بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این تحقیق الکتروانباشت نانوسیم هاي Ni درون حفره هاي نانومتري موجود در فیلتر پلی کربنات می باشد . این حفره ها که همچون چاه هایی به عمق 6 میکرون و قطر 30 نانومتر هستند پس از پر شدن توسط اتم هاي Ni نانوسیم هایی را تشکیل می دهند که بعد از حل شدن پلی کربنات در محلول کلروفرم آزاد می گردند. ساختار نانوسیم ها به کمک میکروسکوپ هاي الکترونی روبشی و عبوري مورد مطالعه قرار گرفت . مطالعات میکروسکوپی الکترونی نشان داد که نانوسیم هاي تهیه شده پیوسته هستند ولی ساختار تک بلور کامل ندارند.
مقدمه
عموماً سیم به ساختاري فلزي میگویند که در یک جهت - جهت طولی - گسترش داده شده باشد و در جهت دیگر بسیار محدود شده باشد. یک خصوصیت اساسی از این ساختارها که داراي دو خروجی میباشند، رسانایی الکتریکی آن ها است. با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی در هر انتهاي این ساختارها و در امتداد طولیشان انتقال بار الکتریکی اتفاق میافتد.[1] ساخت سیم هایی در ابعاد نانومتري هم از جهت تکنولوژیکی و هم از جهت علمی بسیار مورد علاقه میباشد . زیرا در ابعاد نانومتري خواص غیرمعمولی از خود بروز میدهند.[2] روشهاي مختلفی براي تولید این سیمها وجود دارد ازجمله : لیتوگرافی نوري- لیتوگرافی با اشعه الکترونی لیتوگرافی با پراب روبشی- لیتوگرافی پله- لبه و الکتروانباشت.[3] در این مقاله هدف تولید نوع خاصی از این سیمها به روش الکتروانباشت و بررسی خواص آنها است.
روند آزمایش :
دراین بخش الکتروانباشت یک فلز را در یک سل الکتروشیمیایی، تحت کنترل پتانسیواستات مورد بررسی قرار میدهیم. پتانسیواستات جریان موردنیاز بین الکترود کار و الکترود ثانویه را تأمین میکند. اختلاف پتانسیل بین این دو الکترود به گونهاي کنترل میشود که اختلاف پتانسیل بین الکترود کار و الکترود مرجع همواره در یک مقدار معین، ثابت نگه داشته شود .[4] الکترود کار، یک زیرلایه از جنس فلز یا نیمه رسانا است که بر روي آن فلز موردنظر انباشت میشود. جنس الکترود کار با توجه به ویژگیهايلایهي انباشتی تعیین میشود. براي به دست آوردن لایههاي انباشتی با کیفیت بالا، زیرلایه به طور مکانیکی، و یا شیمیایی الکتروپولیش میشود تا آلودگیها و لایهي اکسید جذب شده روي سطح آن از بین برود.
الکترود ثانویه را می توان از رسانایی انتخاب کرد که علاوه بر قطبی نشدن، با الکترولیت نیز هیچ واکنش شیمیایی انجام ندهد - مانند پلاتین - .[5] به منظور ایجاد یک جریان یکنواخت و در نتیجه انباشت یکنواخت و همچنین اجتناب از تأثیر واکنشهاي الکترود کار، الکترود کار و الکترود ثانویه باید تا حد ممکن دور از یکدیگر قرار گیرند. براي کنترل پتانسیل الکترود کار که در انباشت یک لایهي یکنواخت مهم است، باید افت پتانسیل اهمی بین الکترود کار و الکترود مرجع تا حد ممکن کم باشد که با کمینه کردن فاصلهي بین این دو الکترود میتوان به این مهم دست یافت. ضخامت انباشت، h، را میتوان با استفاده از رابطهي فارادي محاسبه کرد.
