شکل (۴-۸) نمایشی از الگودهی سطح آلومینیوم با بهره گرفتن از یک الگوی خارجی
شکل (۴-۹) تصویر SEM از (a) قالب AAO با الگوی دایره­ای (b) قالب بعد از حرارت دادن و باز شدن حفره­ها در قسمت­ های در معرض پرتو قرار گرفته (c,d) نانوسیم­های مس تولید شده پس از پر کردن حفره­های باز شده با الکتروانباشت و حل کردن قالب .
۴-۱۵- آندایز دو طرفه
در تولید پوسته­های PAA عادی تنها یک طرف ورقه­ی آلومینیوم آندایز می­ شود و طرف دیگر برای کاربردهای بعدی خارج می­گردد، اما اگر در دو طرف ورقه­ی آلومینیوم آندایز صورت گیرد، یک ساختار ساندویچی بدست خواهد آمد. مطابق نمایش الگووار در شکل (۴-۱۰) می­توان یک ساختار PAA/Al₂O₃/PAA بدست آورد. در ابتدا با قرار دادن ورقه­ی آلومینیوم بین دو صفحه­ی گرافیت، دو طرف نمونه آندایز می­ شود (شکل۴-۱۰الف). سپس برای بدست آوردن حفره­های منظم، پوسته­ی آلومینا در محلول فسفریک اسید حل می­گردد (شکل ۴-۱۰ب) و در شرایط مشابه حالت اول مجدداً آندایز انجام می­گیرد. با طولانی نمودن زمان آندایز، تمام آلومینیوم اکسید شده و حفره­ها پیشروی می­ کنند. تصویر SEM حاصل از این فیلم آندیک نیز در شکل (۴-۱۰ت) آمده است.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل (۴-۱۰) نمایش الگووار مراحل تشکیل ساختار ساندویچی PAA/AL2O3/PAA الف) آندایز از دو طرف با قرار دادن گرافیت در دو طرف نمونه ب) سونش شیمیایی اکسید تشکیل شده پ) آندایز مجدد آلومینیوم در زمان طولانی. تنها ساختار اکسیدی باقی مانده است. ت) تصویر SEM از فیلم آندیک دوطرفه­ی تشکیل شده
۴-۱۶- بهم زدن محلول حین آندایز
میدانیم که بهم زدن الکترولیت درحین آندایز امری ضروری جهت تشکیل نانوساختارهای شش­گوشی منظم می­باشد . بدون برهم زدن الکترولیت، دما در ته حفره­ها بطور قابل توجهی افزایش می­یابد . همچنین ترکیب الکترولیت در ته حفره­ها از الکترولیت توده­ای متفاوت خواهد بود . در کل با افزایش سرعت بهم زدن الکترولیت و کاهش غلظت محلول اسیدی استفاده شده برای آندایز، یک انتقال رژیم خودنظم یافته رخ داده و مقادیر بالاتر پتانسیل­های آندایز می ­تواند بدست آید .
۴-۱۷- مراحل پیش آندایز
در طول آندایز خود شکل­یافته آلومینیوم، فرایند جوانه زنی حفره، ترکیبی از هسته­زایی تصادفی و هسته­زایی در گسل­های سطح است. بعلاوه مرزدانه­ها و خراش­های روی سطح آلومینیوم، مکان­هایی برای پیشرفت ترجیحی رشد حفره می­باشد . کنترل فرایند آماده ­سازی باید روی کاهش گسل­ها و برآمدگی­های سطح متمرکز باشد. همچنین نمونه­های مطلوب برای تشکیل آرایه­ی نانوحفره­ی خود شکل­یافته، باید آلومینیوم با خلوص بالا و آنیل شده باشد.
