ФЕРРОМАГНИТНЫЕ НАНОТРУБКИ В ПОРАХ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГИБКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
https://doi.org/10.21122/2220-9506-2017-8-3-214-221
Аннотация
В работе рассмотрены особенности шаблонного синтеза нанотрубок из ферромагнитных металлов (Fe, Co, Ni) в порах трековых мембран. Целью работы являлось изучение их основных структурных и магнитных параметров и демонстрация потенциала применения в элементах гибкой электроники.
При помощи электрохимического осаждения в порах полиэтилентерефталатовых трековых мембран сформированы ферромагнитные нанотрубки с диаметром 110 нм и аспектным соотношением 100. Методом сканирующей электронной микроскопии изучены морфологические особенности полученных наноструктур, методом энергодисперсионного анализа изучен элементный состав. С использованием рентгеноструктурного анализа установлены основные параметры кристаллической структуры: тип кристаллической решетки, параметр элементарной ячейки и средний размер кристаллитов. Методом вибрационной магнитометрии изучены магнитные свойства.
Показано, что вне зависимости от типа ферромагнитного металла при выбранных условиях синтеза нанотрубки имеют одинаковые характеристические размеры – длину, диаметр и толщину стенки. Полученные нанотрубки состоят соответственно из железа, из кобальта и из никеля и не содержат оксидных примесей. Нанотрубки имеют поликристаллическую структуру стенок с объемно-центрированной кубической (железные), гране-центрированной кубической (кобальтовые и никелевые) кристаллической решеткой. По основным магнитным параметрам нанотрубки соответствуют группе магнитомягких материалов. Также установлено наличие магнитной анизотропии, которая обусловлена особенностями кристаллической структуры и формой наноструктур.
На основании анализа особенностей структурных и магнитных характеристик ферромагнитных нанотрубок, синтезированных в порах трековых мембран, предложены базовые принципы их использования при конструировании элементов гибкой электроники: наноконденсаторов, датчиков направления магнитного поля и магнитных элементов памяти.
Об авторах
Е. Ю. КанюковБеларусь
Адрес для переписки: Канюков Е.Ю. – НПЦ НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, г. Минск 220072, e-mail: Ka.egor@mail.ru
Е. Е. Шумская
Беларусь
ул. П. Бровки, 19, г. Минск 220072
М. Д. Кутузов
Беларусь
ул. П. Бровки, 19, г. Минск 220072
Д. Б. Боргеков
Казахстан
пр. Абылай хана, 2/1, г. Астана 010008
И. Е. Кенжина
Казахстан
пр. Абылай хана, 2/1, г. Астана 010008
А. Л. Козловский
Казахстан
пр. Абылай хана, 2/1, г. Астана 010008
М. В. Здоровец
Казахстан
пр. Абылай хана, 2/1, г. Астана 010008
Список литературы
1. Fink D. Fundamentals of Ion-Irradiated Polymers: Fundamentals and Applications. Vol. 1. Berlin–Heidelberg: Springer, 2004. doi: 10.1007/978-3-662-07326-1
2. Apel P.Y., Dmitriev S.N. Microand nanoporous materials produced using accelerated heavy ion beams. Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol., 2011, vol. 2, no. 1, pp. 13002. doi: 10.1088/2043-6262/2/1/013002
3. Kaniukov E.Y., Ustarroz J., Yakimchuk D.V., Petrova M., Terryn H., Sivakov V., Petrov A.V. Tunable nanoporous silicon oxide templates by swift heavy ion tracks technology. Nanotechnology, 2016, vol. 27, no. 11, pp. 115305. doi: 10.1088/0957-4484/27/11/115305
4. Hoppe K., Fahrner W.R., Fink D., Dhamodoran S., Petrov A., Chandra A., Saad A., Faupel F., Chakravadhanula V.S.K., Zaporotchenko V. An ion track based approach to nanoand micro-electronics. Nucl. Instruments Methods Phys. Res. B, 2008, vol. 266, no. 8, pp. 1642–1646. doi: 10.1016/j.nimb.2007.12.069
5. Hulteen J.C., Martin C.R. A general templatebased method for the preparation of nanomaterials. J. Mater. Chem., 1997, vol. 7, no. 7, pp. 1075–1087. doi: 10.1039/a700027h
6. Mitchell D.T., Lee S.B., Trofin L., Li N., Nevanen T.K., Söderlund H., Martin C.R. Smart Nanotubes for Bioseparations and Biocatalysis. J. Am. Chem. Soc., 2002, vol. 124, no. 40, pp. 11864–11865. doi: 10.1021/ja027247b
7. Park J.H., Lee D.Y., Kim Y.-H., Kim J.K., Lee J.H., Park J.H., Lee T.-W., Cho J.H. Flexible and Transparent Metallic Grid Electrodes Prepared by Evaporative Assembly. ACS Appl. Mater. Interfaces., 2014, vol. 6, no. 15, pp. 12380–12387. doi: 10.1021/am502233y
8. Wang J., Jiu J., Nogi M., Sugahara T., Nagao S., Koga H., He P., Suganuma K. A highly sensitive and flexible pressure sensor with electrodes and elastomeric interlayer containing silver nanowires. Nanoscale, 2015, vol. 7, no. 7, pp. 2926–2932. doi: 10.1039/C4NR06494A.