آمادهسازي زیر لایه :
فیلتر پلی کربنات1 که در این پروژه مورد استفاده قرار گرفته است یک ورقه دایرهاي به قطر 13 میلیمتر و ضخامت 6 میکرومتر میباشد که سطح آن توسط ذرات باردار آلفا بمباران و متخلخل گشته است. قطر سوراخها 30 نانومتر و چگالی آنها 6 ×10 8 , 2 ذره در سانتیمترمربع سطح میباشد.این ورقه ها براي فیلتراسیون ذرات ریز به کار میرود. به منظور ایجاد رسانندگی مناسب، یک لایه با ضخامت 200 نانومتراز طلاي خالص به روش تبخیر3 پشت این ورقهها نشانده شد.
در این روش مقدار موردنیاز طلا روي بوته تنگستنِ دستگاه خلاء قرار میگیرد و فشار تا میزان 7×10 −6 torr الی 6×10 −6 torr کاهش مییابد. در این زمان سیگنال الکتریکی از بوته عبور میکند و طلاي ذوب شده تبخیر میگردد که این طلا روي تمام سطح محفظه خلأ از جمله فیلترهایی که توسط یک نگهدارنده4 در این محفظه قرار دارند نشسته میشود. ضخامت طلاي نشانده شده تابع فاصله نگهدارنده تا بوته میباشد که از روش محاسبه سطح کره اي به شعاع r و با توجه به چگالی طلا به دست میآید.[6]
اگر فاصله بوته تا نمونهها خیلی کم شود در اثر حرارت ناشی از بوته فیلترها خاصیت خود را از دست میدهند و اگر فاصله خیلی زیاد باشد مقدار زیادي طلا لازم است تا ضخامت 200 نانومتر به دست آید. , در این آزمایش طلا در فاصله 20 سانتیمتري نمونه ها قرار گرفت به طوري که دماي نمونه ها از 35 درجه سانتیگراد بالا نرفت . پس از اینکه فشار محفظه به میزان کافی رسید ، ولتاژ 60 ولتی به بوته اعمال گردید و مدت 15 دقیقه عمل تبخیر حرارتی به طول انجامید .
ماسکینگ - - Masking
در این مرحله براي ایجاد الکترود کاتد - WE - سطح طلا نشانی شدة پلی کربنات را بر روي سطح الکتروپولیش شدة یک صفحه مسی قرار دادیم و توسط چسب نواري که دایرهاي به قطر 10mm در آن ایجاد کردیم، چسباندیم . بنابراین الکترود کاتد آماده شد، که با قراردادن این الکترود در حمام سه الکتروده و اعمال ولتاژ -1,75 ولت که ولتاژ مناسب براي احیاء نیکل میباشد اتمهاي نیکل درون حفرههاي پلی کربنات رسوب مینمایند و یک رشته از جنس نیکل با قطر 30 nmو طول 6 μm ایجاد میکنند. در این آزمایش از روش بار ثابت CHC استفاده میشود که در آن میزان بار ثابت است و بار موردنیاز توسط رابطه فاراده بدست میآید.[8]
بررسی نانوسیمهاي نیکل از طرق فیزیکی :
بررسی نانوسیمها از دو جهت حایز اهمیت میباشد اول بررسی شکل ظاهري نانوسیم ها و دوم بررسی خواص فیزیکیِ آنها . براي تشخیص نانوسیمها از سه روش XRD و TEM و SEM استفاده شد. در روش پراش اشعه ایکس توسط نمودارِ تعداد ذرات پراکنده شده نسبت به زاویه پراکندگی و پدیدار شدن پیکهاي حاصله میتوان نوع مادة نمونه را تشخیص داد. در این روش ابتدا طرح پراش از یک لایه طلا که برروي زیر لایه پلی کربنات لایه نشانی شده بود توسط XRD بررسی شد سپس حفره هاي پلی کربنات موجود در همان نمونه توسط روش الکتروانباشت با اتم هاي نیکل پر شد و طرح پراش اشعه ایکس از نمونه نهایی بررسی گردید . با مقایسه نمودارهاي 1 و 2 پیک هاي ناشی از اتم هاي نیکل آشکار گردید .