۴-۱۷-۱- چربی­زدایی نمونه
قبل از انجام عملیات­ آندایز و به ­منظور چربی زدایی و پاک شدن آلودگی­هایی که به سطح نمونه چسبیده­اند، با بهره گرفتن از دستگاه آلتراسونیک که تولید ارتعاشات ریز مکانیکی می­ کند، سطح نمونه را تمیز می­کنیم. ابتدا نمونه را در ظرف محتوی استن ریخته و ظرف را درون حمام آبی که درون دستگاه آلتراسونیک تعبیه شده قرار می­دهیم. ارتعاشات دستگاه به آب منتقل شده و از طریق آب به داخل ظرف و سطح نمونه انتقال می­یابد. حضور هم­زمان ماده­ پاک کننده­ استن و لرزش­های ریز مکانیکی، منظور ما جهت تمیز شدن سطح را تامین خواهد کرد.
۴-۱۷-۲- آنیل کردن نمونه
آنیل کردن یا بازپخت ورقه، تنش­های ماده را کاهش داده و اندازه­ بافت دانه^[۵۶] را که معمولا بیشتر از µm100 است، افزایش می­دهد. ناگفته نماند سطح قطعه آلومینیوم ما از نواحی کوچکی که با مرزدانه­ها از هم جدا می­شوند تشکیل شده که برای همگنی بیشتر نمونه بهتر است این مرزدانه­ها گسترش یافته و نواحی کوچک حذف شوند. آنیل رایج ورقه­ی آلومینیوم تحت جو آرگون یا نیتروژن و یا در هوای معمولی، در ۴۰۰ یا c500⁰ برای ۳ تا ۵ ساعت انجام می­ شود.
۴-۱۷-۳- پالیش کردن نمونه
بعد از چربی­زدایی نمونه و شستن آن با آب دوبار مقطر و بازپخت، هنوز بافت­ها و حوزه ­های ناهمواری بر روی سطح آلومینیوم مورد نظر که از دید ماکروسکوپی صاف و هموار به نظر می­رسد وجود دارد. یکی از مهمترین مراحل در آماده ­سازی آلومینیوم پیش از آندایز، پالیش نمونه است. برای آلومینیوم پالیش بصورت مکانیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی انجام می­ شود. پالیش مکانیکی به ­ندرت برای این کار انتخاب می­گردد .
پالیش شیمیایی راه کاملاً بی­خطایی نبوده و ممکن است در همه موارد منجر به تشکیل نمونه­ نانوساختار خیلی منظم نشود. روش الکتروشیمیایی می ­تواند راهی مناسب برای این کار باشد، که نمودار جریان حاصل در حین پالیش اطمینان از صحت شرایط را فراهم می­ کند. این نمودار افت نمایی جریان با گذشت زمان را نشان می­دهد، که علت آن کاهش جریاناتی­ است که برآمدگی­های میکروسکوپی سطح به درون خود می­کشیدند و با کنده شدن این برآمدگی­ها، جریانات اضافه نیز حذف خواهند شد. برای برطرف کردن این ناصافی­ها و صیقلی نمودن سطح، الکتروپالیش در محلولی ازHCLO₄ وC₂H₅OH به نسبت حجمی یک به چهار در ولتاژی معین انجام می­گیرد. برای افزایش جداشدگی ناصافی­های سطحی، وارد نمودن ضربات آرام مکانیکی در طول پالیش نیز به صیقلی نمودن بیشتر سطح کمک خواهد کرد. این مرحله پیش شرطی برای تشکیل آلومینای خود نظم­یافته در حوزه­ بزرگی از سطح می­باشد. در آزمایشگاه لایه­نشانی دانشگاه شیراز معمولاً در فصول خنک سال پالیش در دمای محیط انجام می­گیرد، اما از آنجا که این کار طبق تجربه در دماهای پایین بهتر انجام می­ شود، در فصول گرم دمای محلول را به زیر c20⁰ می­بریم.
۴-۱۸- مقاومت لایه­ی سدی
برای استفاده از پوسته­ی متخلخل بدست آمده از آندایز آلومینوم و کاربردهای بعدی آن از جمله
تولید نانوسیم­/میله/لوله درون این قالب­ها، وجود لایه­ی سدی مانعی برای عبور جریان از عرض نمونه می­باشد. این لایه که متشکل از اکسید آلومینیوم یا آلومینا (Al₂O₃) است، به علت مقاومت الکتریکی بالا، یک عایق جریان محسوب می­گردد.
