Herstellung von flexiblen und mechanisch stabilen porösen ­Aluminiumoxidschichten mittels anodischer Oxidation

Oberflächen 04. 04. 2020

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Von Joanna Komorowska, Sandra Meinhard, Anne Wengel, Christoph Kiesl, Oliver Kesten und Timo Sörgel, Hochschule Aalen, Forschungsinstitut für Innovative Oberflächen FINO, Aalen

Keramische Membranen aus anodisiertem Aluminiumoxid haben ein sehr breites Einsatzgebiet, da sie neben der Härte, die alle Keramiken kennzeichnet, viele weitere Vorteile mit sich bringen. Die Morphologie der nanoporösen Aluminium­oxidschichten kann relativ einfach durch das Anodisierverfahren gezielt eingestellt werden. Dieses ermöglicht die Herstellung von Membranen mit definierten Porengrößen und Dicken. Darüber hinaus lassen sich die Membranen chemisch modifizieren. Sie können daher neben einer definiert geometrischen auch eine definierte chemische Wechselwirkung eingehen. Ein großer Nachteil liegt jedoch in der Sprödigkeit und der fehlenden Flexibilität der Membran. Die Flexibilität ist jedoch notwendig, um die Membranen später als Separatoren in Batteriezellen einsetzen zu können. Dieser Beitrag stellt das Vorgehen zur Entwicklung einer keramischen, nanostrukturierten Aluminiumoxidmembran über den Prozess der anodischen Oxidation vor. Dabei ist es gelungen, eine vergleichsweise hohe mechanische Stabilität, Flexibilität und Bruch­beständigkeit zu erreichen.

Ceramic membranes of anodised alumina offer a wide range of applications due to their advantageous properties. Typical for all ceramic materials is their hardness. The morphology of nanoporous alumina can be also easily adjusted by customising of the anodising process. This allows the membranes to be produced with defined pore size and layer thickness. The alumina layers can easily be chemically modified, and therefore they interact both in a geometrical and chemical manner. Yet, alumina membranes generally are brittle and not flexible. For later use as a separator for battery cells, it is necessary to improve their mechanical flexibility. This work presents the approach towards the development of a ceramic, nanoporous membrane of aluminium oxide via an anodising process. It was possible to achieve a comparably high mechanical stability, flexibility and fracture resistance.

1 Einleitung

Auf der Oberfläche von reinem Aluminium bildet sich bekanntermaßen sofort nach Exposition an Luft oder Wasser eine natürliche Oxidschicht. Sie erreicht nach ei

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