陽(yáng)極氧化鋁圖靈斑圖生長(zhǎng)機(jī)制的動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、鋁在酸性電解液中陽(yáng)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(lái)研究的熱點(diǎn)。目前對(duì)陽(yáng)極氧化鋁的形成機(jī)理的研究，主要是對(duì)其形成過(guò)程的機(jī)理模型，而對(duì)其圖靈斑圖自組織過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型的研究尚不多見(jiàn)。
　　 本文在分析鋁陽(yáng)極氧化過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)下，對(duì)其圖靈斑圖生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模擬的研究。
　　 通過(guò)對(duì)陽(yáng)極氧化過(guò)程中的反應(yīng)物種和反應(yīng)體系的分析，揭示了鋁陽(yáng)極氧化反應(yīng)的本

2、質(zhì)。從主要反應(yīng)式中得到一個(gè)反應(yīng)擴(kuò)散方程組形式的，描述其自組織過(guò)程動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)線性穩(wěn)定性分析，得出了反應(yīng)擴(kuò)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(guò)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(gè)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(yàn)證了該數(shù)學(xué)模型可以很好的模擬出陽(yáng)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(dòng)力學(xué)過(guò)程，揭示了鋁陽(yáng)極氧化自組

3、織過(guò)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(shí)驗(yàn)參數(shù)動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)引入圖靈斑圖波長(zhǎng)和孔洞數(shù)目的計(jì)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(shí)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(duì)數(shù)關(guān)系。孔徑隨著氧化電壓的增大而增大，基本滿