陽極酸化プロセスは、酸化原理を用いて電解によりアルミナを生成する。自発的に着色陽極酸化皮膜を生成するアルミナは、耐食性および耐酸化性の機能を有する。アルミニウム陽極酸化皮膜は、ブロッキング型とマルチパス型に分けることができます。ほぼ中性の電解質中での陽極酸化により、コンパクトなバリア酸化膜を得ることができる。このフィルムは充分に絶縁されており、コンデンサなどのデバイスの製造に使用できます。
アルミニウムは活性金属であり、自発的に大気中に0.01〜0.10Lmの酸化膜を形成する。この自然酸化膜は、機械的強度が低く、非晶質、薄く多孔質である。アルミニウムにはある程度の保護機能がありますが、アルミニウムとその合金の装飾、保護、機能的適用に対する人々の要求を満たすには十分です。したがって、電解液中のアルミニウムを陽極酸化するプロセスは、絶えず開発されてきた。 1920年代から、アルミニウム陽極酸化皮膜の使用価値が高まってきている。いくつかの最近の開発は21世紀に実を結ぶでしょう。
アルミニウム陽極酸化皮膜 アルミニウム陽極酸化皮膜は、ブロッキング型とマルチパス型に分けることができます。ほぼ中性の電解質中での陽極酸化により、コンパクトなバリア酸化膜を得ることができる。このフィルムは充分に絶縁されており、コンデンサなどのデバイスの製造に使用できます。酸性または弱アルカリ性の電解質で陽極酸化すると、アルミナを溶解する能力により多パス酸化膜を形成することができます。膜はユニークな構造をしています。金属アルミニウムの表面の隣には、厚くてゆるい多孔質層が形成された薄く緻密なバリヤー層がある。多孔質層の膜セルは、六方稠密であり、各中心にナノサイズの微細孔を有する。これらの穴は、サイズが均一であり、マトリックスの表面に対して垂直であり、互いに等しい。
細孔酸化膜の利点 長い間、人々は、より大きな用途と迅速な開発とを有するマルチパス酸化膜にもっと注意を払ってきた。その利点は次のとおりです。
- バリア層の高い硬度はコランダムを越えることができる。
- 耐摩耗性、耐腐食性および化学的安定性;
- 穴の形態およびサイズは、異なる電解プロセスによってより広い範囲内で変化し、フィルムの厚さを調整することができる。
- 調製プロセスは、環境条件および設備に対する要求が低く、単純である。
2種類の陽極酸化膜の形態変化については、ブロッキング型とマルチパス型の統一的な説明はないが、膜の形態に関連する臨界電流密度の概念は、クロム酸、リン酸およびシュウ酸などの溶液中の酸化膜形成におけるイオン移動の系統的研究に基づいて提案された。陽極酸化電流密度が臨界電流密度よりも高いと、バリア膜が形成される。臨界電流密度以下であれば、マルチパス膜が形成される。これは、膜の形態が電解質のタイプと密接に関連しているという伝統的な見解を破る。
アルミニウム陽極酸化皮膜の適用 当初、アルミニウム陽極酸化皮膜は良好な耐食性、耐摩耗性および電気絶縁性を有することが望まれていた。 1930年代半ばまでに、人々は酸化アルミニウムフィルムの多孔質構造に興味を持ち始め、多孔質フィルム中の着色材料の沈殿を実現した。アルミニウムプロファイルの電解着色が正式に生産に使用され、カラーアルミニウムプロファイルが広く使用されるのは1960年代までではありませんでした。
