本研究では、テンプレートとして使用される多孔質アルミナ膜の形成、電解質溶液を用いたテンプレートへの電着、ナノワイヤーの溶液への放出など、鉄ナノワイヤーを製造するプロトコルについて述べる。
磁気ナノワイヤーは、基礎物理学、生物医学、データストレージなど、さまざまな研究分野の関心を集めているユニークな特性を有しています。電化学的堆積による鉄(Fe)ナノワイヤーの製造方法を、アノディックアルミナ酸化物(AAO)テンプレートに示す。テンプレートはアルミニウム(Al)ディスクの陽極酸化によって製造され、細孔の長さおよび直径は陽極酸化条件を変えることによって制御される。平均直径約120nmの細孔は、電解質としてシュウ酸を用いて作成される。この方法を用いて、円筒ナノワイヤーを合成し、選択的化学エキチャントを用いてアルミナを溶解することによって放出される。
円筒形磁気ナノワイヤーは、様々な有望なアプリケーションのために、過去10年間に非常に多くの関心を集めています。ナノワイヤーは、主に高いアスペクト比と形状の異効率1に起因するユニークな特性を有する新しい材料です。これらの特性のために、ナノワイヤーは、多くの実用的なアプリケーションのためのユニークなシステムと優れたモデルオブジェクトと考えられています:フローセンサ2、磁気分離3、バイオインスピレーション触覚センサ4、エネルギーハーベスティング5、癌治療2、6、薬物送達7、8、およびMRI造影剤3、9。ナノワイヤーはまた他の適用のために理想的であると考えられる:磁力顕微鏡10、巨大な磁気抵抗11、回転転写トルク12、13、およびデータ貯蔵装置14、 15.
これらのナノワイヤーを最大限に活用するためには、高品質で特定の特性を持つナノワイヤーを生み出す再現性の高い製造方法が求められます。アルミニウムの陽極化は制御可能な細孔の直径が付いている自己組織化され、非常に順序付けされた円柱の細孔を作り出す。このため、AAO テンプレートは、高価なリソグラフィ技術よりもナノテクノロジーアプリケーションで好まれています。これらの膜を足場として使用して、ナノワイヤは直流電流(DC)、交流電流(AC)、またはパルスDC電着によって作成することができる。膜の製造プロセスおよびナノワイヤの堆積を制御し、特定の用途1に対して幅広い磁気ナノワイヤを作成することができる。ここでは、テンプレートとして使用される多孔質アルミナ膜の形成、電解質溶液を用いたテンプレートへの電着、溶液中へのナノワイヤーの放出など、Feナノワイヤーの製造について報告する。
他のナノ材料生産と同様に、このプロトコルでは高品質のソリューションと材料が必要です。電解および電化液は、数回再利用することができる。ただし、陽極酸化溶液は一度だけ使用し、新たに作る必要があります。アルバックを取り外した後、膜は非常に弱く、慎重に取り扱わなければ壊れる可能性があります。N2は、膜を乾燥させる際に直接適用してはならない。陽極化前のすべてのプロセスは、細孔構造の自己発注においても同様に重要です。表面不純物、ピット、および傷は、不十分な順序のナノポアにつながる可能性があります。
ステップ2で生成されたアルミナ膜の厚さは、通常、約60μmであり、我々が必要とするナノワイヤーよりもはるかに長い。より長いナノワイヤが必要な場合、このプロトコルは陽極酸化の時間を増やすことによってより厚い膜を作るために適応することができる。これらのナノポアは、立っているナノワイヤーの配列を形成するためのテンプレートとして使用したり、アルミナ構造のその後の化学的除去によって放出することができる。さらに、異なる金属は、溶液および適用電流を変化させ、マルチセグメントナノワイヤ15を含む同じ設定を使用して静着することができる。レート堆積は金属ごとに異なります。
提示された陽極酸化法の主な利点は、細孔の高品質です:マイクロメートルの10分の1に沿って一定の直径、小径分布、および高い細孔密度。さらに、この技術は、効率的、経済的、および非常に再現性があります。それは一般的な実験室の周囲の条件で安全に行うことができる。ナノワイヤーは、将来のエネルギー変換装置(太陽光発電、熱電、ベータボルタイクス16を含む)および生物学的および医療用センサ17として多くのことを約束する。これらのアプリケーションはすべて、広範な材料とデバイスの開発を必要とします。
The authors have nothing to disclose.
この出版物で報告された研究は、科学技術のキングアブドラ大学(KAUST)によって支援されました。
Acetone | Sigma Aldrich | CAS 67-64-1 | |
Aluminium Discs 99.999% | GoodFellow | AL000957 | Thickness: 0.50mm +/- 10%, Diameter 25.0mm +/- 0.5mm |
Big Beaker | 1000 mL | ||
Boric acid | Sigma Aldrich | 101942058 | 99% |
Cables | |||
Chromium (VI) oxide | fisher chemical | A98-212 | |
Cold plate | Thermo Scientific | Accel 500 LC | |
Computer | Used with LabView to control the Sourcemeter | ||
Copper (II) chloride | |||
Copper plate | Custom made | ||
DC Power Source | Agilent | E3646A | |
DI Water | |||
Dressing Forceps | fisher scientific | 12-460-164 | 30.5 cm length, serrated tips |
Ethanol | VWR International Ltd. (US) | 20823.327 | |
Fume hood | Flores valles | ||
Hydrochloric acid | VWR International Ltd. (US) | 20255.290 | |
Iron (II) sulfate | Merck | 1.03965.1000 | |
L-Ascorbic acid | MP biomedicals | 100769 | |
Magnetic rack | life technologies | DynaMag 2 | |
Magnetic stirrer and hot plate | IKA | RCT basic | |
Mechanical stirrer | Aslong | JGB37-520 | |
Mixer and heater | Eppendorf | ThermoMixer F1.5 | |
Nylon cell | Custum made | ||
Oxalic Acid | VWR International Ltd. (US) | 20063.365-5L | |
PDMS O-ring | Custom made | ||
Perchloric acid | VWR International Ltd. (US) | 20583.327 | 70-72 % |
Petri dish | Or any other container | ||
pH strip | Any pH strip | ||
Phosphoric acid | acros organics | 201140010 | 85%wt |
Platinum | Goodfellow | PT005115 | Diameter 0.05mm, 99.9% purity |
Platinum wire | Goodfellow | PT05120 | Diameter: 0.2 mm, Purity: 99.95% |
Power Supply | Rhode & Scharz | NGPX 35/10 | |
Retort stand (x2) | |||
Screws | |||
Small beaker | 50 mL | ||
Source meter | Keithley | 2400-C | |
Sputter | Quorum | Q300T D | |
Tape | Any temperature resistant tape | ||
Teflon propeller | |||
Ultrasonic cleaner |