مقاومت ویژه­ی فیلم Al₂O₃ در بعضی مقالات محاسبه شده است. در یکی از این مقالات فیلم آلومینا با ضخامت µm1 روی زیرلایه­ی Si به روش کند و پاش، انباشت شد. روی این فیلم نیز یک لایه آلومینیوم جهت اندازه ­گیری­های بعدی نشانده شد. مقاومت ویژه­ی لایه­ی آلومینا به روش ac در فرکانسKHz 1 و ولتاژv1 اندازه ­گیری شد، که مقدار آن ۱۰^+۱۰Ωcm بدست آمد. همچنین مقادیر مقاومت ویژه به روش dc با یک ترا-اهم­متر در ولتاژ v400 اندازه ­گیری و برابر ۱۰^+۱۵Ωcm بدست آمد. مشاهده می­ شود که هر دو مقدار بدست آمده بالا بوده و می­توان لایه­ی سدی پشت حفره­ها را تقریباً عایق (۱۰^+۱۶Ωcm) فرض کرد.
گاهی برای غلبه بر این مشکل از انحلال لایه­ی سدی پشت حفره­ها و باز کردن سوراخ­ها کمک می­گیرند و گاهی با نازک­سازی این پوسته تا جایی که بتوان از پدیده ­های کوانتمی جهت عبور جریان و مبادله­ بار کمک گرفت، استفاده می­ شود.
۴-۱۹- مراحل پس از آندایز
بعد از انجام آندایز در یکی از رژیم­های گفته شده و در شرایط بهینه­ای از اسید و ولتاژ، نوبت به آماده ­سازی نمونه برای انجام آزمایشاتی بیشتر (با بهره گرفتن از نمونه­های آندایز شده بعنوان قالب) می­رسد. این عملیات می ­تواند شامل مراحل زیر باشد.
۴-۱۹-۱- حل کردن آلومینیوم پشت نمونه
جداسازی اکسید آلومینیوم از بستر باقیمانده می ­تواند با بهره گرفتن از سونش الکتروشیمیایی در محلول ۲۰% HCl با یک پتانسیل عامل بین ۱تا v5 انجام گیرد . اما متداول­ترین روش برپایه­ی یک جداسازی شیمیایی مرطوب آلومینیوم است. برای انجام این فرایند، نمونه­ آندایز شده برای مدتی معین در یک محلول HgCl₂ اشباع شده فرو برده می­ شود تا زیر لایه­ی آلومینیوم غیر اکسیدی حل گردد .
از دیگر محلول­هایی که کمتر برای خارج کردن بسترآلومینیوم بکار می­روند، می­توان به CuCl₂ و یا CuSO₄ اشباع شده اشاره کرد.
دمای محلول تاثیر قابل توجهی بر زمان انحلال آلومینیوم ندارد، اما غلظت محلول و ضخامت نمونه­ آلومینیوم مهم بوده و بعنوان مثال برای انحلال یک بستر آلومینیوم با ضخامت mm2/0 با بهره گرفتن از محلول HcL با غلظتی در محدوده­ ۲۵ تا ۶۵% ،کمتر از ۲دقیقه زمان لازم است.
۴-۱۹-۲- برداشتن لایه­ی سدی
تهیه­ قالب AAO شامل با­ز کردن حفره بعد از جداکردن اکسید از زیر لایه­ی آلومینیوم یا پهن کردن حفره قبل از انباشت متعاقب فلزات و نیمه هادی­ها درون حفره­ها می­باشد. برداشتن لایه­ی سدی در یک AAO تشکیل یافته با آندایز خود شکل­یافته معمولاً با سونش شیمیایی اکسید انجام می­ شود. ته نانوحفره­ها با فرو بردن در یک محلول H₃PO₄ با زمان گشایشی که مستقیماً به ضخامت لایه­ی سدی و در نتیجه به شرایط آندایز وابسته است، باز می­ شود. اگر زمان باز شدن حفره­ها بطول بینجامد، گشاد شدن حفره­ها نیز می ­تواند بطور هم­زمان رخ دهد .