9. Jiu J., Suganuma K. Metallic Nanowires and Their Application. IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol., 2016, vol. 6, no. 12, pp. 1733–1751. doi: 10.1109/TCPMT.2016.2581829
10. Chang I., Park T., Lee J., Lee M.H., Ko S.H., Cha S.W. Bendable polymer electrolyte fuel cell using highly flexible Ag nanowire percolation network current collectors. J. Mater. Chem. A, 2013, vol. 1, no. 30, pp. 8541. doi: 10.1039/c3ta11699a
11. Melzer M., Mönch J.I., Makarov D., Zabila Y., Cañón Bermúdez G.S., Karnaushenko D., Baunack S., Bahr F., Yan C., Kaltenbrunner M., Schmidt O.G. Wearable Magnetic Field Sensors for Flexible Electronics. Adv. Mater., 2015, vol. 27, no. 7, pp. 1274–1280. doi: 10.1002/adma.201405027
12. Cohen-Karni T., Timko B.P., Weiss L.E., Lieber C.M. Flexible electrical recording from cells using nanowire transistor arrays. Proc. Natl. Acad. Sci., 2009, vol. 106, no. 18, pp. 7309–7313. doi: 10.1073/pnas.0902752106
13. Patolsky F., Zheng G., Lieber C.M. NanowireBased Biosensors. Anal. Chem., 2006, vol. 78, no. 13, pp. 4260–4269. doi: 10.1021/ac069419j
14. Kaniukov E.Y., Kozlovsky A.L., Shlimas D.I., Zdorovets M.V., Yakimchuk D.V., Shumskaya E.E., Kadyrzhanov K.K. Electrochemically deposited copper nanotubes. J. Surf. Investig. X-ray, Synchrotron Neutron Tech., 2017, vol. 11, no. 1, pp. 270–275. doi: 10.1134/S1027451017010281
15. Demyanov S.E., Kaniukov E.Y., Petrov A.V., Belonogov E.K., Streltsov E.A., Ivanov D.K., Ivanova Y.A., Trautmann C., Terryn H., Petrova M., Ustarroz J., Sivakov V. On the morphology of Si/SiO2 /Ni nanostructures with swift heavy ion tracks in silicon oxide. J. Surf. Investig. X-ray, Synchrotron Neutron Tech., 2014, vol. 8, no. 4, pp. 805–813. doi: 10.1134/S1027451014040326
16. Kozlovskiy A., Zhanbotin A., Zdorovets M., Manakova I., Ozernoy A., Kiseleva T., Kadyrzhanov K., Rusakov V., Kanyukov E. Mossbauer research of Fe/Co nanotubes based on track membranes. Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms., 2016, vol. 381, pp. 103–109. doi: 10.1016/j.nimb.2016.05.026
17. Kalanda N.A., Gorokh G.G., Yarmolich M.V., Lozovenko A.A., Kanyukov E.Y. Magnetic and magnetoresistive properties of Al2 O3 –Sr2 FeMoO6–δ–Al2 O3 nanoheterostructures. Phys. Solid State, 2016, vol. 58, no. 2, pp. 351–359. doi: 10.1134/S1063783416020128
18. Wang X.W., Yuan Z.H., Fang B.C. Templatebased synthesis and magnetic properties of Ni nanotube arrays with different diameters. Mater. Chem. Phys., 2011, vol. 125, no. 1–2, pp. 1–4. doi: 10.1016/j.matchemphys.2010.08.083
19. Zhang F., Zhao D. Fabrication of ordered magnetite-doped rare earth fluoride nanotube arrays by nanocrystal self-assembly. Nano Res., 2009, vol. 2, no. 4, pp. 292–305. doi: 10.1007/s12274-009-9027-6
