Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2025(16))

Введение Анодные оксиды ниобия различной морфологии (регулярно пористые, барьерные, микроконусные) имеют широкий спектр как реализованных, так и потенциальных применений [1-9]. В частности, наноструктурированные анодные Nb2O5 применяются в качестве катализаторов и фотокатализаторов [1]. Интенсивно развивается использование оксидов ниобия в качестве электродных материалов для суперконденсаторов и литий-ионных аккумуляторов из-за хорошей химической стабильности и уникальной кристаллической структуры y-Nb 2 O 5 [3-7]. Перспективны биомедицинские покрытия на основе пористого Nb2O5, имеющие коррозионную стойкость в 100 раз больше, чем у TiO2, и оптимальный модуль упругости, близкий к костной ткани [8, 9]. Представляет интерес разработка новых методик формирования нано- и микроструктурированных анодных оксидных пленок (АОП) на Nb, что создаст возможности для дальнейшего расширения спектра их применения. В статье представлены результаты изучения АОП, синтезированных с применением методики комбинированного анодирования компактного Nb, ранее использованной для получения толстых квазибарьерных АОП на алюминии [10]. Комбинированное анодирование компактного ниобия предусматривает формирование на поверхности металла нанопористой анодной оксидной пленки (ПАОП) и последующее реанодирование ПАОП в барьерообразующем электролите. Можно предположить, что такая методика в зависимости от условий процесса позволит получить как рентгеноаморфные АОП с отличными диэлектрическими свойствами и высокой удельной поверхностью, так и кристаллические микро- и наноструктурированные Nb2O5. Целью данной работы являлось изучение особенностей роста, структуры и электрофизических свойств анодных оксидов ниобия, синтезированных комбинированным анодированием. Результаты Объектами исследования являлись оксидные пленки, полученные анодированием предварительно отожженной ниобиевой фольги (98,88 % Nb). До анодирования проводилась химическая очистка образцов в ультразвуковой ванне. Она состояла из нескольких этапов (выдержка по времени 10 мин для каждого этапа): ацетон ^ дистиллированная в о д а ^ этиловый спирт ^ дистиллированная вода. Было получено несколько серий образцов: пористые анодные оксидные пленки (ПАОП) — серия 1, барьерные (БАОП) — серии 2, 3, а также комбинированные (КАОП) — серии 3, 4. В последнем случае на 1-й стадии формировалась самоорганизованная пористая АОП, а на 2-й — осуществлялось ее реанодирование в барьерообразующем электролите. Для формирования ПАОП использовалось анодирование Nb в водном растворе 10 % H2SO4 + 1 % HF ( U = 20 В, ta = 60 мин) в соответствии с условиями, предложенными в работе [11]. Синтез АОП барьерного типа и реанодирование ПАОП проводились в двух электролитах: водном растворе 0,06 % H 3 PO 4 (далее фосфорнокислый электролит — ФКЭ, удельное сопротивление рэ = 4-102 Ом/см), традиционно применяемом для получения классических барьерных оксидов на Nb [12; 13]), и так называемом высоковольтном электролите 4 г/л H 3 BO 3 (ВВЭ с удельным сопротивлением рэ = 3,8-104 Ом/см), ранее использованном для формирования АОП барьерного типа на Al до Ua = 120- 1500 В [10]. Поскольку ВВЭ имеет на 2 порядка большее значение р э, то можно предположить, что напряжение искрения Uuexp в ВВЭ будет выше, чем в ФКЭ, а значит, формируя БАОП в ВВЭ, можно заметно повысить значение Ua. Формирование барьерных АОП в ФКЭ выполнялось при плотности тока ja = 1 мА/см2 до различных значений напряжения в диапазоне от 80 до 300 В. Анодирование Nb в ВВЭ проводилось впервые. Использовались значения напряжения Ua от 100 до 500 В и ja = 2 мА/см2. В процессе роста АОП с помощью электронного самописца Эрбий -7115, сопряженного с компьютером, регистрировались зависимости напряжения и плотности тока от времени Ua ( t ) и ja(t ) . Изучение морфологии поверхности выполнялось методами атомно -силовой микроскопии (АСМ) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Вид зарегистрированных зависимостей ja(t) типичен для роста регулярно пористых АОП [11], когда после начальной стадии резкого спада тока до ja ~ 0,6 мА/cм2 наблюдается рост тока до значения, равного ja ~ 0,8-0,9 м А ^м 2, с последующим постепенным уменьшением до j a m ~ 0,7 м А ^м 2. После Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 23-29. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 23-29. 24 © Яковлева Н. М., Горбачева А. А., Степанова К. В., Чупахина Е. А., Кокатев А. Н., Шульга А. М., 2025