ИСТИНА

Алюминий является наиболее широко используемым цветным металлом в мире. Декорирование поверхности алюминиевых сплавов фотонно-кристаллическими покрытиями на основе анодного оксида алюминия – это новый высокотехнологичный способ финишной обработки. Проект направлен на решение важной практической задачи – разработку электрохимической методики получения декоративных покрытий с заданной окраской в широком диапазоне оттенков на поверхности алюминиевых сплавов. Будет разработана модель, связывающая условия анодирования, формирования поглощающего слоя и процесса уплотнения оксида, с параметрами пористой структуры декоративных покрытий из анодного оксида алюминия на поверхности алюминиевых сплавов, а также их спектром отражения и окраской. Применение фотонно-кристаллических покрытий с изменяющимся цветом чрезвычайно перспективно при производстве цветных алюминиевых панелей для облицовки жилых и коммерческих зданий, при декорировании алюминиевых корпусов различных электронных устройств бытового назначения, элементов интерьера помещений и транспортных средств, при создании информационных вывесок для фасадов зданий, а также украшений и бижутерии.

Aluminium is the most widely used non-ferrous metal in the world. Decorating of aluminium alloys with photonic crystal coatings based on anodic alumina is a novel high-tech technique of surface finishing. The project is aimed at solving an important practical problem – the development of electrochemical method of preparation of decorative coatings with a desired colour on the surface of aluminium alloys. A model will be developed that relates the anodizing conditions, the parameters of the absorbing layer and the sealing process, with the parameters of the porous structure of the decorative coatings based on anodic aluminium oxide on the surface of aluminium alloys, as well as with their reflection spectrum and colour. The scope of practical application of decorated aluminium with iridescent colour is extremely diverse: coloured aluminium panels for cladding of residential and commercial buildings; surface finishing of bodies of various electronic devices for household use, interior elements of buildings and vehicles; commercial signs on the facades of buildings; various decorations and bijouterie.

Будут измерены параметры оксида алюминия, полученного путём анодирования алюминиевых сплавов (включая А5) при постоянных напряжениях в диапазоне 5 – 40 В в электролитах на основе щавелевой и серной кислот при температуре 0 – 30 °С: пористость, показатель преломления стенок пор, эффективный показатель преломления, отношение толщины плёнки к плотности заряда анодирования, коэффициент экстинкции, а так же скорость растворения стенок пор в условиях анодирования. Будут определены зависимости этих параметров от напряжения, температуры и электролита анодирования. Будут выявлены интервалы напряжений, в которых показатель преломления анодного оксида алюминия наиболее чувствителен к изменению напряжения. Будут определены энергии активации процессов химического растворения анодного оксида алюминия на боковых стенках пор и на дне поры в условиях анодирования. Будут определены интервалы напряжений анодирования, а также максимальная скорость увеличения и уменьшения напряжения (в координатах плотность заряда анодирования - напряжение), при которых сохраняется планарный фронт роста оксидной плёнки. Планарный фронт роста плёнки является необходимым условием формирования анодного оксида алюминия с модуляцией оптической плотности вдоль оси, перпендикулярной поверхности, т.е. формирования одномерного фотонного кристалла. Данные о параметрах пористой структуры анодного оксида алюминия, а также скорости растворения стенок пор в условиях анодирования будут использованы для адаптация режима анодирования с модуляцией напряжения в зависимости от длины оптического пути света в плёнке U(L), позволяющего с высокой точностью задавать положение фотонной запрещённой зоны, для случая алюминиевых сплавов. Будет разработан новый подход к формированию поглощающих или рассеивающих свет слоёв из анодного оксида алюминия. Будет определено влияние стадии уплотнения анодного оксида алюминия на его пористую структуру и оптические свойства. Будет разработана модель, связывающая условия анодирования, формирования поглощающего слоя и уплотнения оксида, с параметрами пористой структуры декоративных покрытий из анодного оксида алюминия на поверхности алюминиевых сплавов, а также его спектром отражения и окраской. Будет разработана методика анодирования, позволяющая получать покрытия с открытыми или закрытыми порами на поверхности алюминиевых сплавов, обладающие заданной интенсивной окраской и заданным положением одной или двух фотонных запрещённых зон в видимом диапазоне спектра.

Недавно при участии руководителя и членов коллектива были разработаны новые режимы анодирования: • модуляция напряжения в зависимости от плотности заряда анодирования U(Q) [1], позволяющая с высокой точностью контролировать морфологию пористой структуры оксидов вентильных металлов по толщине плёнки; • модуляция напряжения в зависимости от длины оптического пути плёнки АОА U(L) [2], позволяющая с высокой точностью задавать положение фотонной запрещённой зоны при анодировании алюминия высокой чистоты в 2 М H2SO4 при температуре 1 – 3 °С. Эти новые режимы анодирования выводят возможности метода на новый уровень и позволяют ставить перед исследователями новые задачи, решения которых ранее было практически невозможным. Использование значительно более дешёвых и широко используемых алюминиевых сплавов вместо алюминия высокой частоты, которые к тому же обладают лучшими механическими свойствами, для создания высококачественных фотонных кристаллов снизит себестоимость производства и приблизит практическое использование таких материалов. Решение задач проекта позволит предложить рынку методику производства высокотехнологичного материала, пригодного для массового применения в качестве декоративных покрытий поверхности алюминиевых изделий. [1] N.A. Sapoletova, S.E. Kushnir, K.S. Napolskii, Anodic titanium oxide photonic crystals prepared by novel cyclic anodizing with voltage versus charge modulation, Electrochem. Commun. 91 (2018) 5–9. doi:10.1016/j.elecom.2018.04.018. [2] S.E. Kushnir, T.Y. Pchelyakova, K.S. Napolskii, Anodizing with voltage versus optical path length modulation: a new tool for the preparation of photonic structures, J. Mater. Chem. C. (2018). doi:10.1039/C8TC04246B.