20. Kozlovskiy A.L., Shlimas D.I., Shumskaya A.E., Kaniukov E.Y., Zdorovets M.V., Kadyrzhanov K.K. Influence of electrodeposition parameters on structural and morphological features of Ni nanotubes. Phys. Met. Metallogr., vol. 118, no. 2, pp. 164–169, 2017. doi: 10.1134/S0031918X17020065
21. Shumskaya A.E., Kaniukov E.Y., Kozlovskiy A.L., Zdorovets M. V., Rusakov V.S., Kadyrzhanov K.K. Structure and Physical Properties of Iron Nanotubes Obtained by Template Synthesis. Phys. Solid State, 2017, vol. 59, no. 4, pp. 784–790. doi: 10.1134/S1063783417040266
22. Kaniukov E.Y., Shumskaya E.E., Yakimchuk D.V., Kozlovskiy A.L., Ibragimova M.A., Zdorovets M.V. Evolution of the polyethylene terephthalate track membranes parameters at the etching process. J. Contemp. Phys. (Armenian Acad. Sci.), 2017, vol. 52, no. 2, pp. 155–160. doi: 10.3103/S1068337217020098
23. Kozlovskiy A., Borgekov K., Zdorovets M., Arkhangelsky E., Shumskaya A., Kanukov E. [Application of ion-track membranes in processes of direct and reverse osmosis]. Vestsi NAN Belarusi, Fiziko-tekhnicheskaya seriya [Proceeding of the National academy of sciences of Belarus, physico-technical series], 2017, vol. 1, pp. 45–51 (in Russian).
24. Yoo B., Xiao F., Bozhilov K.N., Herman J., Ryan M.A., Myung N.V. Electrodeposition of thermoelectric superlattice nanowires. Adv. Mater., 2007, vol. 19, no. 2, pp. 296–299. doi: 10.1002/adma.200600606
25. Motoyama M., Fukunaka Y., Sakka T., Ogata Y.H. Initial stages of electrodeposition of metal nanowires in nanoporous templates. Electrochim. Acta, 2007, vol. 53, no. 1, pp. 205–212. doi: 10.1016/j.electacta.2007.04.122
26. Bercu B., Enculescu I., Spohr R. Copper tubes prepared by electroless deposition in ion track templates. Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms, 2004, vol. 225, no. 4, pp. 497–502. doi: 10.1016/j.nimb.2004.06.011
27. Graham L.M., Cho S., Kim S.K., Noked M., Lee S.B. Role of boric acid in nickel nanotube electrodeposition: a surface-directed growth mechanism. Chem. Commun., 2014, vol. 50, no. 5, pp. 527–529. doi: 10.1039/C3CC47183G
28. Chowdhury T., Casey D.P., Rohan J.F. Additive influence on Cu nanotube electrodeposition in anodised aluminium oxide templates. Electrochem. commun., 2009,
Рецензия
Для цитирования:
Канюков Е.Ю., Шумская Е.Е., Кутузов М.Д., Боргеков Д.Б., Кенжина И.Е., Козловский А.Л., Здоровец М.В. ФЕРРОМАГНИТНЫЕ НАНОТРУБКИ В ПОРАХ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГИБКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ. Приборы и методы измерений. 2017;8(3):214-221. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2017-8-3-214-221
For citation:
Kaniukov E.Yu., Shumskaya E.E., Kutuzau M.D., Borgekov D.B., Kenzhina I.E., Kozlovskiy A.L., Zdorovets M.V. FERROMAGNETIC NANOTUBES IN PORES OF TRACK MEMBRANES FOR THE FLEXIBLE ELECTRONIC ELEMENTS. Devices and Methods of Measurements. 2017;8(3):214-221. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2220-9506-2017-8-3-214-221