양극산화법을 이용한 알루미늄 나노 템플레이트 제작

목차

1.실험목적

2.이론적배경

3.실험과정

4.실험결과

5.고찰

본문내용

이다. 즉, 우리가 실험한 알루미늄 시편의 단면적이 10이므로 밀도는 = 가 된다.
마찬가지로 아래 30V를 걸었을 때의 사진을 보면 = 81nm, = 56.4nm이다.
기공도는 = = 이다.
밀도는 = 이다.
40V일 때는 = 100nm, = 62.7nm이다.
기공도는 = = 이다.
밀도는 = 이다.
50V일 때는 = 141.6nm, = 75.6nm이다.
기공도는 = = 이다.
밀도는 = 이다.
밀도-전압, 기공도-전압에 관련하여 그래프를 그려보면 다음과 같다.
전압이 커지면 저항이 일정하기 때문에 전류는 작아지게 된다. 이는 아래의 정전압 모드를 설명하면서 다시 거론하겠다. 큰 전압은 활성층의 붕괴를 촉진시키지만 전류가 작기 때문에 작은 수의 pore를 가진 피막이 성장하게 된다. 또한 pore의 크기는 커지게 된다. 따라서 밀도-전압 graph를 보게 되면 전압이 커질수록 밀도는 작아지는 반비례 관계를 볼 수 있다.
기공도는 단위 cell과 그 cell에 있는 pore의 크기와의 비율을 %로 나타낸 것을 말한다. 이는 밀도와 거의 비슷한 개념이다. 아래 graph를 보게 되면 전압이 증가함에 따라 기공도는 감소하는 것을 볼 수 있다.
constant Voltage
Current Density
정전압을 유지하기 위하여 DC Power Supply에 전압을 설정하여 주고 전류와 전압을 인가하였다. 정전압이란 Power Supply에 전압을 설정하여 그 전압을 그래도 계속 유지하도록 하는 것이다. 저항도 일정한 값을 유지하기 때문에 Power Supply를 작동시키게 되면 전압은 서서히 오르게 되고 전압이 설정값까지 오르게 되면 시간을 체크하여 실험에 임하게 된다. 일정한 저항을 설정하였기 때문에 옴의 법칙에 의해 전류는 점점 감소하다가 전류 역시 일정한 값을 유지하게 된다. 아래의 graph는 전압을 40V로 흘려주었을 때의 양극산화 전압-전류의 거동이다.
, 는 한 곳만이 아닌 여러 곳을 지정하여 계산 후 평균값을 내야 더욱 정확한 값을 알아낼 수 있다. 하지만 아주 큰 오차는 발생하지 않을 것이라는 가정 하에 한 곳만을 선택하여 기공도를 생각해 보았다. 그래프를 살펴보면 전압과 기공도는 반비례 관계를 보여주고 있다. 흘려주는 전류와 시간을 모든 시편에 같이 적용하였기 때문에 양극산화시 전압을 올려주게 되면 피막의 양이 많아지고 빨리 산화되므로 피막이 뭉치게 된다. 전압에 따른 각각의 템플레이트 사진을 보면 알 수 있듯이 전압이 올라감에 따라 기공이 넓어지고, 기공간의 거리가 길어지는 것을 확인할 수 있다. 사진에서 볼 수 없지만 기공의 높이(다공질층) 또한 길어졌을 것이다. 이는 전압이 높아지게 되면 산화되는 양이 많아지게 때문이다.
양극산화를 하게 되면 알루미늄 시편에 보라색으로 보이는 물질이 생기는데 이것이 산화피막이다. 점점 높은 전압을 흘려주게 되면 시편의 색은 더욱 선명해지는 것을 볼 수 있을 것이다. 이것은 산화피막이 두꺼워졌다는 이야기가 된다. 다시 말하면 전압이 올라갈수록 산화피막의 양이 증가하게 된다. 색이 점점 짙어짐으로써 산화피막의 양이 증가하게 된다는 것이 증명이 되는 셈이다.
