In alluminio, come viaggia lelettricità attraverso lo strato di ossido superficiale?

Credo che @Maxim Umansky abbia ragione nel suo commento: il potenziale di rottura dello strato di ossido di alluminio è di pochi volt (vedi, ad esempio, Fig.8 in http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.877.5366&rep=rep1&type=pdf (J. Electrochem. Soc., Solid-State science and technology, ottobre 1976, p. 1479). Per uno spessore di strato di circa 4 nm otteniamo una tensione di rottura di pochi volt.

Lossido nativo che riveste lalluminio è leggermente poroso e i pori tendono a trattenere piccole quantità di umidità al loro interno, rendendoli elettrochimicamente attivi e leggermente conduttivi.(Infatti, affinché lo strato di ossido di alluminio cresca di spessore in ambienti caldi, è necessario che entrambi gli atomi di alluminio siano in grado di diffondersi attraverso lossido esistente per raggiungere lossigeno nellatmosfera e gli atomi di ossigeno siano in grado di diffondersi verso il basso attraverso lossido per raggiungere lalluminio non reagito sotto lossido.)

Per rendere priva di pori una superficie di alluminio ossidato, il pezzo di alluminio deve essere cotto in un forno con unatmosfera di ossigeno, per chiudere quei pori.

In assenza di porosità nellossido, il meccanismo di conduzione è l emissione di Frenkel-Poole , dove una fluttuazione termica casuale promuoverà occasionalmente un elettrone legato nella banda di conduzione, dove può quindi spostarsi sotto linfluenza di un campo esterno.

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• Supponiamo che abbia raschiato via lo strato di ossido superficiale sulloggetto di alluminio in modo completamente asciutto aria. Dopo che si forma un nuovo strato di ossido, attacco un filo conduttivo. Poiché non è presente umidità nellossido, misurerei una resistenza molto alta (mega / gigaohms)?
• lossido si forma velocemente … Questo tipo di esperimento deve essere fatto in bicchieri pieni di soluzioni chimiche , ed elettrodi collegati ad alimentatori e quantaltro. ‘ è molto difficile ottenere risultati utili in aria.
• @Thorondor, cerca larticolo di Wikipedia su ” anodizzazione “. Ci sono alcune affermazioni sulle differenze nella qualità dello strato di ossido tra lalluminio normale e lalluminio trattato
• non lho mai provato, quindi non ‘ lo so, ma ricorda, tu devono cuocere i pori in qualsiasi pellicola anodizzata per ottenere una copertura del 100% dellossido.
• @Thorondor E la carta Instabilità elettrica di film di ossido di alluminio composito come fonte per questa risposta? ” Dopo un po di tempo a circuito aperto, una pellicola che aveva supportato diverse centinaia di volt non sosterrà improvvisamente più di 10-20 V […] È dimostrato che risulta dalla diffusione dellacqua nei vuoti interni allinterno dello strato di ossido barriera. I vuoti si riempiono di ossido anodico durante la riforma. ”

La risposta ingegneristica è che la corrente non passa affatto bene attraverso lo strato di ossido, e se vuoi stabilire un buon contatto con un oggetto in alluminio devi stare molto attento a come lo fai.

Se si preme semplicemente un filo di rame (ad esempio) contro uno di alluminio, si otterrà un contatto ad altissima resistenza. Probabilmente non 4 gigohm, ma forse dellordine di centinaia o migliaia di ohm, quindi potrebbe essere qualcosa alle risposte precedenti che suggeriscono che lo strato di ossido è abbastanza fragile da staccarsi e consentire un certo contatto.

Ma, per esempio, puoi levigare lossido con carta vetrata e poi fare un collegare (o saldare o saldare) laltro oggetto allalluminio prima che lossido abbia il tempo di riformarsi.

Per geometrie sufficientemente piccole (come i fili di collegamento usati per collegare i chip dei circuiti integrati heir lead-frame) è possibile saldare a pressione lalluminio direttamente su altri materiali come loro o largento. Questo tende a deformare sostanzialmente il filo di alluminio, che deve diffondere lossido abbastanza da evitare che interferisca con il contatto.

Oppure si può usare un “rivestimento” chimico o un trattamento superficiale sullalluminio per trattenere lossido. dalla formazione. Uno di questi trattamenti prende diversi nomi come “Alodine”, “conversione cromata” o “film chimico”. (Nota: il trattamento tradizionale con Alodine non è utilizzabile per i prodotti da vendere in Europa a causa della direttiva RoHS, ma sono disponibili trattamenti chimici più recenti che sono accettabili ai sensi della RoHS)

Oppure è possibile utilizzare un flusso molto aggressivo per sostituire lossido durante la saldatura. Ma questo flusso deve essere pulito molto accuratamente per evitare la corrosione continua delle tue parti.

