Fabricación y comportamiento magnético de nanocables coaxiales trilayer Nd/ferromagnet/PA66

Resumen

Se ha desarrollado nuevo método preparación nanocables coaxiales tres capas en este trabajo. Nanocables coaxiales trilayer Nd/FM (FM=Fe, Co, Ni)/PA66 se ensamblaron exitosamente capa a capa desde exterior a interior. Nanotubos PA66 que servían capa exterior se prepararon humedeciendo plantilla AAO con solución polímero. Metales ferromagnéticos y Nd depositaron en nanotubos PA66 pre-preparados para servir capa media y núcleo interno, respectivamente. Resultados muestran estructura afecta propiedades magnéticas, y preparación nanocables permite ajustar cada capa, longitud y espesor nanocables.

Antecedentes

Nanocable coaxial es tipo especial nanoestructura 1D en sistema compuesto, que ha atraído mucho interés por su estructura y propiedades únicas. Por tanto, nanocables tienen aplicaciones potenciales en campos catalizador, almacenamiento energía, material fotoeléctrico, nanotecnología biológica, protección ambiental, sensor magnético y medios grabación magnética [1–11]. Desarrollo medios grabación magnética limitado por superparamagnetismo [12] y límite grabación planar. Grabación perpendicular involucra grabar datos en columnas verticales tridimensionales en lugar dos dimensiones. Para superar limitaciones, puede innovarse y mejorarse estructura nanomateriales o anisotropía efectiva material. Cilindros ferromagnéticos sugeridos medio lograr este objetivo.

Cilindros ferromagnéticos incluyen nanohilos multicapa magnéticos, nanocables, nanotubos y nanohilos ferromagnéticos. Comparado nanotubos y nanohilos ferromagnéticos, nanohilos y nanocables multicapa magnéticos han mejorado efectivamente propiedades magnéticas [13–16] y extendido campos aplicación. Entre varios métodos preparación, método basado plantilla es uno más común. Tamaño, forma y propiedades estructurales nanocilindros electrodepositados controlados por plantilla y parámetros electrodeposición. Bien conocido, materiales imán permanente consisten materiales ferromagnéticos y metal tierra rara. Inspirados por esto, nanohilos ferromagnéticos dopados elemento tierra rara preparados y pueden cambiar propiedades magnéticas compuestos [17]. A nuestro conocimiento, nanocables magnéticos dopados Nd rara vez reportados. Hemos preparado serie arrays nanocables multicapa dopados tierra rara e investigado propiedades magnéticas [18].

Aquí presentamos breve reseña método preparación nanocable estado-arte sin usar agente modificador. Empleamos plantilla óxido aluminio anodizado (AAO), que tiene canales regulares y amplia gama tamaño y es adecuada nanotubo, nanohilo y nanocable, para preparar nanocables coaxiales trilayer Nd/FM (FM=Fe, Co, Ni)/PA66 capa a capa. Capa externa nanotubos PA66 fabricados humectación solución polímero plantilla AAO. Capa externa consistiendo nanotubo polímero puede mantener núcleo metálico interno de oxidarse y erosionarse y retener excelente conductividad y magnetismo. Capa media nanotubos ferromagnéticos y nanohilos internos Nd electrodepositaron, y a su vez, electrodeposición puede controlar efectivamente estructura geométrica. Propiedades magnéticas nanocables coaxiales estudiaron.

Métodos

Preparación Nanotubos PA66 y Electrodo Trabajo

Nanotubos poliamida 66 (PA66) obtenidos humedeciendo plantillas AAO (diámetro ~200 nm, espesor ~60 µm) con solución PA66 ácido fórmico 2–6 % p/p. Gota solución PA66 colocó portaobjetos vidrio, luego pieza plantilla AAO cubrió solución PA66. Nanotubos PA66 obtuvieron tras 40 s. Capa película PA66 tratada ácido fórmico hacer nanotubos PA66 abiertos. Luego película delgada Au sputtered lado PA66/AAO membrana compuesta servir electrodo trabajo.

Preparación Nanotubos Coaxiales FM (FM=Fe, Co, Ni)/PA66

Soluciones electrolito prepararon 0,7 M Ni²⁺, 0,8 M Co²⁺ y 0,8 M Fe²⁺ acuosa separadamente. –1,0 V/SCE para Ni²⁺, –1,2 V/SCE para Co²⁺ y –1,2 V/SCE para Fe²⁺ emplearon preparar nanotubos Ni, Co y Fe respectivamente, en nanotubos PA66 por 15 min obtener nanotubos dobles FM/PA66.

Preparación Nanocables Coaxiales Nd/FM/PA66

1,0 M Nd³⁺ solución electrolito preparó, luego –2,5 V corriente continua entró preparar nanohilos Nd en nanotubos coaxiales FM/PA66 por 60 min formar nanocables coaxiales Nd/FM/PA66.

