روشهای ساخت، خواص انتقالی نانوسیم ها(2)
الف) سنتز به کمک قالب
سنتز نانوسیمها به کمک قالب یک روش مناسب جهت ساخت نانوساختارها به صورت آرایه های منظم و ساماندهی شده می باشد. قالب، نوعاً یک رسانای نانویی شامل خلل و فرج باریک و کشیده نانوتری می باشد که به وسیله مواد خاصی که متناسب با مورفولوژی حفرات باشد، پر می گردند. اگر قطر حفره ها به اندازه کافی کوچک باشد، نانوسیم های با حفرات پر شده از خود اثرات کوانتومی به نمایش می گذارند. در این روش مشخصات قالب همچون پایداری شیمیایی، خواص مکانیکی، قطر و دانسیته حفره ها به عنوان فاکتورهایی مهم مورد توجه قرار می گیرد. قالبهای مورد استفاده در سنتز نانوسیم شامل آلومینای آندی، نانوکانالهای شیشه ای، پلیمرهایی که شکافشان به وسیله یونها پر می شود و فیلم های میکا می باشد.
قالبهای آلومینای آندی به وسیله اکسیداسیون آندی فیلم های آلومینیوم در محلولهای الکترولیتی اسیدی تولید می شوند. اکسید فیلم آلومینیوم منجر به تشکیل آرایه های منظم هگزاگونال از کانالهای موازی و تقریباً استوانه ای شکل می گردد. همانطور که در شکل (1) نمایش داده شده است. بسته به شرایط آندی کردن از قبیل ولتاژ مورد استفاده و نوع و غلظت الکترولیت به کار گرفته شده، قطر حفره های آلومینای آندی قابلیت تغییر nm 10 تا nm 20به وسیله پر کننده هایی با دانسیته ای از مرتبه 2- cm 9 10 تا2- cm 11 10 را دارا می باشند. ضخامت فیلم (یا همان طول حفره)، در طی فرایند آندی کردن قابل کنترل است. به دلیل قابلیت انعطاف سینتیکی، ساختار منظم حفره، دانسیته بالای حفره و مقاومت مکانیکی زیاد در سیستم های آلومینای آندی این مواد در میان دیگر مواد مورد استفاده برای ساخت قالبها در تولید نانوسیم ها، از شهرت خاصی برخوردارند.
به علاوه با اصلاحاتی که هم اکنون بر روی درجه مرتب سازی حفره ها صورت پذیرفته آلومینای آندی در زمینه های کاربردی، توجه بیشتری را به خود معطوف داشته است. به علت نظم و ترتیب بالای الگوهای نانویی دو بعدی، اینها به آسانی با روشهای لیتوگرافی جابجایی در اندازه های بزرگ قابل مقایسه می باشند. در فرآیند تولید فیلمهای آلومینای آندی ابتدا یک لایه نازک آلومینیوم به صورت مکانیکی و الکتروشیمیایی جهت ایجاد یک سطح صاف صیقل داده می شود. سپس این صفحه به وسیله یک محلول اسیدی در یک ولتاژ و دمای ثابت به صورت آندی درمی آید. ولتاژ بکار رفته در فرآیند آندی کردن، V، فاصله درون حفره ای،D، را از طریق رابطه تجربی(Volts) V 18/2 + 71/1- = D(nm) مشخص می کند.
معمولاً الکترولیتهای مختلفی برای گستره¬های متفاوت ولتاژ آندی کردن بکار می رود. مثلاً اسید سولفوریک 20% وزنی برای کمتر از 20V ، اسید اکسالیک 4% وزنی برای V 65 – 30 و اسید فسفریک 5/3 % وزنی برای V 70 یا بیشتر بکار گرفته می شوند. فیلم آلومینای آندی آماده شده، حفره های روی سطح را باز کرده و در دیگر جهات به شکل لایه ای بازدارنده آن را می پوشاند، بنابراین جهت حذف لایه های بازدارنده در نمونه به منظور کاربردهای مناسبتر، باید از یک محلول اسیدی استفاده شود. اشکالa)2 )وb) 2)به ترتیب تصاویر SEM (میکروسکوپ پیمایشی الکترونی) از سطوح بالای حفرات قالبهای آلومینای آندی در اسید اکسالیک 4% وزنی و اسید سولفوریک 20% وزنی را نشان می دهند. ترتیب حفرات و یکسانی این مواد با استفاده از یک تکنیک آندی کردن دو مرحله ای بهینه می شود.
ساختار حفره های خود تنظیم، در آلومینای آندی از طریق دو فرآیند مرتبط، ایجاد می شوند یکی شکل گیری حفره و دیگری مرتب سازی حفره. شکل گیری حفره عموماً نتیجه چندین مکانیسم شامل شکل گیری اکسید و فرآیند حلالیت است. در طی فرآیند آندی کردن، آنیونه(ا 2-O یا – OH) از میان لایه اکسیدی و از AL2 O3 در سطح مشترک اکسید – فلز، مهاجرت می نمایند و برخی از یونهای AL3+ ایجاد شده در سطح مشترک اکسید – فلز در طول لایه اکسیدی حرکت کرده و در الکترولیت تزریق می شوند. میدان الکتریکی غیر یکسان و دانسیته جریان موجود در نمونه ناشی از تغییرات سطح از عوامل اساسی ایجاد مکانیسم رشد حفره می باشند. تغییرات سطح ممکن است از صیقل دادن اولیه نمونه یا تغییرات خودالقایی در طی رشد پایدار حفره ناشی شود. افزایش انحلال یا افزایش درجه حرارت محلی موجب افزایش نرخ انحلال در برخی مناطق سطح مشترک اکسید – الکترولیت می گردد. ترتیب خود به خودی حفره ها ممکن است به انبساط حجمی به هنگام شکل گیری اکسید نسبت داده شود که به وسیله نیروی دافعه میان حفره ها ایجاد می گردد. آرایش خود به خودی حفرات استوانه ای به دلیل وجود نیروهای دافعه متقابل بین حفره های جانبی و در جهت ایجاد پرکننده های آنها با حداکثر دانسیته در ساختار هگزاگونال منظم در شرایط پایدار، اتفاق می افتد.
ادامه دارد...
نویسنده: حامد امینی
