Highly ordered monocrystalline
silver nanowire arrays
“Elevada ordem de monocristais dos
arranjos de nanofios de prata”
Yan Franco
Introdução
Universidade Federal do Amazonas
Engenharia de Materiais
Tem sido obtidos cerca de 100% de enchimento dos poros com dimensões
nanométricas de prata.
Dificuldade de conseguir um enchimento
homogêneo baseado nas instabilidades
que ocorrem durante o crescimento dos
nanofios de prata altamente condutores.
Em outras publicações relativas ao
enchimento de nanoporos de prata
com relação à homogeneidade do
enchimento, não é abordado o
problema, podendo ser deduzido a
partir dos dados que apenas uma
fracção muito baixa de enchimento
tenha sido alcançado.
Preparação de modelos (Template preparation)
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→ Os modelos de alumina porosa de ordenadas hexagonais foram preparados
através de 2 etapas do processo de anodização.
Etapa 1:
Uma longa duração na oxidação de alumínio de elevada pureza e depois uma
dissolução completa da alumina porosa formando o modelo de substratos de alumínio.
A superfície da textura se manteve hexagonal o qual atua como uma máscara para a
anodização.
Etapa 2:
Após a segunda oxidação, é obtido uma matriz de nanoporos ordenados
Preparação de modelos (Template preparation)
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Anodização
é o processo
de criar
um filme
de óxido sobre
certos metais
meio da
→
Os modelos
de alumina
porosa
de ordenadas
hexagonais
foram por
preparados
imersão em um banho eletrolítico no qual o metal a anodizar é ligado ao pólo positivo
através
de 2 etapas do processo de anodização.
de uma fonte de eletricidade, transformando-se no anodo da cuba eletrolítica.
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Etapas de preenchimento da estrutura.
→ O substrato de Al é pre-estrutrurado
por anodização durante um longo tempo
até que os poros se organizem numa
estrutura hexagonal.
→ Em seguida, o óxido de alumínio é
removido seletivamente. Começando a
partir
de
estruturado,
um
substrato
uma
de
estrutura
Al
de
preporo
altamente ordenada de alumina que é
obtida numa segunda etapa de anodização.
Preparação de modelos (Template preparation)
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Etapas de preenchimento da estrutura.
→ A camada de barreira é mais fina e os poros
são alargadas por ataque químico isotrópico.
→ Para um maior afinamento da camada de
barreira,
duas
correntes
limitadas
de
anodização são utilizados e á formação de
poros dendriticos ocorrem na camada de
barreira.
→ Em seguida, os poros são preenchidos
por eletrodeposição pulsado com prata.
Eletrodeposição
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É um processo utilizado para conseguir um revestimento muito fino e relativamente livre
de poros. É economicamente importante porque se consegue proteção adequada com
uma camada bem fina, evitando-se excesso do metal eletrodepositado, que pode ser
caro.
Usando
a Lei dea Faraday
Nesse processo,
o material
ser protegido é
colocado
como
catodo
de
uma
cuba
Por definição, a carga necessária
m = P/ A
e = m/n
eletrolítica, onde o eletrólito contém sal do
para se depositar um equivalente
metal a ser usado no revestimento podendo o
eletroquímico
demetal
um material
é:
anodo
ser também do
a ser depositado.
m = número de moles do material
depositado
P = peso do material depositado
A = seu
peso atômicocom cobre
Eletrodeposição
n = o número de cargas envolvidas
na reação
Eletrodeposição
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→ Os poros são preenchidos com a prata sob condições constantes.
→ Para alcançar um preenchimento uniforme dos poros, a escolha de um eletrólito
adequado é crucial.
A fim de evitar o ataque corrosivo do molde de alumina, o pH do eletrólito tem
de ser ajustado entre 4 e 8.
Para fornecer a interface na deposição com íons metálicos a concentração de
espécies de prata eletroativo tem que ser elevado, caso contrário, a liberação de
hidrogénio pode tornar-se dominante. Além disso, a eletrodeposição pulsada através de
uma camada de barreira de isolamento requer a polarização negativa elevada.
Eletrodeposição Pulsada
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→ A eletrodeposição pulsada consiste de pulsos modulados no intervalo de
milissegundos.
