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3.3 Nanopillarherstellung in nanoporösen Aluminiumoxid-Membranen 19
Während der Oxidbildung binden O 2- - Ionen an die Al-Atome aus dem Bulkmaterial.
Da die Dichte von nanoporösem Aluminiumoxid niedriger ist als die von Aluminium [55] ,
kommt es zu einer Volumenexpansion. Die einzig mögliche Ausdehnungsrichtung für das
expandierende Oxid ist dann die vertikale Richtung. Aus diesem Grund werden bereits
bestehende Porenwände weiter nach oben verschoben, und die charakteristische Kanalstruktur
formiert sich.
Die Entstehung hexagonaler Porenstrukturen durch Selbstorganisation kann dadurch erklärt
werden, dass für ideal angeordnete Poren das Verhältnis zwischen Porendurchmesser
dP und dem Abstand zweier Porenmittelpunkte dint konstant ist [55] :
P = π
2 √ 3
d2 P
d2 int
(3.1)
dint ergibt sich aus der Summe von Porendurchmesser dP und dem Porenabstand xp, wie
in Abb. 3.11 schematisch dargestellt ist.
Abbildung 3.11: Schematische Darstellung der hexagonalen Porenstruktur in Al2O3
dint: Abstand zweier Porenmittelpunkte, dp: Porendurchmesser,
xp: Porenabstand
Aus dieser Relation folgt dann die Porosität P , die unabhängig vom pH-Wert der verwendeten
Säure ist. Die optimale Porosität, bei der es zu selbstorganisierter Porenentstehung
kommt, liegt nach Studien von Gösele et al. bei 10 % [55] . dint hängt dabei proportional
von der Anodisierungsspannung U ab:
dint = kU (3.2)