사진을 살펴보면 전압이 올라가면서 나노템플레이트의 pore가 점점 더 일정하고, 규칙적인 모습을 찾아가는 것을 볼 수 있다. 30V일 때의 사진을 살펴보면 몇 개의 포어가 막혀있는 모습을 볼 수 있는데 실험중 실수로 알루미늄 시편을 만지게 되어 불순물이 들어간 것 같다. 템플레이트를 이용함에 있어서 pore의 크기는 중요하다. pore의 크기가 큰 템플레이트는 pore가 상당히 균일한 배열을 하고 있기 때문에 사용하기에 큰 문제가 되지 않겠다. 하지만 아주 작은 pore가 필요할 때는 20V를 인가한 사진을 보면 알 수 있듯이 pore의 크기와 배열 모두 불규칙적인 모습을 하고 있어 사용함에 큰 불편함이 따를 것이다. 우리는 실험과정 중에 기공의 규칙적인 배열을 갖고 있게 하기 위하여 2차 양극산화를 하였다. 양극산화는 기존의 활성층을 붕괴하고 새로운 활성층을 생성하기 때문에 2차 피막용해 후 한 번 더 양극산화를 하여 3차의 과정을 거치게 되면 조금 더 규칙적이고 균일한 템플레이트를 제작할 수 있을 것이다.
5. 참고문헌
○ 표면 처리 공학 / 김희재 저 / 도서출판 봉오
○ 표면공학 / 이홍로 저 / 형설출판사
○ http://www.pavonine.net/tech_b_7.htm
6. 창의설계
□ 알루미늄 나노템플레이트의 응용방안
- 나노템플레이트의 기공 안에 특정한 물질 저장 용도로 사용할 수 있다. 최근 대체연료로 가장 주목받고 있는 수소는 장점이 아주 많지만, 위험성을 생각할 때 아주 치명적인 단점을 지니고 있다. 나노템플레이트를 이용하게 되면 많은 양의 수소를 저장할 수 있을 것이다. 템플레이트의 산화막은 부동태막으로써 내부식성을 가지고 있기 때문에 수소를 안전하게 저장할 수 있다. 이로써 수소의 위험성이 한결 낮아질 수 있다. 특히 부식이 심한 환경의 경우 크롬산법을 이용하면 크롬의 훌륭한 내부식성 때문에 부식의 위험성으로부터 안전할 수 있게 된다. 또한 피막은 순수한 알루미늄 보다 강한 경도를 가지고 있기 때문에 외부충격에도 어느 정도 보호될 수 있다.
- 나노템플레이트는 특유의 아름다운 색을 지니고 있기 때문에 알루미늄을 이용하는 장식재에도 이용할 될 수 있을 것이다. 양극산화를 이용하여 알루미늄에 피막을 성장시킨 후 표면을 연마하게 되면 더욱 더 돋보이는 색을 지닐 수 있다.특히 다수의 기공에 장식에 필요한 색의 물질을 침투시켜 산화물 특유의 색 뿐만 아니라 더욱 더 특이하고 신비로운 색을 만들어 낼 수 있을 것이다. 이로써 창틀 같은 알루미늄 섀시, 가볍고 튼튼하고 잘 녹슬지 않아야하는 낚싯대의 손잡이, 전도도 또한 좋기 때문에 전기회로 같은 곳에 응용할 수 있을 것이다. 또한 앞에서 말한 바와 같이 피막이 부식에 강한 성질을 갖고 있기 때문에 부식 환경에서도 강한 면모를 보일 수 있을 것이고, 순수 알루미늄을 사용하는 것보다 외부충격에도 강하다. 산화물은 모재와 강한 결합력을 갖고 있어서 쉽게 박리되지 않는다는 특징도 가질 수 있다.

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양극산화,   알루미늄,   Al,   나노템플레이트