranes AT ogenkovm thermalpropertiesofaluminumoxidemembranes |
| first_indexed |
2025-11-24T16:08:33Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:08:33Z |
| _version_ |
1850850839599513600 |
| fulltext |
Хімія, фізика та технологія поверхні. 2003. Вип. 9. С.145-149
УДК 541.183
ТЕРМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕМБРАН
ОКСИДУ АЛЮМІНІЮ
А.В. Бричка, Г.П. Приходько, С.Я. Бричка,
О.І. Оранська, В.М. Огенко
Інститут хімії поверхні Національної академії наук України
вул. Ген. Наумова 17, 03680 Київ-164
Вивчено термічні властивості зразків мембран оксиду алюмінію, синтезованих
електрохімічним шляхом. Показано, що на термічну стійкість мембран впливають
оксалатні комплекси алюмінію.
The thermal properties of samples of alumina membranes synthesized by electrochemical
method have been investigated. An effect of oxalic complexes of aluminum on thermal stability of
membranes has been shown.
Вступ
Синтез нанотрубок вуглецю і неорганічних речовин привертає увагу багатьох
дослідників завдяки корисним властивостям одержуваних матеріалів [1-3]. Серед методів
синтезу таких нанорозмірних матеріалів вирізняється метод піролізу вуглеводнів з
використанням твердих каталізаторів, що мають регулярну структуру пор [4-7].
Пластинка оксиду алюмінію з одномірними порами (мембрана), одержана
електрохімічним шляхом, слугує каталізатором синтезу вуглецевих нанотрубок із
заданими діаметром і довжиною [2, 5, 8, 9]. Анодне оксидування алюмінію - добре
вивчений процес, який використовують для захисту матеріалів від корозії, підвищення
твердості і зносостійкості, електроізоляції виробів [10]. У той же час дослідження
властивостей оксиду алюмінію, одержаного електрохімічним методом, на наш погляд,
висвітлені недостатньо.
У даній роботі подано опис синтезу оксиду алюмінію в щавлевій кислоті та його
характеристик. Особлива увага приділена термічним властивостям синтезованих
каталізаторів і їхнього впливу на синтез вуглецевих нанотрубок (ВНТ).
Експериментальна частина
Для проведення синтезів використовували такі реагенти: H2C2O4-2H2O (ос.ч.),
Cr2О3 (ч.д.а.), H3PO4 (х.ч.), H2SO4 (х.ч.), алюміній технічний, вода дистильована.
Пластинки алюмінію з попередньо підготованою поверхнею за методикою [10] піддавали
електрополіруванню в електроліті складу: H3PO4 (40% мас.), H2SO4 (25% мас.), Cr2О3
(5% мас.) і вода (25% мас.) протягом 5 хв при температурі 60-80oС і напрузі 12 В з метою
формування поліпшеного поверхневого шару металу шляхом видалення дефектів,
сторонніх включень, згладжування рельєфу поверхні. Далі алюміній (анод) занурювали в
попередньо приготований електроліт (0,4 М розчин щавлевої кислоти, pH»1). Як катод
використовували графітовий електрод. Анодне оксидування алюмінію проводили
протягом 0,5-16 год. при температурі 20-25oC, напрузі 31±1 В. Синтезовані пластинки
оксиду алюмінію прозорі у воді і мають жовтуватий відтінок після просушування на
146
повітрі. Для фізико-хімічних досліджень використовували зразки оксиду алюмінію,
одержані без стадії промивання від електроліту, і зразки, ретельно відмиті у воді. Зразки
каталізатора досліджували методами рентгенографічного аналізу (дифрактометр
ДРОН-2М з CuKa-випромінюванням), ІЧ спектроскопії, термічного аналізу (прилад
Q-1500D). Товщину мембран вимірювали механічним мікрометром (похибка вимірювання
±2 мкм). Синтез ВНТ проводили піролізом хлористого метилену при 500oС та толуолу при
1150oС. Каталізатор оксид алюмінію поміщали в кварцовий реактор, через який
пропускали суміш вуглеводню з аргоном (швидкість потоку 0,02-0,025 л·хв-1) протягом
20 хв. Синтезований композит обробляли розчином HF для видалення оксидної фази.
Вуглецеві зразки ідентифікували за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа
(JEM-1OOCXII).
Результати та їхнє обговорення
За описаною вище методикою було синтезовано зразки мембран оксиду алюмінію
різної товщини. На рис. 1 наведено криву залежності товщини мембран від часу синтезу.
При часі синтезу до 2 год. спостерігається лінійна залежність товщини від тривалості
процесу, далі збільшення товщини пористої оксидної плівки за одиницю часу
зменшується. Так, при 2 год. реакції товщина мембрани складає 20 мкм, а при 16 год. -
80 мкм. Причина такої нелінійної залежності полягає в тому, що поряд з окисненням
алюмінію відбувається розчинення його оксиду з боку контакту з електролітом.
0 4 8 12 16
0
20
40
60
80
d
t
Рис. 1. Залежність товщини мембрани оксиду алюмінію від часу синтезу
(d – товщина, мкм; t - час синтезу, год.)
