Проекты

Составление технологического справочника с целью дальнейшего использования на производстве

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная химия, физическая химия» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1329
Предметы: Физика, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Наша работа заключается в исследовании процесса электрохимического анодирования алюминия и последующем составлении справочника. Из-за разных условий анодирования (электролит, напряжение, время анодирования) получаются разные по размеру наноотверстия, соответственно, и разные по свойствам (разная гидрофобность) пластинки алюминия, поэтому мы провели исследование для составления справочника, где будет показана зависимость размера отверстий от условий анодирования. Тогда люди, компании, которым нужно получить материал определённой гидрофобности, смогут посмотреть в наш справочник, и тогда они увидят, при каких условиях им нужно анодировать алюминий, чтобы получить реплику с определённым углом смачивания.

Цель

Исследование процесса электрохимического наноперфорирования поверхности алюминия.

Задачи

  1. Сделать установку для анодирования алюминия.
  2. Исследовать зависимость параметров отверстий от времени, напряжения и электролита.
  3. Исследовать морфологию получаемых поверхностей, сделать выводы.
  4. Составить параметрическую модель.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Установка для реализации электрохимических процессов, состоящая

        - из ЛАТРа
        - преобразователя тока
        - измерительного устройства
        - компьютера с установленным ПО

  • Весы электронные ГОСМЕТР ВЛ-210
  • Магнитная мешалка модели «РИТМ-01», произведённая компанией ООО «Эконикс-Эксперт»
  • Сосуд Дьюара

Описание

Сначала для анодирования алюминия использовали очень широкие параметры (30, 60, 90, 120 вольт при 1, 5, 15, 30 минут – это очень широкий разброс между параметрами, это было сделано, чтобы примерно понять условия, при которых у нас получится наибольший угол смачивания реплики). После анодирования сделали реплики и посмотрели угол смачивания, занесли в таблицы, построили графики, по этим графикам сделали вывод. Потом анодировали при более узких условиях (55, 65, 70 вольт при 1, 5, 15, 30 минут).

Описание работы:

  1. Заполнили электрохимическую ячейку электролитом – раствором 0,3 М фосфорной кислоты.
  2. Настроили продувку электрохимической ячейки азотом.
  3. Опустили электроды, закреплённые в специальном штативе, в раствор электролита (важно: электроды не должны касаться друг друга, а также пузырьки азота должны подниматься, касаясь анодной поверхности).

  1. Подключили источник питания к сети, выставили на ЛАТРе необходимое напряжение и засекли время. Важно не допустить закипания электролита во время процесса.
  2. По окончании времени процесса выставили на ЛАТРе напряжение, равное нулю, и отключили источник питания от сети.
  3. Аккуратно вытащили электроды из ячейки и обмыли дистиллированной водой.
  4. Сделали реплики анодированного алюминия при помощи утюжка.
  5. Посмотрели гидрофобность реплик и занесли в таблицу их угол смачивания.

  1. Сделали фото некоторых анодированных пластинок алюминия и измерили средний диаметр отверстий, внесли полученные данные в таблицу.
  2.  По таблицам построили графики и сделали выводы.

Вся работа была сделана непосредственно автором, кроме пункта 9: его выполнил куратор.

Результаты работы/выводы

Все выводы мы делали по графикам, которые получили сами. Анализируя графики (график зависимости угла смачивания от диаметра отверстий, график зависимости среднего диаметра отверстий от времени и график зависимости среднего диаметра отверстий от напряжения), мы поняли, что диаметр наноотверстий должен быть в районе 50–70 нанометров, тогда угол смачивания получается наибольшим. Также для получения наиболее гидрофобной реплики использование 60 вольт для анодирования алюминия маловато, а 90 слишком много (когда мы анодировали алюминий при 120 вольтах, у нас получился только один образец (120 В при 1 мин), как так когда мы анодировали дольше, то пластинка просто сгорала).

Перспективы использования результатов работы

На сегодня нам не хватает данных, сейчас у нас в таблицах и в графиках представлены только первые образцы (30, 60, 90, 120 вольт при 1, 5, 15, 30 минутах), так как мы ещё не получили фотографии электронного микроскопа (по этим фотографиям мы смотрели средний диаметр отверстий).

Но даже если мы внесём в таблицы и графики вторые образцы (55, 65, 70 вольт при 1, 5, 15, 30 минутах), то данных все равно будет не хватать. Поэтому у нашего проекта определённо должно быть продолжение, так как нами сделана только маленькая часть будущего большого справочника.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РТУ МИРЭА

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Всероссийский конкурс научно-технологических проектов «Большие вызовы» – призёр.

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

«Проект даёт уникальную возможность попробовать себя в технической сфере. Нам всё понравилось, огромное спасибо организаторам и школе за предоставление такой возможности. Мы думаем, если наш справочник будет готов, он сможет помочь людям в их исследованиях и работе. Мы верим в то, что наша работа не была сделана зря, и она сможет кому-нибудь помочь»