الحديد نانوواير التصنيع بواسطة نانو المساميه ألومنيوم بأكسيد وتوصيفها
Summary
في هذا العمل ، ونحن وصف بروتوكول لافتعال أسلاك النانو الحديد ، بما في ذلك تشكيل غشاء الالومينا مساميه التي يتم استخدامها كقالب ، الكهربي في القوالب باستخدام محلول المنحل بالكهرباء ، والإفراج عن أسلاك النانو في الحل.
Abstract
أسلاك النانو المغناطيسية تمتلك خصائص فريدة من نوعها التي اجتذبت اهتمام مجالات مختلفه من البحوث ، بما في ذلك الفيزياء الاساسيه ، الطب الحيوي ، وتخزين البيانات. ونحن نظهر طريقه تلفيق للحديد (Fe) أسلاك النانو عن طريق ترسب الكهروكيميائية في انوديك الالومينا أكسيد (AAO) قوالب. يتم تصنيع القوالب عن طريق الطلاء بالأكسيد ألومنيوم (ال) الاقراص ، ويتم التحكم في طول المسام وقطرها عن طريق تغيير الظروف بأكسيد ألمونيوم. يتم إنشاء المسام مع متوسط قطرها حوالي 120 نانومتر باستخدام حمض الاكساليك كما المنحل بالكهرباء. باستخدام هذه الطريقة ، يتم توليفها أسلاك النانو أسطواني ، والتي يتم إصدارها عن طريق تذويب الالومينا باستخدام الانشوده الكيميائية انتقائية.
Introduction
وقد اجتذبت أسلاك النانو المغناطيسية الاسطوانيه قدرا هائلا من الاهتمام في العقد الماضي لمجموعه متنوعة من التطبيقات الواعدة. أسلاك النانو هي المواد الجديدة التي تمتلك خصائص فريدة من نوعها ، ويرجع ذلك أساسا إلى ارتفاع نسبه الجانب وشكل متباينة1. بسبب هذه الخصائص ، وتعتبر أسلاك النانو أنظمه فريدة من نوعها والكائنات نموذج ممتاز لعدد من التطبيقات العملية: تدفق أجهزه الاستشعار2، الفصل المغناطيسي3، الحيوي مستوحاه من أجهزه الاستشعار عن بعد اللمس4، حصاد الطاقة 5, علاجات السرطان2,6, تسليم المخدرات7,8, والتصوير بالرنين المغناطيسي وكلاء النقيض3,9. كما تعتبر أسلاك النانو مثاليه للتطبيقات الأخرى: المغناطيسي قوه المجهر10، العملاقة المغنطيسية11، وتدور نقل عزم الدوران12،13، وأجهزه تخزين البيانات14، خمسه عشر
من أجل استغلال هذه الأسلاك النانويه لميزها الكاملة ، وهي طريقه التصنيع القابلة للاستنساخ التي تعطي نانواسلاك ذات جوده عاليه وخصائص محدده مطلوبه. وينتج طلاء ألمنيوم الذاتي التنظيم ، والمسام الاسطوانيه المرتبة للغاية مع أقطار المسام القابلة للتحكم. وبسبب هذا ، ويفضل قوالب AAO في تطبيقات تكنولوجيا النانو علي تقنيات الطباعة الحجرية باهظه الثمن. استخدام هذه الاغشيه والسقالات ، ويمكن إنشاء أسلاك النانو عن طريق التيار المباشر (DC) ، بالتناوب الحالية (AC) ، أو النبضي التيار الكهربائي DC. السيطرة علي عمليه تصنيع الغشاء وترسب أسلاك النانو ، ويمكن إنشاء مجموعه واسعه من أسلاك النانو المغناطيسي لتطبيقات معينه1. هنا ، ونحن الإبلاغ عن تصنيع أسلاك النانو في الحديد ، بما في ذلك تشكيل غشاء الالومينا مساميه التي يتم استخدامها كقالب ، الكهربي في القوالب باستخدام محلول المنحل بالكهرباء ، والإفراج عن أسلاك النانو في الحل.
Protocol
Representative Results
Discussion
وكما هو الأمر في اي إنتاج نانوماتيريال آخر ، فان الحلول والمواد عاليه الجودة مطلوبه في هذا البروتوكول. يمكن أعاده استخدام التلميع الكهربائي وحلول الإيداع الكهربائي عده مرات. ومع ذلك ، يجب استخدام محلول بأكسيد الطلاء مره واحده فقط وتكون مصنوعة حديثا. بعد أزاله الظهر ال ، الاغشيه ضعيفه للغاية ويمكن كسرها إذا لم تعالج بعناية. يجب ان لا يتم تطبيق N2 مباشره عند تجفيف الاغشيه. جميع العمليات السابقة لطلاء بالأكسيد هي نفس القدر من الاهميه بالنسبة للترتيب الذاتي للهياكل المسام. قد تؤدي الشوائب السطحية والحفر والخدوش إلى سوء الثقوب المطلوب.
