لایه نشانی الکتروشیمیایی نانولوله های مخروطی نیکل در داخل تمپلیت های ترک - اچ پلی کربنات

در این پژوهش نانولوله‌های مخروطی نیکل در مقیاس بالا با آرایش عمودی و مستقل همراه با زاویه ی کنترل‌شده ی مخروط در داخل تمپلیت های ترک – اچ پلی کربنات به صورت الکتروشیمیایی رسوب‌‌نشانی شدند. در ابتدا تمپلیت های ترک-یون توسط اچ نامتقارن انتخابی تولید شدند. سپس نانو لوله‌های مخروطی نیکل به روش رسوب‌نشانی الکتروشیمیایی جریان مستقیم در دمای 50 درجه سانتیگراد با موفقیت تولید شدند. ساختار آن‌ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد بررسی قرار گرفت. نانولوله‌های مخروطی با ارتفاع 11 میکرو متر و قطر پایه ی مخروطی 3 میکرومتر حاصل شدند. ‌یافته‌ها نشان می دهد نانولوله‌های مخروطی پایدار ازلحاظ مکانیکی و شعاع انحنا نانومتری با به کارگیری تکنیک رسوب‌نشانی و اچ قابلیت تولید و استفاده در کاربردهای مختلف را دارند. 1- مقدمه نانومخروط ها دسته‌ای از نانو ساختارها هستند که با پیشرفت روزافزون علم نانو به دلیل ویژگی‌های هندسی منحصربه‌فرد موردتوجه ویژه‌ای قرارگرفته‌اند[1،2]. این نانو ساختارها به دلیل پایه‌ی میکرومتری از ثبات بالاتری نسبت به استوانه‌های باریک برخوردار هستند. همچنین نوک ‌تیز نانومتری مخروط نیز با فراهم ساختن نسبت ابعادی بالا در کنار پایداری بالای مکانیکی، نانو مخروط‌ها را کاندید مناسبی برای استفاده در برخی از کاربردها از قبیل کاتدهای نشر میدانی [3] و میکرو سوزن برای انتقال دارو [4] می‌کند. از میان روش‌های مختلف سنتز و ساخت نانو ساختارها، تکنیک‌ سنتز مبتنی بر تمپلیت به دلیل توانایی تولید نانو ساختارهایی با نسبت ابعادی و چگالی سطحی بالا موردتوجه زیادی قرارگرفته‌اند [5]. غشاهای ترک-یون به دلیل قابل‌کنترل بودن شکل و اندازه‌ی کانال‌ها برای ساخت نانولوله‌های مخروطی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای ساخت تمپلیت با کانال‌های مخروطی ابتدا غشاهای پلیمری تحت تابش یون‌های سنگین قرار می‌گیرند. سپس توسط اچ نامتقارن شیارهای ایجادشده، کانال‌های مخروطی شکل می گیرند [6]. برای پر کردن کانال‌های مخروطی رسوب‌نشانی الکتروشیمیایی مناسب‌ترین روش در میان روش های مختلف می‌باشد. رسوب نشانی جریان مستقیم اغلب برای رسوب‌نشانی الکتروشیمیایی نانوسیم‌ها در قالب نانومتخلخل استفاده می‌شود. بسته به اینکه پتانسیل یا جریان اعمال شده در طول رسوب گذاری ثابت بماند، می توان رسوب‌نشانی را در شرایط پتانسیواستاتیک یا گالوانواستاتیک کنترل کرد [5،7]. در این مقاله، رسوب‌نشانی الکتروشیمیایی پتانسیواستاتیک برای ساخت آرایه‌ی نانولوله‌های مخروطی نیکل استفاده شده‌است. 2- روش پژوهش مراحل اصلی پژوهش برای دستیابی به نانولوله‌های مخروطی نیکل به‌صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده‌شده است. برای ساخت نانولوله‌های مخروطی نیکل توسط رسوب‌نشانی الکتروشیمیایی در داخل تمپلیت های ترک- اچ، غشاهای پلی کربنات تهیه شدند. ابتدا غشاهای پلی کربنات در شتاب دهنده خطی در دارمشتات آلمان تحت تابش