[논문]온도와 전압 및 바닥면 형상에 따른 양극산화 알루미늄의 구조

김영애; 황운봉

doi:10.7736/kspe.2016.33.3.225

Abstract ▼ AI-Helper

Since the development of anodic aluminum oxide (AAO), extensive studies have been conducted ranging from fundamental research to the applications of AAO. Most of the research on AAO structures have focused on well-aligned nanoporous structures fabricated under specific conditions. This study investi...

Since the development of anodic aluminum oxide (AAO), extensive studies have been conducted ranging from fundamental research to the applications of AAO. Most of the research on AAO structures have focused on well-aligned nanoporous structures fabricated under specific conditions. This study investigated fabricable AAO structures with anodization performed with various temperatures, electrical potentials, and basal plane surfaces. As a result, nanoporous and nanofibrous structures were fabricated. The nanopores were formed at a relatively lower temperature and potential, and the nanofibers were formed at a relatively higher temperature and potential regardless of the basal plane surface. The shape of the base surface was found to influence the structural arrangement in nanoporous morphologies. These interesting findings relating to new morphologies have the potential to broaden the possible applications of AAO materials.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 알루미늄을 이용하여 다양한 온도 및 전압 조건에서 양극산화를 수행하며, 양극 산화 처리 중에 형성될 수 있는 기저면을 기준으로 하여 바닥면 형상이 양극산화 결과 구조에 미치는 영향을 관찰하였다. 이를 통해 양극산화 조건에 따른 구조 형성의 경향을 파악하고 각각의 특이점을 찾아 AAO의 응용분야를 넓히고, 원하는 목적에 따라 적절한 구조를 선택할 수 있는 양극 산화 조건을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 알루미늄을 이용하여 다양한 온도 및 전압 조건에서 양극산화를 수행하며, 양극 산화 처리 중에 형성될 수 있는 기저면을 기준으로 하여 바닥면 형상이 양극산화 결과 구조에 미치는 영향을 관찰하였다. 이를 통해 양극산화 조건에 따른 구조 형성의 경향을 파악하고 각각의 특이점을 찾아 AAO의 응용분야를 넓히고, 원하는 목적에 따라 적절한 구조를 선택할 수 있는 양극 산화 조건을 제시하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 온도와 전압 조건 및 바닥면 형상을 달리하여 양극산화를 수행하였다. 결과적으로 크게 나노포어 구조와 나노파이버 구조를 갖는 양극산화 알루미늄이 형성되는 것을 확인하였다.
3M 옥살산 용액으로 정렬된 나노포어 구조를 형성할 때, 온도는 15℃, 전압은 40V로 유지시킨다. 이 조건을 기준으로 온도와 전압을 배수로 증가시켜 실험을 진행하였으며 그때 형성된 양극산화 알루미늄의 구조를 관찰하였다. 따라서 추가로 확대된 온도 조건은 30℃, 45℃, 60℃, 전압 조건은 80V 이다.

대상 데이터

시편 제작은 바닥면 형상을 형성하는 단계와 다양한 온도 및 전압 조건에서 양극산화를 수행하는 단계 두가지로 나뉘었다. 모든 실험에 고순도 알루미늄 (99.999%, Goodfellow)을 이용하였으며, Masuda가 개발한 양극산화 방법 중에 옥살산 용액을 사용하여 정렬된 나노포어 구조를 형성시키는 조건을^4,9 기준으로 하여 변화된 조건을 선정하였다.

