在这项工作中,我们描述了一种制造铁纳米线的协议,包括形成用作模板的多孔氧化铝膜,使用电解质溶液将电极插入模板,以及将纳米线释放到溶液中。
磁性纳米线具有独特的特性,吸引了不同研究领域的兴趣,包括基础物理、生物医学和数据存储。我们演示了一种通过电化学沉积到氧化氧化铝(AAO)模板中的铁(Fe)纳米线的制造方法。模板采用铝(Al)盘的阳极氧化制造,通过改变阳极氧化条件控制孔径和直径。平均直径约为 120 nm 的孔径是使用草酸作为电解质创建的。使用这种方法,合成圆柱形纳米线,通过使用选择性化学蚀刻溶解氧化铝释放。
圆柱形磁性纳米线在过去十年中吸引了大量兴趣,为各种有前途的应用。纳米线是具有独特特性的新型材料,主要由于高纵横比和形状各向异性1。由于这些特性,纳米线被认为是独特的系统和优秀的模型对象,用于许多实际应用:流量传感器2,磁分离3,生物启发触觉传感器4,能量收集5、癌症治疗2、6、药物输送7、8、MRI造影剂3、9。纳米线也被认为是理想的其他应用: 磁力显微镜10,巨型磁阻11,自旋传输扭矩12,13和数据存储设备14, 15.
为了充分利用这些纳米线,需要一种可重复的制造方法,产生高质量和特定特性的纳米线。铝的阳极氧化产生自组织、高度有序的圆柱形孔隙,孔径可控。因此,AAO 模板在纳米技术应用中比昂贵的光刻技术更受欢迎。使用这些膜作为支架,纳米线可以通过直流 (DC)、交流电 (AC) 或脉冲直流电位创建。控制膜的制造过程和纳米线的沉积,可以为特定的应用创建广泛的磁性纳米线1。在这里,我们报告Fe纳米线的制造,包括形成用作模板的多孔氧化铝膜,使用电解质溶液将电极插入模板,以及将纳米线释放到溶液中。
与任何其他纳米材料生产一样,该协议要求高质量的解决方案和材料。电抛光和电镀溶液可重复使用多次。然而,阳极氧化溶液只能使用一次,并且是新鲜制作的。去除 Al 背部后,膜非常弱,如果不小心处理,可能会破裂。干燥膜时,不应直接应用 N2。阳阳氧化之前的所有过程对于孔隙结构的自我排序同样重要。表面杂质、凹坑和划痕可能导致纳米孔的有序。
步骤 2 生成的氧化铝膜的厚度通常约为 60 μm,比我们需要的纳米线长得多。如果需要更长的纳米线,可以通过增加阳极氧化的时间来调整该协议,以制造更厚的膜。这些纳米孔可用作形成站立纳米线阵列的模板,或通过随后的氧化铝结构化学去除释放。此外,通过改变溶液和应用电流,可以使用相同的设置(包括多段纳米线15)对不同的金属进行电沉积。每种金属的速率沉积将有所不同。
提出的阳极氧化法的主要优点是孔隙质量高:沿微米十分之一的直径恒定,直径分布小,孔密度高。此外,该技术高效、经济且可重复性高。可在一般实验室的环境条件下安全完成。纳米线在未来的能量转换设备(包括光伏、热电和贝塔沃尔茨16)以及生物和医疗传感器17中具有很大前景。所有这些应用都需要广泛的材料和设备开发。
The authors have nothing to disclose.
本出版物中报道的研究得到了阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的支持。
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 |