На рис. 2, а наведено дифрактограму синтезованого зразка. Відсутність
дифракційних піків вказує на аморфний стан оксиду алюмінію. В ІЧ спектрі зразків
оксиду алюмінію спостерігаються інтенсивні, значно розширені через аморфність, смуги
поглинання в області 400-1800 см-1. Аналіз спектрів дозволив віднести смуги nas=630 см-1 і
ns=500 см-1 до валентних коливань зв’язків Al-O, що характерні для іонів алюмінію (Al3+)
в октаедричному оточенні [11, 12]. Смуги поглинання з максимумами при 950-740 см-1
вказують на присутність у зразку тетраедрів AlO4
5-. Подібні спектральні характеристики
спостерігалися в ІЧ спектрах досліджених нами аморфних зразків боратів алюмінію з
невеликим вмістом бору [13].
Виходячи з умов синтезу, можна віднести смуги поглинання, що перекриваються в
області коливань подвійного зв’язку (С=О ) при 1700-1400 см-1, до функціональних груп
щавлевої кислоти або її похідних. Аналіз спектрів і віднесення смуг поглинання, що
147
спостерігаються, до групових частот дозволив припустити, що смуги валентних коливань
при 1665, 1485 см-1 відносяться до щавлевої кислоти. Зсунуті в низькочастотну область
смуги з максимумами при 1615, 1370 см-1 відносяться до коливань оксалат-аніона. Появу
оксалатних комплексів Al3+ в матриці мембрани синтезованих зразків можна пояснити
взаємодією утвореного оксиду алюмінію з щавлевою кислотою. Таким чином, основними
структурними елементами мембран оксиду алюмінію є поліедри октаедричного і
тетраедричного Al3+, до складу яких входять оксалатні комплекси Al3+, одержані під час
електрохімічного оксидування алюмінію в щавлевій кислоті.
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0
б )
а )
2 q
Рис. 2. Дифрактограми оксиду алюмінію, синтезованого анодним оксидуванням:
а – без термічної обробки; б – прожареного на повітрі при 1000oС
(q - кут Брегга, град.)
Температура синтезу вуглецевих нанотрубок з використанням мембран оксиду
алюмінію становить 700оС і вище, тому термічна стійкість мембран має важливе значення.
Криві ТГ і ДТА двох зразків Al2O3 представлені на рис. 3. Зразок без промивання
досліджували для того, щоб вивчити вплив промивання водою на характеристики зразків.
Результати термічного аналізу вказують на те, що зразки втрачають масу в три стадії. За
даними ТГ аналізу, в інтервалі 20-240оС відбувається десорбція молекулярної води, що
складає близько 2% втрати маси для кожного зразка. Виділення води супроводжується
ендотермічним ефектом, пік якого на наведених кривих слабко виражений, що пов’язано з
малою втратою маси. Характер зміни маси при 240-400оС для двох зразків істотно
відрізняється, для ретельно відмитого зразка спостерігається втрата маси ~1,2%, а для
іншого - 4%. Імовірно, що в цьому інтервалі температур в основному видаляється щавлева
кислота, яка у випадку промитого зразка вилучена. На кривій ДТА (рис. 3, а)
спостерігається пік ендотермічного ефекту, який супроводжує десорбцію кислоти.
Наступний етап втрати маси відбувається при 850-950оС і складає для кожного
зразка ~5%. Зміна маси супроводжується екзотермічним ефектом, різниця температур
максимумів піків за даними кривих ТГ і ДТА складає 25-30оС. Поява вузьких піків на
рентгенограмі зразка, прожареного при 1000оС, (рис. 2, б) свідчить про те, що причина
термічного ефекту полягає в кристалізації зразка з утворенням окремої фази оксиду.
Розшифровка рентгенограми (рис. 2, б) вказує на присутність кристалічної фази D-Al2O3.
У спектрі також чітко видно вихідне “гало” при 2q=15-25 град., що свідчить про
148
частковий фазовий перехід аморфного зразка в кристалічну форму (тобто до складу
прожареної при 1000оС мембрани входять аморфні і кристалічні частини оксиду).
0 200 400 600 800 1000
88
92
96
100
а)
ДТА
ТГ
m
T
0 200 400 600 800 1000
88
92
96
100
б)
ДТАТГ
m
T
Рис. 3. Криві ТГ і ДТА оксиду алюмінію: а – синтезованого без стадії промивання,
б - ретельно відмитого; m - маса зразків (%), T - температура (oС)
За даними ІЧ спектроскопії, втрата маси збігається з різким зменшенням
інтенсивності смуг поглинання С=О-групи . При термічній обробці зразка протягом
0,5 год. при 700оС інтенсивність смуг в області 1700-1400 см-1 практично така ж, як у
вихідного зразка, а при 900оС спостерігається різке зменшення інтенсивності поглинання
оксалат-аніона, що свідчить про його руйнування. Повне зникнення поглинання в області
С=О-коливань спостерігається при 1200оС. Очевидно, що ретельне відмивання зразка
водою не призводить до видалення з нього оксалатів.
