RU2724264C1 - Method of producing nickel-bearing nanorods with controlled aspect ratio - Google Patents

Method of producing nickel-bearing nanorods with controlled aspect ratio Download PDF

Info

Publication number
RU2724264C1
RU2724264C1 RU2020104952A RU2020104952A RU2724264C1 RU 2724264 C1 RU2724264 C1 RU 2724264C1 RU 2020104952 A RU2020104952 A RU 2020104952A RU 2020104952 A RU2020104952 A RU 2020104952A RU 2724264 C1 RU2724264 C1 RU 2724264C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copper
nickel
layers
layer
matrix
Prior art date
Application number
RU2020104952A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Михайлович Долуденко
Дмитрий Львович Загорский
Дарья Борисовна Трушина
Иван Андреевич Бурмистров
Original Assignee
Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" filed Critical Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук"
Priority to RU2020104952A priority Critical patent/RU2724264C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2724264C1 publication Critical patent/RU2724264C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions or iron group metals, refractory metals or manganese
    • C25C1/08Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions or iron group metals, refractory metals or manganese of nickel or cobalt

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: method involves making a track polymer matrix having through pore channels, on one side of which there is a layer of copper with subsequent build-up of the layer to thickness of 3–7 mcm in a galvanic bath with copper sulphate, preparation of a galvanic bath from a mixture of HBO– 25–35 g/l; CuSO×5HO – 4–8 g/l; NiSO×7HO – 160–220 g/l at ratio of nickel and copper salts in range from 20:1 to 30:1, pores filling of matrix with alternating layers of copper and nickel by means of metal deposition in galvanic bath from mixture, wherein voltage 0.7 V and 1.8 V is cyclically changed for deposition of copper and nickel layers separately, after filling of pores with layers of copper and nickel, track polymer matrix is dissolved in NaOH with concentration from 220 g/l to 260 g/l at temperature from 60 to 80 °C. Obtained nanowires are washed, and then dissolving substrate copper layer and simultaneously etching from nanowires layers of copper in solution of NHOH (150–200 g/l) and CuSO×5HO (1 g/l) at room temperature, obtained suspension from nickel layers forming nickel rods is transferred from the etching solution into water using a magnet.EFFECT: disclosed is a method of producing nickel nanorods of cylindrical shape with a given aspect ratio.1 cl, 1 dwg, 2 ex

Description

Наностержни являются новым и перспективным объектом для применения в самых различных отраслях народного хозяйства, например в электронике для создания транзисторов и наносенсоров, нановольтике, в медицине для создания порционированных капсул лекарств и их активизации в нужной части организма за счет растворения капсулы.Nanorods are a new and promising object for use in various sectors of the national economy, for example, in electronics for creating transistors and nanosensors, nanovoltics, in medicine for creating portioned capsules of drugs and their activation in the right part of the body by dissolving the capsule.

Настоящее изобретение конкретно направлено на создание множества отдельных (единичных) никелевых наностержней цилиндрической формы с заданным аспектным отношением т.е. с требуемым отношением высоты наностержня к его ширине.The present invention is specifically directed to the creation of many separate (single) nickel nanorods of cylindrical shape with a given aspect ratio i.e. with the required ratio of the height of the nanorod to its width.

Из литературы известен способ получения комбинированных наностержней медь-никель, который включает изготовление трековой полимерной матрицы, имеющей сквозные каналы-поры, приготовление электролита из смеси водных растворов солей никеля и меди, создание на поверхности матрицы слоя меди, заполнение пор матрицы чередующимися слоями меди и никеля путем гальванического осаждения металлов, отделение полученных длинных стержней из чередующихся слоев металлов из пор полимерной матрицы (Huijun Yao, Lu Xie, Yaxiong Cheng, Jinglai Duan, Yonghui Chen, Shuangbao Lyu, Youmei Sun, Jie Liu, Tuning the coercivity of Cu/Ni multilayer nanowire arrays by tailoring, Materials & Design, Volume 123, 5 June 2017, Pages 165-173).A method for producing combined copper-nickel nanorods is known from the literature, which includes the manufacture of a track polymer matrix having through pore channels, preparing an electrolyte from a mixture of aqueous solutions of nickel and copper salts, creating a copper layer on the matrix surface, filling the matrix pores with alternating layers of copper and nickel by galvanic metal deposition, separation of the obtained long rods from alternating layers of metals from the pores of the polymer matrix (Huijun Yao, Lu Xie, Yaxiong Cheng, Jinglai Duan, Yonghui Chen, Shuangbao Lyu, Youmei Sun, Jie Liu, Tuning the coercivity of Cu / Ni multilayer nanowire arrays by tailoring, Materials & Design, Volume 123, 5 June 2017, Pages 165-173).

