بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق از روش الکتروانباشت شیمیایی با استفاده از قالب متخلخل آلومینا که در آزمایشگاه آماده کردیم براي ساخت نانو سیم هاي نیکل استفاده نمودیم . سپس به مشخصه یابی نانو سیم ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و بررسی خواص مغناطیسی و الکتریکی آن پرداختیم. با رشد نانو سیم هاي نیکل درون قالب آلومینا رسانایی الکتریکی آن افزایش می یابد و نانو سیم هاي نیکل در جهت موازي با میدان مغناطیسی خارجی خاصیت سوپر پارا مغناطیس از خود نشان می دهند.
-1 مقدمه
نانو سیم ها ي مغناطیسی، سیستم هاي شبه تک بعدي نانوسکوپی مغناطیسی می باشند. اغلب نانو سیم ها بوسیله قالب هایی با منفذ هایی باریک ساخته می شوند، که در بسیاري از موارد به صورت آرایه هاي منظم تهیه شده که براي اندازه گیري خواص مغناطیسی آن ها مناسب است. مواد پارا مغناطیس از مهم ترین مواد در تکنولوژي مدرن هستند که به علت خاصیت پارامغناطیسی، داراي کاربرد هاي فراوانی در صنعت الکترونیک هستند.
جهت بررسی خواص مغناطیسی و الکتریکی نانو سیم هاي مغناطیسی - نیکل ، آهن و کبالت - ، می توان آنها را درون قالب متخلخل آلومینا رشد داد. ذخیره سازي مغناطیسی با کد گذاري اطلاعات بر روي یک رشته حوزه ي مغناطیسی در نانو سیم هاي مغناطیسی از مهم ترین کاربرد هاي مواد پارا مغناطیس از جمله نیکل است و در سال هاي اخیر به شدت گسترش یافته است.[1] در این پژوهش ما نانو سیم هاي نیکل را درون قالب متخلخل آلومینا رشد داده ایم و به بررسی خواص مغناطیسی و الکتریکی آن پرداختیم.
-2 روش کار
قالب آلومینا آندي - - AAO توسط روش اکسیداسیون آندي دو مرحله اي ساخته شد. ورقه آلومینیوم 99 95 - خلوص - را به عنوان آند با ابعاد 1×3 سانتی متر به ضخامت 0 5 میلی متر مورد استفاده قرار دادیم. ورقه آلومینیوم مورد نظر را به منظور رفع آلودگی ها به خوبی شست و شو داده و بعد از شست و شو آن را در دستگاه التراسونیک درون اتانول - C2H5OH - قرار دادیم و در آخر آن را درون محلول سود 3 - NaOH - مولار در دستگاه التراسونیک گذاشتیم تا از آلودگی ها پاك شود.
براي آندایز مرحله اول ، ورقه آلومینیومی را درون محلول الکترولیت حاوي اگزالیک اسید 0 3 - C2H2 O4 - مولار در دماي 17 درجه سلیسوس تحت ولتاژ 40 ولت قرار دادیم. با استفاده از محلول کرومیک اسید 1 8 - H2CrO4 - درصد وزنی و فسفریک اسید 6 - H3PO4 - درصد وزنی لایه اکسید به وجود آمده بر روي آلومینیوم را حذف کردیم . آندایز دوم تحت شرایط آندایز اول انجام گرفت ، قالب آلومیناي متخلخل را در فسفریک اسید 5 درصد وزنی در دماي محیط قرار دادیم تا قطر حفره ها بزرگ تر شده و براي الکتروانباشت شیمیایی نانو سیم هاي نیکل آماده گردد .[2]
براي رشد نانو سیم هاي نیکل از یک سلول شیمیایی دو الکتروده که قالب آلومینا ي متخلخل به عنوان کاتد و یک فلز رسانا به عنوان آند اجزاي سازنده آن بودند ، استفاده شد. الکترولیت مورد استفاده محلولی حاوي 0.3 NiSO4 مولار و 0.72 H3BO3 مولار و با PH برابر 4 بود. الکترو انباشت تحت ولتاژ 7 ولت و به مدت 1 ساعت در دماي محیط صورت گرفت .[3,4] براي بررسی مورفولوژي نانو سیم ها، از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه ها استفاده شد. رسانایی الکتریکی قالب حاوي نانو سیم نیکل با دستگاه LCR متر اندازه گیري شد و براي بررسی خاصیت مغناطیسی نانو سیم ها از آنها آنالیز VSM گرفته شد.
-3 بررسی و تحلیل نتایج
شکل 1 تصویر SEM قالب آلومیناي ساخته شده در این پژوهش را نشان می دهد. این قالب داراي حفره هاي شش گوشی است و میانگین قطر حفره هاي آن حدود 67 نانو متر بدست آمده است. با استفاده از نرم افزار Measurement قطر نانو سیم هاي رشد داده شده در قالب آلومینا در حدود 62 نانو متر اندازه گیري شد. شکل 2 نانوسیم هایی که درون قالب آلومینا تشکیل شده اند و سر آن ها از قالب بیرون آمده است را نشان می دهد.
شکل :2 تصویر SEM از نانو سیم نیکل که سر آنها از قالب بیرون آمده است. رسانایی الکتریکی قالب آلومیناي متخلخل و قالب حاوي نانو سیم هاي نیکل با استفاده از دستگاه LCR متر اندازه گیري شد. شکل 3 نمودار رسانایی الکتریکی برحسب فرکانس این دو نمونه را نشان می دهد. همان طور که در شکل 3 مشخص است رسانایی قالب آلومیناي حاوي نانو سیم نیکل به مراتب بیشتر از قالب آلومیناي خالی است، که این امر به سبب اتصال بین عایق و رسانا است و با افزایش ذرات رسانا در حجم ماده عایق رسانش الکتریکی آن نیز افزایش می یابد .[5] رسانایی الکتریکی نمونه ها با افزایش فرکانس افزایش می یابد،. که این افزایش در قالب حاوي نانو سیم نیکل در فرکانس 100kHz تقریبا 5 برابر و در فرکانس 200kHz حدود 14 برابر قالب خالی می باشد.