قطر حفره­های باز شده می ­تواند با تغییر زمان سونش شیمیایی در یک محلول اسید فسفریک تنظیم شود. نرخ انحلال لایه­ی سدی در M5/0 محلول H₃PO₄ تقریباً برابر nmv^-13/1 بدست آمده است که با افزایش عمق حفره­ی کانال­های ستونی، این مقدار کاهش می­یابد.
در یک روش متفاوت سونش کردن، از یک پرتوی یونی واکنش­پذیر (عمدتاً Ar⁺) استفاده می­ شود . باید اشاره کرد که سونش خشک با پرتوهای یونی نیاز به استفاده از دستگاه­های پیچیده دارد. برای بدست آوردن آرایه­ای منظم از نانوحفره­ها با قطر حفره­ای دلخواه، ابتدا انجام یک گشاد شدگی مهم می­باشد. یک رابطه بین قطر حفره (D_P(nm)) و زمان گشادشدگی (t_w(min)) برای نمونه­های آندایز شده در اکسالیک اسید M3/0 تحت ولتاژv40 در c15⁰ به صورت زیر گزارش شده است :
(۴-۲۴)
نرخ پهن­سازی حفره در M1 محلول H₃Po₄ در C30⁰ برابر nmmin^-183/1 و برای M5/0، برابر nmmin^-11 پیشنهاد شده است. رابطه­ پهن سازی حفره­ها همچنین در M1/0 محلول H₃Po₄ در دمای c30⁰ نیز محاسبه شده است .
قطر حفره­های گشاد شده می ­تواند به آسانی از روی تصاویر SEM یا AFMتعیین شود .
وقتی امواج آلتراسونیک برای کمک به فرایند پهن­سازی حفره­ها بکار گرفته می­ شود زمان پهن­سازی بطور قابل توجهی افزایش می­یابد.
۴-۱۹-۳- نازک­سازی لایه­ی سدی
اگرچه لایه­ی سدی به ­ظاهر متشکل از یک لایه است، برای آندایزهایی با پتانسیل پایین معمول دو زیرلایه قابل رویت می­باشد که هر کدام نرخ انحلال متفاوتی دارند.کنترل دقیق مرحله­ هسته­زایی الکتروانباشت در همه حفره­های آلومینای آندیک متخلخل، به ایجاد نازک­سازی قابل توجه لایه­ی سدی نیاز دارد. چنین نازک­سازی موثری شرایط مورد نیاز برای الکترون­ها را فراهم می­ کند تا بتوانند در طول لایه­ی سدی تونل زده و با الکتروانباشت، حفره­ها را بطور یکنواخت پر کنند. همیشه نازک­سازی با پهن­سازی حفره­ها همراه است. مطابق تحیقات استین^[۵۷]و همکارانش ، اوسالیوان و وود^[۵۸] پیشنهاد کردند که کاهش پتانسیل آندایز، نازک­سازی قابل توجه لایه­ی سدی را نتیجه می­دهد، که علت آن انحلال میدانی اکسید است. کاهش تدریجی پتانسیل آندایز منجر به نازک­سازی لایه­ی سدی می­ شود. همچنان که پتانسیل کاهش می­یابد، با توجه به رابطه­ (۴-۸) قطر حفره نیز کاهش یافته و در نتیجه حفره­های اصلی به حفره­های کوچک­تر با قطری مطابق با فرمول تقسیم می­شوند. با کاهش مرحله­ بعدی ولتاژ، شاخه­ های باریک­تر از شاخه­ های مرحله­ قبل بوجود می­آیند و بهمین ترتیب ساختاری ریشه­ای در لایه­ی سدی ایجاد می­ شود که ته این ریشه­ها به بستر آلومینیوم زیر لایه­ی سدی نزدیک بوده و امکان وقوع پدیده ­های کوانتمی را فراهم می ­آورد.