過去10年間で、アルミニウム陽極酸化技術において多くの新しい成果が得られました。例えば、陽極酸化速度を加速するためのいくつかの新しい措置が講じられており、その中には2〜3倍の速度を上げるものもある。別の例は、室温での酸化の新しい技術であり、多くのエネルギーを消費する冷却の要件を満たす。酸化膜の品質は、パルス陽極酸化によって大幅に改善することができる。さらに、交流酸化を用いることにより、高効率、低コスト、省電力などの一連の利点を得ることができる。しかし、その幅広い用途は、薄膜層（10Lm未満）、黄色および低硬度の影響を受ける。最近、添加物を添加することにより、膜の品質は直流電気酸化のレベルに達している。これらの新しい開発により、アルミニウムの陽極酸化プロセスが顕著に更新され、改善された。私は新しい世紀にこの作品が新しいブレークスルーを生み出すと信じています。しかしながら、1980年代後半から、アルミニウム陽極酸化の最も興味深い技術的問題は、酸化アルミニウム膜の多孔性のための様々な機能性膜材料の開発と研究であった。アルミナ膜の細孔径は数十nmまたは数十nmであるため、さまざまなナノマテリアルの需要において重要な役割を果たすことができます。つまり、膜のナノメートル細孔の大きな成果は、21世紀にアルミニウム陽極酸化技術を活性化させ、ハイテクマッチングの有望な新しいものになるでしょう。
現在、機能化に向けて開発された酸化アルミニウム多孔質膜の研究は、主に2つの側面から始まっている。 1つは、新しい超精密分離膜を開発するためにその多孔性構造を使用することである。もう1つは、金属、半導体、ポリマーなどの異なる特性を持つ材料をナノサイズの微細孔に堆積させることによって新しい機能材料を作製することです。
上述の第1のタイプでは、酸化膜がほとんどない。例えば、アルミニウム陽極酸化膜の膜分離に備えて、まずアルミニウムを酸性電解液中で陽極酸化してアルミニウム表面に酸化膜層を形成した後、その膜の裏面のアルミニウム母材及びバリア層を除去する正確な分離膜を得るために、電気化学的または化学的方法によって分離することができる。
準備工程では、穴の形状、配置、大きさを均一にする必要があり、必要に応じて穴の大きさを調整することができる。様々な有機分離膜と比較して、この種の膜は、より良好な機械的強度、耐熱性、化学的安定性および寸法安定性を有する。室温でガス、液体、血液の分離膜として使用でき、脱酸素や排ガスの脱硫などの高温ガスの分離にも使用できます。
上述した第2のタイプの酸化膜は、特に光および光電デバイスにおいて、多くの変形例を有する。アルミニウム陽極酸化皮膜に平行膜面方向に光を照射すると、多孔質構造の単一指向性により、H偏光とV偏光が異なる程度に減衰し、光の電磁場に影響を与え、光の偏光特性に影響を及ぼす。多孔質膜のナノサイズの微細孔には様々な光学特性を有する様々な材料が析出し、光の偏光特性に及ぼす影響の違いによって様々な種類の偏光子、光学位相板、光通信用光学素子が開発された。例えば、A u、A l、NIの3つの元素がA多孔質膜の細孔に堆積した場合、1 Lmの膜厚は、販売された端結晶バイオフォストが1 mmを超えるという要件を満たすことができる。
アルミニウムの酸化膜のナノサイズの細孔には、蛍光物質、光増感剤などが充填されている。例えば、浸漬と熱処理とを組み合わせることにより、多孔質膜の細孔にTb 3+を導入し、外部電界の作用により緑色光を発生させることができる。この種の機能性多孔質膜は、光電素子を開発する新しい方法となるであろう。メンブレンの穴がナノメートルレベルであるので、それをさらに超微細発光素子にすることができる。
第2に、酸化アルミニウム膜を磁性膜とすることができる。アルミナ膜の孔に真空蒸着法や電着法により磁性材料（Fe、Co、Ni、磁性合金など）を充填し、磁気機能を有する膜を作製することができます。幅広いアプリケーションの見通しを持っています。例えば、各種磁気カード、磁気テープ、ディスク等の製造に使用することができる。その結果、アルミニウム陽極酸化皮膜の特殊構造により、多孔質膜のナノサイズ孔に析出した磁性金属の形状を伸長させることができた。さらに、磁性金属結晶化の好ましい配向は、一般に、その磁気軸の配向と一致する。この場合に形成される磁性膜は、高い磁気的保護と典型的な垂直磁化特性を示す。垂直磁気記録媒体として用いることができる。 Fe複合磁性膜の検討結果から、複合磁性膜の膜厚が薄いほど、オーバーライト特性及び磁気記録媒体の密度が高くなることがわかる。したがって、アルミニウム陽極酸化膜のナノサイズの微細孔の特殊な構造を用いることにより、高い垂直磁気記録密度を得ることができる。
