Научная
деятельность
Университет ИТМО

Меню

Химическое отделение

Просмотр в международном научном подразделении «Международный научно-исследовательский центр нанофотоники и метаматериалов»

Основная задача отделения состоит в разработке и создании оптических метаматериалов с применением различных химических и электрохимических методов. В настоящее время перспективным метаматериалом является массив упорядоченных протяжённых металлических стержней в диэлектрической среде. Процесс получения подобной структуры состоит из множества стадий, которое можно разделить на 2 основных этапа:

1) Создание матрицы-темплата с упорядоченной пористостью;
2) Заполнение каналов пор металлом и удаление матрицы.

Первый этап заключается в формировании пористой плёнки оксида алюминия на алюминиевом аноде при электролизе в кислой среде, например, в растворе ортофосфорной кислоты. Существенное влияние на структуру плёнки и степень упорядоченности каналов оказывает прикладываемая плотность тока, концентрация и температура электролита, время электролиза, качество исходной поверхности алюминия, а также его чистота. На втором этапе отделённая от алюминия плёнка служит «маской» для катода, на котором происходит электроосаждение металла из раствора электролита, например, из раствора сульфата никеля с различными добавками.

В химическом отделении функционирует установка по получению плёнок оксида алюминия методом электрохимического анодирования. Основным элементом конструкции является электрохимическая ячейка, представленная на фотографии. Электролит заливается в стакан из нержавеющей стали, внутренняя поверхность которого покрыта химически стойким фторполимерным лаком. Данное покрытие позволяет работать с различными кислотами в широком диапазоне температур и концентраций. Кроме того, поверхность, контактирующая с электролитом, может периодически обновляться путём сведения и наложения нового слоя лака.

Термостатирование ячейки осуществляется с помощью элемента Пельтье, расположенного у дна сосуда. Выделяющееся тепло рассеивается на радиаторе с воздушным охлаждением. Подобное исполнение позволяет гарантированно понижать температуру охлаждаемого объёма на 30° по сравнению с окружающей средой. Для создания контура обратной связи в объём электролита помещается термопара в защитном чехле. Электроды располагаются в объёме электролита вертикально, напротив друг друга. Перечисленные решения, вместе с наличием перемешивания электролита, решают задачу термостатирования как самого электролита, так и самих электродов в диапазоне от комнатной температуры до 0 °С и ниже (в зависимости от температуры забираемого вентилятором воздуха).

Источник тока для проведения электролиза позволяет пропускать через систему ток до 1 А или создавать напряжение до 200 В. Управление всеми перечисленными параметрами осуществляется с помощью ПК, что позволяет свести к минимуму степень участия исследователя в проводимом процессе, а также поддерживать заданные значения величин в течение длительного времени. Установка также позволяет проводить электрохимическую полировку поверхности алюминия перед проведением анодирования. В этом случае используется отдельная ячейка, снабжённая электронагревателем, расположенным в виде рубашки на боковой поверхности сосуда для электролита.