یون های 2 گیگا الکترون‌ولت طلا قرار گرفتند. (شکل 1- الف). سپس کانال های مخروطی توسط اچ نامتقارن مسیرهای یونی در یک سلول الکترولیتی دو محفظه‌ای (شکل 1- ب) ایجاد شدند. محلول اچ با ترکیب سدیم هیدروکسید 9 مولار و متانول به ترتیب با نسبت حجمی 60 به 40 درصد مورد استفاده قرار گرفت. در مرحله سوم یک لایه نازک طلا برای ایجاد اتصال الکتریکی بر روی یک سمت غشا پلیمری با دهانه بزرگ کانال کندوپاش شد (شکل1-ج). در مرحله‌ی چهارم رسوب‌نشانی نیکل در یک سلول الکتروشیمیایی 3 الکترودی (شکل1-د) در دمای 5/0± 50 درجه سانتیگراد با الکترود مرجع ag/agcl به مدت تقریبا 10 دقیقه در پتانسیل ثابت 1- ولت انجام شد. الکترولیت حاوی ترکیبات 265 گرم بر لیتر سولفات نیکل 6آبه، 48 گرم بر لیتر کلرید نیکل 6آبه و 31 گرم برلیتر اسید بوریک مورد استفاده قرار گرفت. در نهایت بعد از رسوب‌نشانی ، غشا پلی کربنات درون حلال دی کلرومتان حل شد (شکل1-ه). 3- نتایج، بحث و نتیجه گیری نتایج حاصل از پژوهش انجام‌شده برای ساخت آرایه‌ی نانو لوله‌های مخروطی مستقل با جهت‌گیری عمودی به‌صورت تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی برای مشخصه یابی ومورفولوژی نانو مخروط ها ارائه می شود. با توجه به نتایج (شکل2) نانولوله‌های مخروطی پایدار ایجاد شدند. علت شکل گیری لوله های مخروطی را می توان توسط حلقه نازک طلای پاشیده شده در دیواره داخلی کانال ها در مرحله سوم توجیه کرد. چون قطر پایه‌ی کانال‌های مخروطی در حدود چند میکرومتر است بخش قابل‌توجهی از طلا در دیواره‌ی داخلی کانال‌ها لایه نشانی شده و تشکیل لوله داده اند؛ بنابراین به‌عنوان مکان‌های ترجیهی برای کاهش یون‌های نیکل عمل می‌کنند و درنتیجه تیوب‌های مخروطی ایجاد می‌شوند. برخی از تیوب‌ها به دلیل پایداری کم در مرحله‌ی انحلال غشا شکسته می‌شوند و پایه‌های توخالی در تصاویر به چشم می‌خورد. شکل 2-ج حفرات ایجاد شده پس از اچ شدن را نشان می‌دهد. در شکل 2-د جریان رسوب‌نشانی ابتدا افزایش سپس تا حدودی ثابت و با رسیدن به نوک نانومتری کانال کاهش می‌یابد.

electrodeposition of conical nickel nanotubes into trach-etched polycarbonate template

in this research, large scale nickel conical nanotubes with vertical and independent arrangement and controlled angle of the cone were electrochemically deposited into the polycarbonate track-etched templates. at first, ion-track templates were produced by selective asymmetric etching. then, nickel conical nanotubes were successfully produced by direct current electrochemical deposition method at 50?. their structure was investigated by scanning electron microscope (sem). conical nanotubes with a height of 11 µm and a conical base diameter of 3 µm were obtained. the results show that mechanically stable conical nanotubes and nanometer radius of curvature can be created and used in various applications by using deposition and etching techniques.