سمك غشاء الالومينا المتولدة في الخطوة 2 عاده حوالي 60 μm ، أطول بكثير من نانوواير التي نطلبها. إذا كانت هناك حاجه إلى أسلاك النانو أطول ، يمكن تكييف هذا البروتوكول لجعل الاغشيه أكثر سمكا عن طريق زيادة الوقت من طلي بالأكسيد. ويمكن استخدام هذه الثقوب كقوالب لتشكيل صفائف من أسلاك النانو الدائمة أو التي أطلقتها أزاله كيميائية لاحقه من هيكل الالومينا. وعلاوة علي ذلك ، يمكن الكهربائية المعادن المختلفة باستخدام نفس الاعداد ، بما في ذلك أسلاك النانو متعددة الأجزاء15، عن طريق تغيير الحل والتيار المطبق. سيكون معدل ترسب مختلفه لكل معدن.
الميزة الرئيسية لطريقه الطلاء بالأكسيد المقدمة هي الجودة العالية للمسام: قطر مستمر علي طول أعشار الميكرومتر ، وتوزيع القطر الصغير ، وكثافة المسام العالية. وعلاوة علي ذلك ، هذه التقنية هي فعاله واقتصاديه ، وقابله للتكرار للغاية. ويمكن ان يتم ذلك بأمان في الظروف المحيطة في المختبر العام. أسلاك النانو وعد الكثير في المستقبل أجهزه تحويل الطاقة (بما في ذلك كهروضوئي ، الحرارية ، و البيتافلطائيه16) والبيولوجية وأجهزه الاستشعار الطبية17. وجميع هذه التطبيقات تتطلب المواد واسعه النطاق وتطوير الجهاز.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعمت الأبحاث الواردة في هذا المنشور جامعه الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا (KAUST).
Materials
| 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 |
References
- Mohammed, H., Moreno, J., Kosel, J. Advanced Fabrication and Characterization of Magnetic Nanowires. Magnetism and Magnetic Materials. , (2018).
- Alfadhel, A., Li, B., Zaher, A., Yassine, O., Kosel, J. A magnetic nanocomposite for biomimetic flow sensing. Lab on Chip. 14, 4362-4369 (2014).
- Fratila, R. M., Rivera-Fernandez, S., Jesus, M. Shape matters: Synthesis and biomedical applications of high aspect ratio magnetic nanomaterials. Nanoscale. 7, 8233-8260 (2015).
- Alnassar, M., Alfadhel, A., Ivanov, Y. P., Kosel, J. Magnetoelectric polymer nanocomposite for flexible electronics. Journal of Applied Physics. 117, 17D711 (2015).
- Contreras, M. F., Sougrat, R., Zaher, A., Ravasi, T., Kosel, J. Non-chemotoxic induction of cancer cell death using magnetic nanowires. International Journal of Nanomedicine. 10, 2141-2153 (2015).
- Yassine, O., et al. Highly efficient thermoresponsive nanocomposite for controlled release applications. Scientific Reports. 6, 28539 (2016).
- Martínez-Banderas, A. I., et al. Functionalized magnetic nanowires for chemical and magneto-mechanical induction of cancer cell death. Scientific Reports. 6, 35786 (2016).
- Shore, D., et al. Electrodeposited Fe and Fe-Au nanowires as MRI contrast agents. Chemical Communications. 52, 12634-12637 (2016).
- García-Martín, J., et al. Imaging magnetic vortices by magnetic force microscopy: Experiments and modelling. Journal of Physics D: Applied Physics. 37, 965 (2004).
- Piraux, L., et al. Giant magnetoresistance in magnetic multilayered nanowires. Applied Physics Letters. 65, 2484-2486 (1994).
- Piraux, L., et al. Template-grown NiFe/Cu/NiFe nanowires for spin transfer devices. Nano Letters. 7, 2563-2567 (2007).
- Wang, Z., et al. Spin-wave quantization in ferromagnetic nickel nanowires. Physical Review Letters. 89, 027201 (2002).
- Wernsdorfer, W., et al. Measurements of magnetization switching in individual nickel nanowires. Physical Review B. 55, 11552 (1997).
- Kou, X., et al. Memory effect in magnetic nanowire arrays. Advanced Materials. 23, 1393-1397 (2011).
- Mohammed, H., Vidal, E. V., Ivanov, Y. P., Kosel, J. Magnetotransport measurements of domain wall propagation in individual multisegmented cylindrical nanowires. IEEE Transactions on Magnetics. 52, 1-5 (2016).
- Goktas, N. I., et al. Nanowire for energy: A review. Applied Physics Reviews. 5, 041305 (2018).
- Zongjie, W., Suwon, L., Kyo-in, K., Keekyoung, K. Nanowire-Based Sensors for Biological and Medical Applications. IEEE Transactions on Nanobioscience. 15 (3), 186 (2016).
