I dette arbejde beskriver vi en protokol til fremstilling af jern nanoledninger, herunder dannelsen af den porøse aluminiumoxid membran, der bruges som skabelon, elektro aflejring i skabeloner ved hjælp af elektrolyt opløsning og frigivelse af nanoledningerne i opløsningen.
Magnetiske nanoledninger besidder unikke egenskaber, der har tiltrukket sig interesse fra forskellige forskningsområder, herunder grundlæggende fysik, biomedicin, og datalagring. Vi demonstrerer en fabrikationsmetode for jern (FE) nanoledninger via elektrokemisk aflejring i anodisk aluminiumoxid oxid (AAO) skabeloner. Skabelonerne er fabrikeret af Anodisering af aluminium (al) skiver, og pore længde og diameter styres ved at ændre Anodisering betingelser. Porer med en gennemsnitlig diameter på omkring 120 nm er skabt ved hjælp af oxalsyre som elektrolyt. Ved hjælp af denne metode syntetiseres cylindriske nanoledninger, som frigives ved at opløse aluminiumoxid ved hjælp af en selektiv kemisk ætning.
Cylindriske magnetiske nanoledninger har tiltrukket en enorm mængde af interesse i det sidste årti for en række lovende applikationer. Nanoledninger er nye materialer, der besidder unikke egenskaber, primært på grund af et højt aspektforhold og form anisotropi1. På grund af disse egenskaber betragtes nanoledninger som unikke systemer og fremragende modelobjekter til en række praktiske anvendelser: flow sensorer2, magnetisk separation3, bio-inspirerede taktile sensorer4, energi høst 5, kræft behandlinger2,6, Drug levering7,8, og MRI kontraststoffer3,9. Nanoledninger betragtes også som ideelle til andre anvendelser: magnetisk kraft mikroskopi10, Giant magnetoresistance11, spin overførsels moment12,13og datalagringsenheder14, 15.
For at udnytte disse nanoledninger til deres fulde fordel, en reproducerbar fabrikationsmetode, der giver nanoledninger af høj kvalitet og specifikke egenskaber er påkrævet. Anodiseringen af aluminium producerer selvorganiserede, stærkt bestilte cylindriske porer med kontrollerbar porediameter. På grund af dette foretrækkes AAO skabeloner i nanoteknologi applikationer over dyre litografiske teknikker. Ved hjælp af disse membraner som stilladser kan nanoledninger skabes ved jævnstrøm (DC), vekselstrøm (AC) eller pulserende DC elektro deposition. Kontrol af fremstillingsprocessen af membranen og aflejring af nanoledningerne, kan en bred vifte af magnetiske nanoledninger oprettes til særlige anvendelser1. Her rapporterer vi fremstillingen af fe nanoledninger, herunder dannelsen af den porøse aluminiumoxid membran, der bruges som skabelon, elektro aflejring i skabeloner ved hjælp af elektrolyt opløsning og frigivelse af nanoledningerne i opløsningen.
Som i enhver anden produktion af nanomateriale er der behov for løsninger og materialer af høj kvalitet i denne protokol. Elektropolering og elektro deponering løsninger kan genbruges flere gange. Dog bør anodiserings opløsningen kun anvendes én gang og være frisklavet. Efter fjernelse af al ryg, er membranerne ekstremt svage og kan brydes, hvis de ikke håndteres forsigtigt. N2 bør ikke anvendes direkte ved tørring af membraner. Alle processer forud for Anodisering er lige så vigtige for selv bestilling af pore strukturer. Urenheder i overfladen, gruber og ridser kan føre til dårligt bestilte nanopores.
Tykkelsen af aluminiumoxid membranen genereret i trin 2 er normalt omkring 60 μm, meget længere end den nanowire, vi har brug for. Hvis længere nanoledninger er nødvendige, kan denne protokol tilpasses til at gøre tykkere membraner ved at øge tidspunktet for Anodisering. Disse nanopores kan bruges som skabeloner til dannelse af matricer af stående nanoledninger eller frigivet af en efterfølgende kemisk fjernelse af aluminiumoxid struktur. Desuden kan forskellige metaller være elektro deponeret ved hjælp af den samme opsætning, herunder multisegmenterede nanoledninger15, ved at ændre opløsningen og den anvendte strøm. Sats deposition ville være anderledes for hvert metal.
Den største fordel ved den præsenterede anodiserings metode er den høje kvalitet af porerne: konstant diameter langs tiendedele af mikrometer, lille diameter fordeling og høj pore tæthed. Yderligere, denne teknik er effektiv, økonomisk, og meget reproducerbare. Det kan gøres sikkert ved omgivende forhold i det generelle laboratorium. Nanoledninger lover meget i fremtidige energi konverterings anordninger (herunder solceller, termoelektriske apparater og betavoltaics16) og som biologiske og medicinske sensorer17. Alle disse applikationer vil kræve omfattende materiale og enhed udvikling.
The authors have nothing to disclose.
Den forskning, som blev omtalt i denne publikation, blev støttet af King Abdullah University of Science and Technology (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 |