陽極氧化鋁圖靈斑圖生長機制的動力學(xué)模擬.pdf

1、鋁在酸性電解液中陽極氧化可在表面形成具有圖靈斑圖形貌的多孔氧化鋁，而以多孔氧化鋁為模板合成納米線、納米管等材料成為近年來研究的熱點。目前對陽極氧化鋁的形成機理的研究，主要是對其形成過程的機理模型，而對其圖靈斑圖自組織過程的動力學(xué)模型的研究尚不多見。
　　 本文在分析鋁陽極氧化過程的反應(yīng)機理的基礎(chǔ)下，對其圖靈斑圖生長機制進行了動力學(xué)模擬的研究。
　　 通過對陽極氧化過程中的反應(yīng)物種和反應(yīng)體系的分析，揭示了鋁陽極氧化反應(yīng)的本

2、質(zhì)。從主要反應(yīng)式中得到一個反應(yīng)擴散方程組形式的，描述其自組織過程動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型。通過線性穩(wěn)定性分析，得出了反應(yīng)擴散方程的色散關(guān)系式，根據(jù)圖靈分岔和霍普夫分岔的判據(jù)，得出了模型的圖靈空間和霍普夫空間。通過弱非線性分析，得出了模型的振幅方程，求解出的振幅方程有三個等標(biāo)量值的振幅，可繪制出規(guī)則六邊形斑圖結(jié)構(gòu)。數(shù)值模擬結(jié)果也驗證了該數(shù)學(xué)模型可以很好的模擬出陽極氧化鋁規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)，并且可以成功的演化出其自組織的動力學(xué)過程，揭示了鋁陽極氧化自組

3、織過程的數(shù)學(xué)本質(zhì)。
　　 基于電化學(xué)理論和電解質(zhì)溶液中的吸附理論，建立了包含電解液濃度、氧化電壓和溫度在內(nèi)的實驗參數(shù)動力學(xué)模型。通過引入圖靈斑圖波長和孔洞數(shù)目的計算，研究了影響孔徑和孔密度的關(guān)鍵因素，包括電解液種類、電解液濃度、氧化電壓、溫度和氧化時間。
　　 結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果，分析得出了如下結(jié)論：不同的電解液有不同的氧化電壓范圍?？讖诫S著電解液濃度的增大而減小，且基本滿足負(fù)對數(shù)關(guān)系。孔徑隨著氧化電壓的增大而增大，基本滿