En experimento electrodeposición anterior, película platino usó contraelectrodo y electrodo Ag/AgCl en KCl saturado referencia. Figura 1 muestra diagrama esquemático preparación nanocables tres capas, como sigue:

Caracterización

Microscopía electrónica barrido (SEM; JEOL JSM-6390LV) y microscopía electrónica transmisión (TEM; CM200-FEG equipado GIF) caracterizaron nanoestructuras. Para medición TEM, gota (5 µL) muestra diluida colocó rejilla cobre y evaporó previo observación. Análisis elemento identificó difracción rayos X (XRD; Bruker D8 Advance radiación Cu-Kα, λ = 1,5418 Å). Medidas magnetización nanotubos dobles FM/PA66 y nanocables Nd/FM/PA66 realizadas temperatura ambiente magnetómetro muestra vibrante (VSM; Lakeshore 7307).

Resultados y Discusión

Realizamos serie experimentos condición asegurar mejores condiciones hacen nanotubos PA66 y FM crezcan misma longitud. Nanoestructura nanotubos FM/PA66 muestra Fig. 2. Visto imágenes SEM Fig. 2a, c, e, nanotubos FM y PA66 casi misma longitud, y bocas nanotubos casi abiertas. Tras remover plantilla AAO, nanotubos FM/PA66 formaron arrays regulares. Imágenes TEM prueban nanoestructura nanotubos doble capa. Visto Fig. 2b, d, f, paredes nanotubos PA66 como vaina son continuas. Y nanopartículas FM distribuidas uniformemente pared interna nanotubos PA66. Como descrito estudio previo [19], diámetro nanopartículas ~5 nm, cada nanopartícula considerada dominio magnético. Cierta cantidad nanopartículas FM unieron formar nanotubos FM. Por tanto, nanotubos PA66 y FM formaron nanotubos coaxiales doble capa.

Metales tierra rara son elementos imanes permanentes. Inspirados por esto, Nd electrodepositó en nanotubos doble capa anteriores hacer nanocables coaxiales tres capas. Morfología nanoestructura Nd/FM/PA66 muestra Fig. 3. Imágenes SEM muestran nanoestructuras son multicapa y casi misma longitud (parámetros tamaño nanoestructuras mostrados Tabla 1). Contraste entre interfaces polímero y metal claro en imágenes TEM. Por tanto, imagen TEM nanocable Nd/Ni/PA66 Fig. 3b muestra contraste claro entre capa externa e interna. Capa más externa nanotubo PA66 pared uniforme continua, capa interna compuesta Nd y Ni. Se muestra capa interna compacta. Contraste no reconocido entre Nd y Ni porque ambos metales. Visto Fig. 3d, f, obvio nanoestructura es estructura núcleo/capa. Igualmente, claro contraste interfaces PA66 y FM y no claro entre dos metales.

Patrón difracción rayos X muestra Fig. 4. Picos difracción distintos observados 2θ 44,32° y 75,72° consistentes pico difracción planos cristalinos (111) y (220) Co, picos difracción Fe (101) y Fe (105) corresponden 2θ = 44,32° y 77,56°, y picos difracción Ni (011) y Ni (103) corresponden 2θ = 44,32° y 77,56°, respectivamente. 2θ = 77,56° también pico difracción típico Nd (206). Picos difracción (2θ 37,78°, 64,48°, 77,56° y 81,77°) Au introducidos por película Au sputtered para electrodeposición son comprehensivos, porque valor Au grande, algunos picos Au solapan Fe, Co y Ni.

Magnetismo todas muestras encapsuladas plantilla AAO midió. Plantillas AAO tienen cierta antimagnetismo y reducen energía magnética muestras ligeramente. Figura 5a–f muestra bucles histéresis magnetización (M-H) tanto nanotubos FM/PA66 como nanocables Nd/FM/PA66. Se ve tanto nanotubos como nanocables tienen anisotropía magnética. Muy fácil entender que dos sistemas tienen mismo diámetro externo, que determina anisotropía magnética nanotubos y nanocables. Magnetismo nanocables más fuerte que nanotubos tras depositar Nd. Esto porque Nd, como metal tierra rara típico, posee gran acoplamiento espín-orbital, cuando nanopartículas Nd difunden en FM en interfaz compuesta y trabajan junto metales FM, lo que conduce efecto sinérgico y aumenta anisotropía magnética nanocables Nd/FM/PA66 [20]. Según Fig. 5, parámetros magnéticos tres sistemas muestran Tabla 2. Claramente parámetros magnéticos nanocables como coercividad y magnetización residual paralela eje largo son mayores que dirección vertical y nanotubos.

Conclusiones

Arrays nanocables Nd/FM (FM=Fe, Ni, Co)/PA66 tres capas preparados exitosamente respectivamente. Nanocables Nd/FM/PA66 muestran alta anisotropía magnética debido características metal tierra rara y efecto sinérgico con FM. Arrays nanocables no solo proporcionan nueva nanoestructura magnética sino también tienen aplicación potencial almacenamiento magnético perpendicular y dispositivos electrónicos.

Abreviaturas

AAO:

Óxido aluminio anódico

FM:

Fe, Co, Ni

M-H:

Bucles histéresis magnetización

PA66:

Poliamida 66

SEM:

Microscopio electrónico barrido

TEM:

Microscopio electrónico transmisión

XRD:

Difracción rayos X