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• Questa risposta contiene un po di informazioni interessanti, ma ‘ sono scettico riguardo allidea che ” corrente ‘ t passa attraverso lossido strato molto bene. ” Se collego le due sonde di un ohmmetro standard a un foglio di alluminio, non ‘ t misurare centinaia o migliaia di ohm; Fondamentalmente non misuro alcuna resistenza.
• ” deforma sostanzialmente il filo di alluminio, che deve diffondere lossido abbastanza da evitare che interferisca con il contatto. ” – Quello. Quando usi il filo AL, ‘ è una specifica di coppia e una pasta anticorrosione che devi usare. In passato era molto più soggetto a creep, ma ‘ è molto meglio ora. Se lhai serrato correttamente, ‘ è ben oltre quel minuscolo livello.
• Penso che il ” rivestimento ” più popolare sia per lalluminio CCA
• @DmitryGrigoryev, che ‘ è comune in alcune applicazioni, ma del tutto sconosciuto in altre.

La mia ipotesi è che lo strato di ossido di alluminio sulla superficie di un pezzo di alluminio sia così sottile e malleabile che quando un rame (diciamo) il conduttore viene premuto contro di esso, lossido di alluminio viene facilmente spinto da parte in modo che venga stabilito il contatto elettrico. Credo che il tunneling QM non possa spiegare i grandi flussi di corrente come quelli che osserviamo in questi casi.

Correzione : mentre lo strato di allumina è davvero molto sottile (a causa dellelevata reattività allossigeno dellalluminio combinata con la capacità dellossido di alluminio di impedire unulteriore ossidazione della superficie dellalluminio, motivo per cui lalluminio può rimanere lucido), non è malleabile come rispetto allalluminio. Si lega molto strettamente ed è duro. Come dice il riferimento nel mio commento, la resistenza dello strato di allumina è bassa proprio a causa della sua sottigliezza.

Ho saldato con successo un filo multistrand di rame direttamente a uno chassis di alluminio semplicemente graffiando la superficie di alluminio con un spazzola di filo di acciaio ripetutamente mentre si applica la saldatura (60/40 piombo / stagno intorno al flusso di colofonia) e il saldatore (tipo a pistola), quindi saldare nel filo. Il giunto risultante sembrava buono e conduceva elettricità senza una resistenza misurabile.

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• Isn ‘ t il strato di ossido fortemente legato allalluminio? Se fosse davvero così facile spingere da parte lo strato di ossido, mi aspetterei di vedere minuscoli pezzi di pellicola di ossido di alluminio cadere ogni volta che scuoto un oggetto di alluminio o lo sbatto contro qualcosa.
• @Thorondor, You ha detto che lo strato di ossido ha uno spessore di circa quattro nanometri. Questo ‘ è inferiore a 1/100 delle lunghezze donda visibili più corte della luce. Anche se si è staccato a fiocchi, non ‘ li vedrai.
• in linea di principio, a seconda dei substrati, puoi vedere la differenza tra avere pellicole atomicamente sottili e nessuna di esse …. (ad es. cambiamento del contrasto di colore viola con grafene su wafer SiO2)
• ” viene premuto ” – eh, più simile a serrato con una chiave a brugola così tanto che ‘ è praticamente al suo interno, ma +1 comunque .
• Ho visto fili di alluminio usati nei cavi elettrici domestici. In questo caso, sì, i fili di alluminio sono stati premuti contro i fili di rame utilizzando piccole staffe di rame. Riferimento: en.wikipedia.org/wiki/Al Aluminum_building_wiring . La sezione ” Ossidazione dellalluminio ” spiega che lo strato di allumina è così sottile che la sua resistenza è piccola (lo strato di ossido si lega molto saldamente, quindi non può sfaldarsi). Ovviamente lallumina sfusa è un buon isolante, simile alla ceramica. Vedi anche la sezione ” Unione di fili di alluminio e rame “, che menziona la corrosione galvanica.

Quando lossido di alluminio si forma naturalmente, inevitabilmente conterrà difetti come particelle di polvere, contaminazione metallica, umidità intrappolata ecc. Inoltre, la pressione applicata al il collegamento meccanico è sufficiente per rompere lo strato di ossido. Di conseguenza, se larea di contatto è sufficientemente grande, lo spessore effettivo dello strato di ossido sarà molto inferiore ai 4 nm previsti, essenzialmente sarà zero. Di conseguenza, non ci sarà alcuna tensione di rottura misurabile in condizioni tipiche e quando si collegano i fili a un oggetto di alluminio, questo agisce semplicemente come un conduttore.

A proposito, lo strato di ossido non è una caratteristica unica di alluminio. Ciò che è notevole è la velocità con cui si ossida (prevenendo la saldatura nella maggior parte dei casi) e quanto è grave la corrosione galvanica quando è collegata a un metallo diverso come il rame (che ha causato molti incendi domestici nel corso della giornata). Ma essenzialmente, quando si collegano due fili di rame, si applica lo stesso ragionamento sugli strati di ossido.

La resistenza dellossido di alluminio è 1×10 ^ 14 / cm ohm. Ha una buona conduttività termica e può ridurre la resistenza agli shock termici. Lallumina è molto utile in quanto è disponibile in una varietà di gamme di purezza dal 94% al 99,9%. Di solito è bianca, ma a volte è rosa (88% allumina) e marrone (96% di allumina). La composizione dellossido di alluminio può essere facilmente modificata per migliorare alcune caratteristiche desiderabili del materiale come la durezza o il colore. Lossido di alluminio è un materiale elettricamente isolante con elevata resistività che aumenta con la purezza.

Sebbene sia un buon isolante, non è un isolante puro, quindi la corrente lo farà viaggiare attraverso di essa.