В известном способе полученные длинные стержни (нанопроволоки) из чередующихся слоев металлов переносились на кремниевую подложку, а уже затем производилось растворение медного слоя и изучение изменения коэрцитивной силы наностержней Cu/Ni в зависимости от различных параметров.In the known method, the obtained long rods (nanowires) from alternating layers of metals were transferred onto a silicon substrate, and then the copper layer was dissolved and the change in the coercive force of Cu / Ni nanorods was studied depending on various parameters.

Недостатком способа является то, что он предназначен для использования исключительно в целях проведения единичных экспериментов и не позволяет обеспечить получение отдельных массивов наностержней никеля в промышленных масштабах.The disadvantage of this method is that it is intended for use solely for the purpose of conducting individual experiments and does not allow to obtain individual arrays of nickel nanorods on an industrial scale.

Технической задачей предлагаемого способа является разработка технологически простого и эффективного способа получения массива отдельных никелиевых наностержней в большом количестве.The technical task of the proposed method is the development of a technologically simple and effective way to obtain an array of individual nickel nanorods in large quantities.

Техническим результатом является создание способа получения никелиевых наностержней в промышленных масштабах.The technical result is the creation of a method for producing nickel nanorods on an industrial scale.

Поставленная техническая задача достигается в результате того, что в способе получения наностержней, включающим изготовление трековой полимерной матрицы, имеющей сквозные каналы-поры, приготовление электролита из смеси водных растворов солей никеля и меди, создание на поверхности матрицы слоя меди, заполнение пор матрицы чередующимися слоями меди и никеля путем гальванического осаждения металлов, отделение полученных длинных стержней из чередующихся слоев металлов, образующих нанопроволоки, из пор полимерной матрицы, отличающийся тем, что на одну из сторон матрицы наносят используемый в качестве подложки слой меди путем предварительного вакуумно-термического напыления с последующим наращиванием слоя меди до толщины 3-7 мкм в гальванической ванне с медным купоросом, затем матрицу, одна из сторон которой покрыта слоем меди, погружают в гальваническую ванну, содержащую смесь электролитов солей Н3ВО3 - 25-35 г/л; CuSO4*5H2O - 4-8 г/л; NiSO4*7H2O - 160-220 г/л при соотношении солей никеля и меди в диапазоне 20:1 до 30:1, циклически изменяют напряжение 0,7 В и 1,8 В для осаждения по отдельности слоев меди и никеля, длительность подачи каждого из напряжений определяется величиной протекшего заряда, которая устанавливается опытным путем и зависит от площади образца, плотности пор полимерной матрицы, осаждаемого материала и толщины слоя, после заполнения пор слоями меди и никеля трековую полимерную матрицу растворяют в растворе NaOH с концентрацией от 220 г/л до 260 г/л при температурах в интервалах от 60 до 80°С, промывают полученные нанопроволоки, состоящие из чередующихся слоев меди и никеля на медной подложке, а затем растворяют слой меди подложки и одновременно вытравливают из нанопроволок слои меди в растворе NH4OH (150-200 г/л) и CuSO4*5H2O (1 г/л) при комнатной температуре, полученную взвесь из слоев никеля, образующих никелевые стержни, из травильного раствора переносят в воду с помощью магнита.The stated technical problem is achieved as a result of the fact that in the method of producing nanorods, which includes the manufacture of a track polymer matrix having through channels, pores, the preparation of an electrolyte from a mixture of aqueous solutions of nickel and copper salts, the creation of a copper layer on the matrix surface, filling the matrix pores with alternating copper layers and nickel by means of galvanic deposition of metals, separation of the obtained long rods from alternating layers of metals forming nanowires from the pores of the polymer matrix, characterized in that a copper layer used as a substrate is deposited on one side of the matrix by preliminary vacuum thermal spraying followed by layer build-up copper to a thickness of 3-7 microns in a galvanic bath with copper sulfate, then a matrix, one of the sides of which is covered with a layer of copper, is immersed in a galvanic bath containing a mixture of electrolytes of salts of H 3 BO 3 - 25-35 g / l; CuSO 4 * 5H 2 O - 4-8 g / l; NiSO 4 * 7H 2 O - 160-220 g / l when the ratio of salts of Nickel and copper in the range of 20: 1 to 30: 1, cyclically change the voltage of 0.7 V and 1.8 V for the deposition of separately layers of copper and Nickel, the duration of each of the voltages is determined by the value of the leaking charge, which is established experimentally and depends on the area of the sample, the pore density of the polymer matrix, the deposited material and the thickness of the layer, after filling the pores with copper and nickel layers, the track polymer matrix is dissolved in a NaOH solution with a concentration of 220 g or more / l to 260 g / l at temperatures ranging from 60 to 80 ° C, the resulting nanowires consisting of alternating layers of copper and nickel on a copper substrate are washed, and then the copper layer of the substrate is dissolved and layers of copper in the NH 4 solution are etched from the nanowires OH (150-200 g / l) and CuSO 4 * 5H 2 O (1 g / l) at room temperature, the suspension obtained from nickel layers forming nickel rods is transferred from the etching solution to water using a magnet.