а б
Рис. 4. Фотографії вуглецевих нанотрубок синтезованих піролізом хлористого метилену
(а, ´100000) і піролізом толуолу (б, ´100000)
З метою встановлення впливу фазового складу мембран оксиду алюмінію на
одержання ВНТ було обрано дві температури їхнього синтезу - 500оС (коли зразок
аморфний) і 1150оС (зразок містить фазу δ-Al2O3). Використання термічно нестійкого
хлористого метилену дозволило нам знизити температуру синтезу ВНТ, у той же час при
температурі нижчій, ніж 1000оС синтез ВНТ з толуолу неможливий [14]. На рис. 4
представлені фотографії ВНТ, синтезованих з хлористого метилену (а) і толуолу (б).
Можливість одержання ВНТ при 1150оС підтверджує положення про те, що при
прожарюванні мембран оксиду алюмінію (900-1150оС) відбувається неповна кристалізація
149
аморфного оксиду алюмінію, а фаза δ-Al2O3 слабко впливає на утворення ВНТ, тому що за
даними трансмісійної мікроскопії (рис. 4) істотних розходжень у морфології ВНТ не
помічено.
Висновки
Під час електрохімічного оксидування алюмінію утворюються мембрани оксиду
алюмінію, що знаходяться в аморфному стані і складаються з алюмокисневих октаедрів та
тетраедрів. У складі отриманого оксиду містяться також оксалатні комплекси, що не
видаляються із зразків без зміни фазового складу мембран. Ретельне промивання вихідних
зразків впливає тільки на видалення адсорбованої кислоти. Термічна стабільність зразків
лімітується стадією руйнування оксалатних комплексів алюмінію. Показано можливість
використання мембран оксиду алюмінію для синтезу ВНТ до температури 1150оС.
Література
1. Раков Э.Г. Химия и применение углеродных нанотрубок// Успехи химии. – 2001. –
Т.70, №10. – C.934–973.
2. Раков Э.Г. Методы получения углеродных нанотрубок// Успехи химии. – 2000. – Т.69,
№1. – C.41–59.
3. Раков Э.Г. Нанотрубки неорганических веществ// Журнал неорганической химии. –
1999. – Т.44, №11. – С.1827-1840.
4. Martin C.R. Nanomaterials: A membrane-based synthetic approach// Science. – 1994. –
V.266. – P.1961–1966.
5. Kyotani T., Pradhan B.K., and Tomita A. Synthesis of carbon nanotube composites in
nanochannels of an anodic aluminum oxide film// Bull. Chem. Soc. Japan. – 1999. – V.72. –
P.1957–1970.
6. Pradhan B.K., Kyotani T., Tomita A. Nickel nanowires of 4 nm diameter in the cavity of
carbon nanotubes// Chem. Commun. – 1999. – P.1317–1318.
7. Sui Y.C., Acosta D.R., Gonzalez-Leon J.A., Bermudez J., Feuchtwanger J., Cui B.Z., Flores
J.O., and Saniger J.M.. Structure, thermal stability, and deformation of multibranched carbon
nanotubes synthesized by CVD in the AAO template// J. Phys. Chem. B. – 2001. – V.105. –
P.1523–1527.
8. Li W.Z., Xie S.S., Qian L.X., Chang B.H., Zou B.S., Zhou W.Y., Zhao R.A., Wang G.
Large-scale synthesis of aligned carbon nanotubes// Science. – 1996. – V.274. –
P.1701-1703.
9. Бричка С.Я., Приходько Г.П., Бричка А.В., Огенко В.М., Чуйко А.А. Матричный
синтез N-содержащих углеродных нанотрубок// Теор. и эксперим. химия. – 2002. –
Т.38, №2. – С.107-109.
10. Практикум по прикладной электрохимии/ Под ред. В.Н. Кудрявцева и В.Н. Варыпаева.
- Л.: Химия, 1990. - 304 с.
11. Накамото К. ИК спектры и спектры КР неорганических и координационных
соединений. - М.: Мир, 1991. - 536 с.
12. Бричка С.Я., Брей В.В., Чуйко А.А. Синтез и исследование микропористых
оксигалогенидов алюминия и бора// Журн. прикл. химии. – 1997. – Т.70, №9. –
С.1447-1450.
13. Brichka S.Ya., Brei V.V. Synthesis and Surface Acidity of Amorphous Fluorine-Containing
Aluminium Borates// Polish J. Chem. – 2001. – V.75. – P.719-732.
14. Огенко В.М., Бричка С.Я., Приходько Г.П., Бричка А.В., Чуйко А.А. Синтез
углеродных нанотрубок пиролизом толуола // Доп. НАН України. – 2002. – №7. –
С.152-155.
УДК 541.183
УДК 541.183
УДК 541.183
ТЕРМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕМБРАН
ОКСИДУ АЛЮМІНІЮ
А.В. Бричка, Г.П. Приходько, С.Я. Бричка,
О.І. Оранська, В.М. Огенко
О.І. Оранська, В.М. Огенко
О.І. Оранська, В.М. Огенко
Вступ
Експериментальна частина
Результати та їхнє обговорення
Висновки
Література
|