성능/효과

결과적으로 크게 나노포어 구조와 나노파이버 구조를 갖는 양극산화 알루미늄이 형성되는 것을 확인하였다. 구조 형성 시 온도 및 전압이 복합적으로 영향을 미치나, 비교적 낮은 온도조건에서는 나노포어 구조가 형성되었으며 높은 온도조건에서는 나노파이버 구조가 형성되었다. 또한 나노포어 구조 형성 시에는 바닥면 형상이 최종 구조에 반영되어 영향을 미쳤으나 나노파이버 구조 형성 시에는 바닥면 형상에 구애받지 않고 최종 구조가 형성되는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 온도와 전압 조건 및 바닥면 형상을 달리하여 양극산화를 수행하였다. 결과적으로 크게 나노포어 구조와 나노파이버 구조를 갖는 양극산화 알루미늄이 형성되는 것을 확인하였다. 구조 형성 시 온도 및 전압이 복합적으로 영향을 미치나, 비교적 낮은 온도조건에서는 나노포어 구조가 형성되었으며 높은 온도조건에서는 나노파이버 구조가 형성되었다.
구조 형성 시 온도 및 전압이 복합적으로 영향을 미치나, 비교적 낮은 온도조건에서는 나노포어 구조가 형성되었으며 높은 온도조건에서는 나노파이버 구조가 형성되었다. 또한 나노포어 구조 형성 시에는 바닥면 형상이 최종 구조에 반영되어 영향을 미쳤으나 나노파이버 구조 형성 시에는 바닥면 형상에 구애받지 않고 최종 구조가 형성되는 것을 알 수 있었다. 또한 양극산화 반응을 가속시키는데 있어서 온도보다 전압의 변화가 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.
또한 나노포어 구조 형성 시에는 바닥면 형상이 최종 구조에 반영되어 영향을 미쳤으나 나노파이버 구조 형성 시에는 바닥면 형상에 구애받지 않고 최종 구조가 형성되는 것을 알 수 있었다. 또한 양극산화 반응을 가속시키는데 있어서 온도보다 전압의 변화가 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 이와 같은 연구 결과는 양극산화 알루미늄의 응용 범위를 넓히며, 양극산화 알루미늄의 구조 형성 및 선택에 있어서 기준을 제시하는 기초 연구가 될 것이다.

후속연구

또한 양극산화 반응을 가속시키는데 있어서 온도보다 전압의 변화가 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 이와 같은 연구 결과는 양극산화 알루미늄의 응용 범위를 넓히며, 양극산화 알루미늄의 구조 형성 및 선택에 있어서 기준을 제시하는 기초 연구가 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	나노포어 구조가 가지는 이점은 무엇인가?	이는 양극산화의 결과로 나타나는 구조가 특별하기 때문인데, 양극산화 조건에 따라 필름 형태의 산화막이나 나노단위의 포어를 갖는 구조를 제작할 수 있다.1-3 나노포어 구조의 경우 포어의 지름 및 포어 간 거리, 산화층 두께 등을 다양 하게 조절할 수 있으며 정렬도 높은 포어 배열을 얻을 수 있다.4,5 이러한 AAO는 CNT와 같은 나노 단위의 물질들을 합성6,7하거나 복제8하는 템플릿으로 이용하거나 금속의 증착 등을 위한 마스크,9,10 광학 센서,11 표면의 젖음성 개질12 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
	정렬된 나노포어 구조를 얻기 위한 양극산화 기법은 어떤 순서를 따르는가?	이는 알루미늄이 산화되어 알루미나로 변화하면서 증가하는 부피에 의해 스트레스가 발생하는데, 양극산화가 진행되면서 스트레스를 최소화 하기 위해 육방밀집구조로 자가정렬하기 때문이다. 따라서 규칙적인 배열을 가진 나노포어 구조를 형성시키기 위해서는 1차 양극산화 표면을 녹여내고 2차 양극산화를 진행해야 한다.
	AAO는 어떤 분야에서 사용되고 있는가?	1-3 나노포어 구조의 경우 포어의 지름 및 포어 간 거리, 산화층 두께 등을 다양 하게 조절할 수 있으며 정렬도 높은 포어 배열을 얻을 수 있다.4,5 이러한 AAO는 CNT와 같은 나노 단위의 물질들을 합성6,7하거나 복제8하는 템플릿으로 이용하거나 금속의 증착 등을 위한 마스크,9,10 광학 센서,11 표면의 젖음성 개질12 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

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