Последовательность операций осуществления способа иллюстрируется блок-схемой на фигуре.The sequence of operations of the method is illustrated by the flowchart in the figure.

Конечной целью изобретения является получение большого количества относительно длинных нанопроволок, состоящих из чередующихся слоев меди и никеля которые затем делят путем растворения медных слоев на отдельные цилиндрические никелиевые наностержни с заданным аспектным отношением.The ultimate goal of the invention is to obtain a large number of relatively long nanowires, consisting of alternating layers of copper and nickel, which are then divided by dissolving the copper layers into separate cylindrical nickel nanorods with a given aspect ratio.

Первой операцией способа является подготовка полимерной матрицы, в порах которой производится формирование нанопроволок, из которых затем получают цилиндрические наностержни. У трековых мембран все поры являются «калиброванными», что важно для получения одинаковых нанопроволок и затем одинаковых наностержней. Матрица изготовляется известными способами - бомбардировкой полимерных пленок высокоэнергетичными частицами, пробивающими пленку насквозь.The first step of the method is the preparation of a polymer matrix, in the pores of which the formation of nanowires is made, from which cylindrical nanorods are then obtained. In track membranes, all pores are “calibrated”, which is important for obtaining the same nanowires and then the same nanorods. The matrix is made by known methods - by bombarding polymer films with high-energy particles, piercing the film through.

После подготовки полимерной матрицы с заданными параметрами пор на одной из ее поверхностей создают электропроводящий слой. Создание такого слоя ведут в два этапа. На первом этапе на поверхность матрицы напыляют тонкий слой меди (до 50 нм.). Напыление ведут путем термического распыления металла в вакууме, например на установке ВУП-4. На втором этапе производят укрепление полученного тонкого слоя меди путем гальванического осаждения меди в гальванической ванне, которое ведут при постоянном напряжении. При этом толщина слоя меди увеличивается до 5 мкм.After preparing the polymer matrix with predetermined pore parameters, an electrically conductive layer is created on one of its surfaces. The creation of such a layer is carried out in two stages. At the first stage, a thin layer of copper (up to 50 nm.) Is sprayed onto the matrix surface. Spraying is carried out by thermal spraying of metal in a vacuum, for example at the VUP-4 installation. At the second stage, the obtained thin layer of copper is strengthened by galvanic deposition of copper in a galvanic bath, which is conducted at a constant voltage. In this case, the thickness of the copper layer increases to 5 μm.

Третьей операцией способа является приготовление электролита. Особенностью является то, что готовят два электролита, которые затем сливают вместе. Электролит представляет смесь электролитов солей Н3ВO3 - 25-35 г/л; CuSO4*5H2O - 4-8 г/л; NiSO4*7H2O - 160-220 г/л при соотношении солей никеля и меди в диапазоне 20:1 до 30:1.The third step of the method is the preparation of an electrolyte. The peculiarity is that two electrolytes are prepared, which are then drained together. The electrolyte is a mixture of electrolytes of salts of H 3 BO 3 - 25-35 g / l; CuSO 4 * 5H 2 O - 4-8 g / l; NiSO 4 * 7H 2 O - 160-220 g / l with a ratio of nickel and copper salts in the range of 20: 1 to 30: 1.