→ É possível obter redução do consumo principalmente de aditivos, redução
do consumo de energia elétrica e produz revestimentos de melhor qualidade.
→ A principal vantagem do emprego da corrente pulsada na deposição é obter
depósitos e codepósitos com propriedades químicas e físicas melhores que seus
respectivos por deposição por corrente contínua.
A corrente pulsada gera mudanças
significativas
na
morfologia,
propriedades mecânicas e resistência à
corrosão dos depósitos. Isto torna essa
técnica de alto interesse industrial.
Os metais depositados por corrente
pulsada possuem menor quantidade
de hidrogênio adsorvido à superfície,
diminuindo a tensão interna dos
revestimentos quando comparados,
aos obtidos por corrente contínua.
Caracterização
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→ Os modelos cheios de alumina foram examinadas por microscopia eletrônica
de varredura para determinar o grau de enchimento dos poros e a extensão dos
nanofios de prata.
FIG. Micrografias de uma membrana de alumina cheia de prata.
a- Vista de cima de uma amostra não desbastados; b - vista de cima de uma mesma
amostra de aproximadamente 200 nm debaixo da superfície inicial; c - vista lateral de
uma fratura.
Caracterização
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Em alguns poros, os nanofios de prata
atingiram a abertura dos poros
de
eletrodeposição produzindo excessivo
crescimento tridimensional de partículas
de prata na parte superior da estrutura de
matriz de pontos brilhantes. Na maior
parte do restante a parte superior dos
nanofios pode ser vista por diferentes
níveis de cinzento que indicam diferentes
níveis de profundidade do poro residual.
FIG. Vista de cima de uma amostra não
desbastados
Caracterização
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Simples corte de um substrato
desbastado com um alicate de corte
levando a uma fratura da camada rígida
de alumina.
A maior parte dos poros estão cheios
com fios de prata brilhante para, pelo
menos, 90% na altura.
A falta de fios em alguns dos poros,
bem como a presença de fios torcidos e
roto pode ser facilmente explicada pela
tensão mecânica evoluir durante o
processo de clivagem da membrana de
alumina.
FIG. Vista lateral de uma fratura.
Caracterização
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Cristalinidade e superfície de configuração dos fios de prata foram analisados ​por ALTARESOLUÇÃO DA MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE TRANSMISSÃO.
Mostra um segmento de
dois fios adjacentes tocam
um ao outro ao longo de
uma linha quase horizontal.
FIG. TEM - imagem de um segmento de dois nanofios de
prata adjacentes.
A partir de difração de
elétrons área selecionada,
esses fios de prata são
encontrados contendo um
certo nível de defeitos de
rede, tais como fronteiras
entre macias e defeitos de
empilhamento.
Enquanto o fio na parte
inferior
da
fig.
não
apresenta defeitos de rede
no quadro da imagem
Discussão
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→ Durante os impulsos positivos, a capacitância da camada de barreira é descarregada.
Além disso, como apontado por Dobrev et al., a utilização de impulsos positivos leva a
nanofios monocristalinos.
→ Outra instabilidade eletrostática surge durante o crescimento dos fios de prata. Uma
vez que os nanofios de Ag são sempre mais condutores que o eletrólito, pequenas
flutuações no comprimento do fio serão reforçadas e levaram a um crescimento não
uniforme.
→ Para obter um enchimento homogéneo por causa de um negativo, a resistividade do
eletrólito deve ser menor do que a do fio de metal. Tal condição é irreal para qualquer
metal uma vez que a condutividade dos metais puros é algumas ordens de magnitude
superior ao do concentrado dos eletrólitos
→ A única possibilidade de preencher uma fina camada de alumina porosa é, portanto,
o modelo ser maior do que a espessura da membrana. Isto significa que o início da
instabilidade não ocorrerá abaixo da espessura crítica tendo então um enchimento
homogéneo .
Conclusão
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No presente trabalho foi demonstrado que sob condições muito específicas de
eletrodeposição pulsada, pode-se obter uma solução homogénea de quase 100% de
enchimento de matrizes de poros com prata.
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OBRIGADO!