Por:
F. Escolano Ruiz
|
Fecha:
2020
Abstract:
Anodic porous alumina (AAO) are used in nanoscience and nanotechnology. The heat treatments during fabrication, characterization, or device performance, can change their thermal properties. It was found that the thermal conductivity of AAO is highly dependent on the temperature at which the sample was exposed. Different AAO templates produced in the most common electrolytes: sulfuric, oxalic, and phosphoric acids. They were heated from RT up to 1100 °C and were analyzed at RT using 3ω-Scanning Thermal Microscopy (3ω-SThM). It was concluded that at low temperatures of heat treatment, below 100 °C, the AAOs lose water, which explains the reduction of their thermal conductivity. The minimum value of thermal conductivity was found for AAO samples prepared in sulfuric acid and heated at 100 °C (0.78 ± 0.19 W m−1 K−1), which corresponds to a 50% reduction from the original value. It has also been found that for AAO annealed above 950 °C, the variations in the thermal conductivity are mainly related to phase transitions from amorphous to crystalline alumina and gas evolution of CO2, or SO2 and SO, depending on the electrolyte used during the anodization. The thermal conductivity values of the AAO can reach values as high as 4.82 ± 0.36 W m−1 K−1 for AAO samples prepared in oxalic acid and heated up to 1300 °C. The understanding of the changes in their thermal conductivity can explain the different values found in the literature for AAOs.
Resumen:
Aluminas anódicas porosas (AAO) son usadas en nanociencia y nanotecnología. Los tratamientos de calor durante la fabricación, caracterización o desarrollo de dispositivos, pueden cambiar sus propiedades térmicas. Se ha encontrado que la conductividad térmica de las AAO es altamente dependiente de la temperatura a la cual la muestra ha sido expuesta. Diferentes plantillas de AAO fueron producidas en los electrolitos más comunes: ácidos sulfúrico, oxálico y fosfórico y calentadas desde temperatura ambiente hasta 1100 °C; fueron analizadas a temperatura ambiente usando la técnica 3ω-Microscopía Térmica de Barrido (3ω-SThM). Se concluye que, en tratamientos a baja temperatura, por debajo de 100 ºC, las AAO pierden agua, y esto explica la reducción de la conductividad térmica. El valor mínimo de conductividad térmica encontrado es para las muestras de AAO preparadas en ácido súlfurico y calentadas a 100 ºC (0.78 ± 0.19 W m−1 K−1), el cual corresponde a una reducción del 50% del valor original. También se ha encontrado para AAO calentadas sobre 950 ºC, variaciones en la conductividad térmica que son principalmente relacionadas con transiciones de fase desde amorfo hasta alumina cristalina y evolución de los gases CO2, SO2 y SO, dependiendo del electrolito usado durante la anodización. Los valores de conductividad térmica de AAOs pueden ser tan altos como 4.82 ± 0.36 W m−1 K−1 para muestras preparadas en ácido oxálico y calentadas hasta 1300 °C. El entendimiento de los cambios en conductividad puede explicar porque en la literatura se encuentran diferentes valores para la conductividad térmica de las AAOs.