Четвертая операция способа- проведение гальванического процесса в ячейке, заполненной электролитом, который был получен в процессе предыдущей операции. Для получения последовательно чередующихся слоев меди и никеля заданной высоты периодически изменяют напряжение осаждения в гальванической ванне. Циклически изменяют напряжение 0,7 В и 1,8 В для осаждения по отдельности слоев меди и никеля, длительность подачи каждого из напряжений определяется величиной протекшего заряда, которую устанавливают опытным путем. Длительность подачи каждого из напряжений зависит от площади образца, плотности пор полимерной матрицы, осаждаемого материала и толщины слоя. Время осаждения слоя меди и слоя никеля (в цикле) отличается, что связано в первую очередь с разностью концентраций ионов этих металлов в электролите, а также разностью в характере осаждения ионов меди и никеля и необходимым количеством осадка (толщины слоя). Также время осаждения отдельных пар слоев меди и никеля (цикла) изменяется по мере роста нанопроволок. Это связано с изменением условий осаждения каждого из металлов по мере заполнения порового канала (диффузионными особенностями осаждения узком поровом канале). Общее время роста может быть определено по формуле

Figure 00000001
The fourth operation of the method is to conduct a galvanic process in a cell filled with electrolyte, which was obtained in the previous operation. In order to obtain successively alternating layers of copper and nickel of a given height, the deposition voltage in the plating bath is periodically changed. The voltages of 0.7 V and 1.8 V are cyclically changed to separately deposit copper and nickel layers, the duration of each of the voltages is determined by the amount of leaking charge, which is established experimentally. The duration of each of the stresses depends on the area of the sample, the pore density of the polymer matrix, the deposited material and the thickness of the layer. The deposition time of the copper layer and the nickel layer (in the cycle) differs, which is primarily due to the difference in the concentration of ions of these metals in the electrolyte, as well as the difference in the nature of the deposition of copper and nickel ions and the required amount of precipitate (layer thickness). Also, the deposition time of individual pairs of copper and nickel layers (cycle) varies with the growth of nanowires. This is due to a change in the deposition conditions of each of the metals as the pore channel is filled (by diffusion features of the deposition of a narrow pore channel). The total growth time can be determined by the formula
Figure 00000001

где tобщее _ общее время роста;where t total _ total growth time;

t1i - время роста медного слоя;t 1i is the growth time of the copper layer;

t2i - время роста i-того никелевого слоя;t 2i is the growth time of the i-th nickel layer;

i - физический номер цикла,i is the physical number of the cycle,

N - количество пар слоев.N is the number of pairs of layers.

Пятая операция способа заключается в отделении полученного массива слоевых нанопроволок на медной подложке от полимерной матрицы. Операция проводится путем химического растворения полимерной матрицы или механического удаления полимерной матрицы. При химическом растворении матрицы ее растворяют в растворе NaOH с концентрацией от 220 г/л до 260 г/л при температурах в интервалах от 60 до 80°С, а затем полученные двухкомпонентные нанопроволоки никель-медь на медной подложке промывают.The fifth step of the method is to separate the resulting array of layered nanowires on a copper substrate from the polymer matrix. The operation is carried out by chemical dissolution of the polymer matrix or mechanical removal of the polymer matrix. When the matrix is chemically dissolved, it is dissolved in a NaOH solution with a concentration of 220 g / l to 260 g / l at temperatures in the range of 60 to 80 ° C, and then the obtained two-component nickel-copper nanowires on a copper substrate are washed.

Шестая операция способа - вытравливание медной подложки и слоев меди из полученных нанопроволок. Операцию проводят путем растворения меди в растворе NH4OH (150-200 г/л) и CuSO4*5H2O (1 г/л) при комнатной температуре.The sixth step of the method is the etching of a copper substrate and copper layers from the obtained nanowires. The operation is carried out by dissolving copper in a solution of NH 4 OH (150-200 g / l) and CuSO 4 * 5H 2 O (1 g / l) at room temperature.

