בעבודה זו, אנו מתארים פרוטוקול ליצירת ננו-חוט ברזל, כולל היווצרות קרום אלומינה נקבובי המשמש כתבנית, הפקדת לתוך תבניות באמצעות האלקטרוליט פתרון, ושחרורו של ננו לתוך הפתרון.
ננו-מגנטיים בעלי תכונות ייחודיות אשר משכו את האינטרס של תחומים שונים של מחקר, כולל פיסיקה בסיסית, ביודיצין ואחסון נתונים. אנו מדגימים שיטת הייצור של ברזל (Fe) ננו-חוט באמצעות התצהיר אלקטרוכימי לתוך התבניות של תחמוצת החנקן אנודי (AAO). התבניות מיוצרים על ידי אנוזציה של האלומיניום (אל) דיסקים, ואורך הנקבוביות והקוטר נשלטים על ידי שינוי תנאי האלגון. נקבוביות בקוטר ממוצע של סביב 120 ננומטר נוצרות באמצעות חומצה אוקסלית כאלקטרוליט. שימוש בשיטה זו, ננו-קירות גלילי מסונתז, אשר משתחררים על ידי המסת אלומינה באמצעות מזמור כימי סלקטיבי.
ננו-חוט מגנטי גלילי משכו כמות עצומה של עניין בעשור האחרון למגוון יישומים מבטיחים. הננו-חוט הם חומרים חדשניים בעלי תכונות ייחודיות, בעיקר בשל יחס גובה-רוחב גבוה והצורה anisotropy1. בגלל מאפיינים אלה, ננו-קירות נחשבים מערכות ייחודיות ואובייקטים מודל מעולה עבור מספר יישומים מעשיים: חיישני זרימה2, הפרדה מגנטית3, חיישנים ביו בהשראת חיישן4, קצירת אנרגיה 5, סרטן טיפולים2,6, משלוח התרופה7,8, ו-MRI סוכני ניגודיות3,9. ננו-חוט נחשבים גם אידיאליים עבור יישומים אחרים: מיקרוסקופ כוח מגנטי10, מגנטוטוריסיעמידת ענק11, ספין העברת מומנט12,13, והתקני אחסון נתונים14, . חמש עשרה
על מנת לנצל את הננו-קירות האלה כדי לנצל את היתרון המלא שלהם, שיטת ייצור לאחר התפוקה התשואות נאנו-ובאיכות גבוהה ומאפיינים ספציפיים נדרש. האנוזציה של אלומיניום מייצרת מאורגנת עצמית, נקבוביות גלילי במיוחד עם קטרים הנקבוביות לשליטה. בגלל זה, תבניות AAO מועדפות ביישומים ננוטכנולוגיה על טכניקות ליטוגרפיות יקרות. השימוש בממברנות אלה כקפלי פיגומים, ניתן ליצור על-ידי זרם ישר (DC), זרם חילופין (AC), או מכוון חשמלי בשיטת DC. שליטה בתהליך הייצור של הקרום ואת התצהיר של ננו-הקירות, מגוון רחב של הננו-נאנו מגנטיים ניתן ליצור עבור יישומים מסוימים1. כאן, אנו מדווחים על הייצור של הננו-חוט, כולל היווצרות קרום אלומינה נקבובי המשמש כתבנית, הפקדת לתוך תבניות באמצעות האלקטרוליט פתרון, ושחרורו של ננו לתוך הפתרון.
כמו בכל ייצור ננו אחר, פתרונות באיכות גבוהה וחומרים נדרשים בפרוטוקול זה. ניתן לעשות שימוש חוזר בפתרונות אלקטרופוליש והפקדת החשמל מספר פעמים. עם זאת, ניתן להשתמש בפתרון האנוזציה רק פעם אחת ולהיות טרי. לאחר הסרת הגב, הקרומים חלשים מאוד ועלולים להישבר אם לא יטופלו בקפידה. אין להחיל את N2 ישירות בעת ייבוש הקרומים. כל התהליכים לפני אנוזציה חשובים באותה מידה לסידור עצמי של מבני נקבובית. זיהומים בפני השטח, בורות ושריטות עלול להוביל לnanopores הוזמנה בצורה גרועה.
עובי של קרום אלומינה שנוצר בשלב 2 הוא בדרך כלל סביב 60 μm, הרבה יותר מאשר ננו-חוט אנחנו דורשים. אם יש צורך בנאנו-חוט, ניתן להתאים את הפרוטוקול לקרומים עבים יותר על-ידי הגברת הזמן של החלת האנוזציה. Nanopores אלה יכולים לשמש כתבניות ליצירת מערכים של נאנו-ננו או שפורסמו על ידי הסרה כימית הבאים של מבנה אלומינה. יתרה מזאת, ניתן להפקיד מתכות שונות באמצעות אותה התקנה, כולל נאנו-חוט מחולק15, על-ידי שינוי הפתרון והזרם המוחל. התצהיר בתעריף יהיה שונה עבור כל מתכת.
היתרון העיקרי של שיטת האנוזציה המוצגת היא האיכות הגבוהה של הנקבוביות: קוטר קבוע לאורך עשיריות של מיקרומטר, התפלגות בקוטר קטן, וצפיפות גבוהה בנקבוביות. יתרה מזאת, טכניקה זו יעילה, חסכונית ומאוד מתוכמת. ניתן לעשות זאת בבטחה בתנאי הסביבה במעבדה הכללית. ננו-מבטיח הרבה בעתיד אנרגיה המרה התקנים (כולל photovoltaics, תרמואלקטרוניקה, ו betavoltaics16) ו ביולוגי וחיישנים רפואיים17. כל היישומים הללו ידרשו פיתוח חומרים והתקנים נרחבים.
The authors have nothing to disclose.
המחקר שדווח בפרסום זה נתמך על ידי אוניברסיטת המלך עבדאללה למדע וטכנולוגיה (KAUST).
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 |