۴-۲۰- ساخت نانوساختارها به­ کمک قالب AAO
قالب AAO ساخته شده با آندایز خود شکل­یافته آلومینیوم بطور گسترده برای انتقال آرایش­های نانوحفره به دیگر مواد استفاده می­ شود. در کل استفاده از آلومینای آندیک متخلخل برای ساخت نانومواد می ­تواند به دو طریق انجام گیرد: ۱) فیلم آندیک با زیرلایه­ی آلومینیوم باقیمانده می ­تواند برای انباشت فلزات استفاده شود. ۲) آلومینای آندیک متخلخل می ­تواند از بستر آلومینیوم زیرین جدا شده و با فرایندهای دیگر بصورت پوسته­ای با حفره­های باز در ته و روی سطح، استفاده شود. حالت دوم روشی کلیدی برای تولید نانوساختارهای با نظم بالا می­باشد. لیانگ^[۵۹] و همکارانش جزئیات روش­های گسترده­ی تولید نانوآرایه­ها، با بهره گرفتن از آلومینای آندیک متخلخل را گزارش کرده ­اند، که خلاصه­ای از آن در شکل (۴-۱۱) آمده است. تنوع قابل توجهی از مواد نانومقیاس شامل نانوحفره­ها، حلقه­ها، ذرات، میله­ها و سیم­های فلزی و نیمه­هادی­، نانولوله­های کربنی و پلیمری، آرایه­های نانوحفره­ای اکسید فلز، فلزی، سیلیسیوم و الماس می­توانند با موفقیت روی یک پایه از آلومینای آندیک متخلخل منظم ساخته شوند. عمده مواد سنتز شده با کمک آلومینای آندیک متخلخل شاید به گروه ­های زیر دسته­بندی شوند:

• • نانونقاط، نانوسیم­ها، نانومیله­ها و نانولوله­های فلز

• • نانونقاط، نانوسیم­ها و نانولوله­های اکسید فلز

• • نانونقاط، نانوسیم­ها، نانوستون­ها و آرایه­های نانوحفره­ای نیمه­هادی

• • نانوسیم­ها و نانولوله­های پلیمر، آلی و غیرآلی

• • نانولوله­های کربن

شکل (۴-۱۱) نمایش طرح­واری از تولید مواد نانوساختار با بهره گرفتن از آلومینای آندیک متخلخل (a نانوسیم­های فلزی در AAO الکتروانباشت می­گردند (b قالب AAO با فلز انباشته بر سطحش (c آرایه­ی نانوسیم فلز الکتروانباشت شده در قالب AAO (d آرایه­ی نانونقطه­ای فلزی انباشته بر روی زیرلایه­ی نیمه­هادی (e زیرلایه­ی نیمه­هادی با آرایه­ی نانوحفره (f آرایه­ی نانوستون­های آزاد شده نیمه­هادی (g آرایه­ی نقطه­ی کوانتمی با اپیتاکسی پرتوی ملکولی .
۴-۲۰-۱- نانونقاط، نانوسیم­ها و نانولوله­های اکسید فلز
با بهره گرفتن از قالب AAO نانونقاط و نانوسیم­های اکسید فلز معمولاً در نانوحفره­های قالب با انباشت الکتروشیمیایی یا الکترولس^[۶۰] فلزات و اکسید متعاقب آن تشکیل می­شوند. این روش برای تولید نانوسیم­های بعنوان مثال Cu₂O در کانال­های قالب­های آلومینای آندیک متخلخل ، و یا تبخیر فلز درون قالب AAO با باز کردن حفره­ها برای تولید نانولوله­های TiO₂ بکار رفته است. در فصل­های بعد بیشتر در این خصوص خواهیم گفت.