第3に、太陽エネルギー選択吸収膜に使用される酸化アルミニウム膜もまた特徴的である。太陽エネルギーは、将来最も重要なエネルギー源の1つです。地球上のすべてのエネルギー問題は、地球上で受け取った太陽エネルギーの1/10000を使用することで解決できます。したがって、世界の太陽エネルギーの総合的利用に関する研究はますます注目されている。アルミナ多孔質膜の機能的処理による太陽エネルギー吸収材の調製に関する研究は、良好な適用可能性を示している。
太陽エネルギーを効果的に使用するためには、日射吸収スペクトルの吸収率を太陽光吸収スペクトルの吸収率よりも高くする必要がありますが、熱吸収スペクトルの吸収率は可能な限り小さくする必要があります。例えば、リン酸溶液で作製したアルミナ多孔質膜のナノサイズの細孔では、Niを電着させて選択的に太陽エネルギーを吸収した機能膜を作製した。反射率を測定することにより、この種のフィルムは理想的な選択吸収特性を有することが分かる。
フィルムの空孔にFe、Niなどの金属を電着させることにより、他の材料で作製した選択吸収フィルムよりも明らかに耐熱性の高いフィルムにすることができます。しかしながら、コーティングの耐食性は十分ではない。穴を密閉するか、またはフィルム表面を耐食性コーティングでコーティングし、周囲の環境条件を変えることによって改善されることが期待される。
ビームマイクロ電極は、その高い信号対雑音比（SNR）のために、近年注目を集めている。ビーム微小電極を準備するには多くの方法があり、単一の微小電極の最小直径は0.1Lmに達することが要求される。明らかに、活性電極の面積が小さいほど、信号対雑音比は高くなる。従って、能動電極の面積をいかに最小にするかが、高性能ビーム微小電極の製造の鍵となっている。アルミナ多孔質膜は、ナノスケール微孔質構造を有し、高性能ビーム電極の調製に好ましい条件を提供する。調製中、アルミニウムシートを陽極酸化してA多孔質膜を形成し、次いで多孔質膜をアルミニウムマトリックスから分離することができる。金属（例えば、A u、P tなど）は、真空蒸着などの方法によってナノスケール微細孔内に堆積され、その表面は、酸化物膜中のバリア層を除去するために導体と接続することができる。その後、ビーム微小電極を得ることができる。
マトリックスアルミニウムの優れた熱伝導率と表面の陽極酸化アルミニウム膜の微細孔の最大内表面積を利用することにより、高い熱伝導率と良好な特性の両方を有する薄膜を開発することができる。例えば、Ptは多くの化学反応に対して優れた触媒である。実験があります。アルミニウムの陽極酸化皮膜を熱いH2PtCl6溶液に含浸させ、風乾した後、加熱して焼成してP / Al2O3 / Al触媒膜を形成した。実験結果は、膜が良好な熱伝導率および触媒作用を有することを示している。
もちろん、アルミニウムで陽極酸化された多孔質膜を使用することができる他の領域もある。例えば、アルミニウムを陽極酸化した後、膜孔にMoS2が堆積し、良好な自己潤滑性を有する黄金酸化膜が形成される。酸化アルミニウム膜の穴を埋めることにより、液晶酸化物複合膜を作製することができる。液晶は、その選択性および配置制御によって酸素を分離および濃縮するために使用することができる。また、真空蒸着法、電着法、含浸法などを用いて、同じ構造と異なる材料（金属、半導体、ポリマーなど）を用いて、芯膜としてのアルミナの多孔質膜を複製することができます。異なる材料を有するこれらの多孔質膜は、多くの分野において広い適用見込みを有する。
