Iron Nanowire Изготовление Нано-Порос анодированный алюминий и его характеристика
Summary
В этой работе мы описываем протокол для изготовления железных нанопроводов, включая образование пористой глиноземной мембраны, которая используется в качестве шаблона, электродепозицию в шаблоны с использованием электролитного раствора и высвобождение нанопроводов в раствор.
Abstract
Магнитные нанопровода обладают уникальными свойствами, которые привлекают интерес различных областей исследований, включая фундаментальную физику, биомедицину и хранение данных. Мы демонстрируем метод изготовления нанопроводов железа (Fe) с помощью электрохимического осаждения в анодических образцах оксида глинозема (ААО). Шаблоны изготовлены с помощью анодизации алюминиевых (Al) дисков, а длина и диаметр пор контролируются путем изменения анодизирующих условий. Поры со средним диаметром около 120 нм создаются с использованием щавелевой кислоты в качестве электролита. Используя этот метод, синтезируются цилиндрические нанопровода, которые высвобождаются путем растворения глинозема с помощью селективного химического этханта.
Introduction
Цилиндрические магнитные нанопровода привлекли огромный интерес в последнее десятилетие для различных перспективных приложений. Nanowires являются новыми материалами, которые обладают уникальными свойствами, в основном из-за высокого соотношения сторон и формы анизотропии1. Из-за этих свойств, нанопроводы считаются уникальными системами и отличными объектами модели для ряда практических применений: датчики потока2, магнитное разделение3, био-вдохновил тактильные датчики4, сбор энергии 5, лечение рака2,6, доставка лекарств7,8,и МРТ контрастные агенты3,9. Nanowires также считаются идеальными для других применений: магнитная микроскопия силы10, гигантский магниторезистентность11, крутящий момент передачи спина12,13, и устройства хранения данных14, 15.
Для того, чтобы использовать эти нанопровода в полной мере, воспроизводимый метод изготовления, который дает нанопровода высокого качества и специфических свойств не требуется. Анодизация алюминия производит самоорганизованные, высокоупорядоченные цилиндрические поры с управляемыми диаметрами пор. Из-за этого шаблоны ААО предпочтительнее в нанотехнологических приложениях по сравнению с дорогими литографическими методами. Используя эти мембраны в качестве эшафотов, нанопроводы могут быть созданы путем прямого тока (DC), чередующегося тока (AC) или импульсной электродепозиции ПОСТОЯННОГО тока. Управление процессом изготовления мембраны и осаждения нанопроводов, широкий спектр магнитных нанопроводов может быть создан для конкретных приложений1. Здесь мы сообщаем о изготовлении нанопроводов Fe, включая образование пористой глиноземной мембраны, которая используется в качестве шаблона, электродепозицию в шаблоны с использованием электролитного раствора и высвобождение нанопроводов в раствор.
Protocol
Representative Results
Discussion
Как и в любом другом производстве наноматериалов, в этом протоколе требуются высококачественные решения и материалы. Электрополлинг и электродепозитные решения можно использовать несколько раз. Тем не менее, раствор анодизации следует использовать только один раз и быть свежесделанным. После удаления Al назад, мембраны являются чрезвычайно слабыми и могут быть нарушены, если не обрабатываются тщательно. N2 не следует непосредственно применять при сушке мембран. Все процессы до анодизации одинаково важны для самоупорядочения поровых структур. Поверхностные примеси, ямы и царапины могут привести к плохо упорядоченным нанопорам.
Толщина глиноземной мембраны, образуется в шаге 2, как правило, около 60 мкм, гораздо дольше, чем нанопровод мы требуем. Если необходимы более длинные нанопровода, этот протокол может быть адаптирован, чтобы сделать более толстые мембраны за счет увеличения времени анодизации. Эти нанопоры могут быть использованы в качестве шаблонов для формирования массивов постоянных нанопроводов или выпущены путем последующего химического удаления глиноземной структуры. Кроме того, различные металлы могут быть электродепозиты с помощью той же установки, в том числе многосегментных нанопроводов15, путем изменения решения и прикладного тока. Ставка осаждения будет отличаться для каждого металла.
Основным преимуществом представленного метода анодизации является высокое качество пор: постоянный диаметр вдоль десятых метров, распределение малого диаметра и высокая плотность пор. Кроме того, этот метод является эффективным, экономичным и высоко воспроизводимым. Это можно сделать безопасно в условиях окружающей среды в общей лаборатории. Nanowires обещают много в будущем устройств преобразования энергии (в том числе фотоэлектрических, термоэлектрики, ибетаэлектрические 16) и в качестве биологических и медицинских датчиков17. Все эти приложения потребуют обширной разработки материалов и устройств.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Исследования, о которых сообщается в этой публикации, были поддержаны Университетом науки и техники имени короля Абдаллы (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).
