Simulation and experiment of substrate aluminum grain orientation dependent self-ordering in anodic porous alumina

材料科学 阳极氧化 氧化物 基质(水族馆) 多孔性 铝 电解质 晶界 金属 多孔介质 化学工程 化学物理 复合材料 冶金 微观结构 物理化学 化学 电极 工程类 地质学 海洋学
作者
Chuan Cheng,K.Y. Ng,N. R. Aluru,A.H.W. Ngan
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:113 (20) 被引量:15
标识
DOI:10.1063/1.4807295
摘要

Recent experiments have indicated a strong influence of the substrate grain orientation on the self-ordering in anodic porous alumina. Anodic porous alumina with straight pore channels grown in a stable, self-ordered manner is formed on (001) oriented Al grain, while disordered porous pattern is formed on (101) oriented Al grain with tilted pore channels growing in an unstable manner. In this work, numerical simulation of the pore growth process is carried out to understand this phenomenon. The rate-determining step of the oxide growth is assumed to be the Cabrera-Mott barrier at the oxide/electrolyte (o/e) interface, while the substrate is assumed to determine the ratio β between the ionization and oxidation reactions at the metal/oxide (m/o) interface. By numerically solving the electric field inside a growing porous alumina during anodization, the migration rates of the ions and hence the evolution of the o/e and m/o interfaces are computed. The simulated results show that pore growth is more stable when β is higher. A higher β corresponds to more Al ionized and migrating away from the m/o interface rather than being oxidized, and hence a higher retained O:Al ratio in the oxide. Experimentally measured oxygen content in the self-ordered porous alumina on (001) Al is indeed found to be about 3% higher than that in the disordered alumina on (101) Al, in agreement with the theoretical prediction. The results, therefore, suggest that ionization on (001) Al substrate is relatively easier than on (101) Al, and this leads to the more stable growth of the pore channels on (001) Al.
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