Седьмая операция способа- перенос полученной взвеси никелевых наностержней из травильного раствора в воду с помощью магнита.The seventh step of the method is the transfer of the obtained suspension of nickel nanorods from the etching solution into water using a magnet.

Примеры реализации способа.Examples of the method.

Пример 1Example 1

Получение цилиндрических магнитных наностержней из никеля с диаметром 100 нм и длиной 400 нм.Obtaining cylindrical magnetic nanorods of nickel with a diameter of 100 nm and a length of 400 nm.

Использовалась матрица - полимерная пленка со следующими характеристиками: диаметр пор - 100 нм; плотность облучения - 1,2 * 109 см-2; толщина - 12 мкм. Образец площадью 30 см2 с одной стороны покрывали методом термического вакуумного распыления тонким слоем меди на ВУП-4; толщина слоя - 50 нм. Напыленный слой затем укрепляли гальванически- путем дополнительного электроосаждения меди. Осаждение производили в растворе CuSO4 * 7Н2O - 200 г/л и H2SO4 - 10 г/л. При этом в гальванической ячейке образец располагали горизонтально. Процесс вели при постоянном токе - 400 мА в течение 30 минут. В результате одна сторона пленки полностью была закрыта проводящим слоем толщиной 7,5 мкм. Полученную пленку (матрицу) разрезали на отдельные фрагменты площадью 5 см2.We used a matrix - a polymer film with the following characteristics: pore diameter - 100 nm; radiation density - 1.2 * 10 9 cm -2 ; thickness - 12 microns. A sample with an area of 30 cm 2 was coated on one side by thermal vacuum spraying with a thin layer of copper at VUP-4; layer thickness - 50 nm. The sprayed layer was then galvanically strengthened by additional electrodeposition of copper. Precipitation was performed in a solution of CuSO 4 * 7H 2 O - 200 g / l and H 2 SO 4 - 10 g / l. In this case, the sample was placed horizontally in a galvanic cell. The process was conducted at a constant current of 400 mA for 30 minutes. As a result, one side of the film was completely covered by a conductive layer with a thickness of 7.5 μm. The resulting film (matrix) was cut into individual fragments with an area of 5 cm 2 .

Далее матрицу фиксировали в специальной гальванической ячейке, при этом площадь осаждения составляла 2,5 см2. Процесс электроосаждения проводили с помощью программируемого потенциостата - гальваностата Elins Р - 2Х. Прибор позволял проводить измерения параметров электроосаждения и переключать режимы электроосаждения (потенциал) в зависимости от времени и/или фиксируемых показателей. Для получения слоевых нанопроволок, которые в дальнейшем будут разделены на отдельные наностержни, применяли электролит следующего состава: Н3ВО3 - 32,5 г/л; CuSO4*5H2O - 6,2 г/л; NiSO4*7H2O - 196,5 г/л. Режим осаждения задавали для получения тонких медных (жертвенных) слоев и никелевых (функциональных) длиной 400 нм. Для получения подобных структур применяли импульсный режим -: потенциал изменяли скачкообразно от 0,7 В (рост медных слоев) до 1,8 В (рост никелевых слоев). По завершению роста никелевого слоя цикл повторялся. Количество циклов - 5. Переключение потенциала происходило при достижении определенного заряда. Для слоя меди он составлял - 270 мКл; для слоя никеля - 690 мКл.Next, the matrix was fixed in a special galvanic cell, while the deposition area was 2.5 cm 2 . The electrodeposition process was carried out using a programmable potentiostat - galvanostat Elins P - 2X. The device made it possible to measure electrodeposition parameters and switch the electrodeposition modes (potential) depending on time and / or fixed parameters. To obtain layered nanowires, which will be further divided into separate nanorods, an electrolyte of the following composition was used: H 3 BO 3 - 32.5 g / l; CuSO 4 * 5H 2 O - 6.2 g / l; NiSO 4 * 7H 2 O - 196.5 g / l. The deposition mode was set to obtain thin copper (sacrificial) layers and nickel (functional) 400 nm long. To obtain such structures, we used the pulsed mode -: the potential changed stepwise from 0.7 V (growth of copper layers) to 1.8 V (growth of nickel layers). Upon completion of the growth of the nickel layer, the cycle was repeated. The number of cycles is 5. The potential was switched when a certain charge was reached. For the copper layer, it was - 270 mC; for a nickel layer - 690 μl.

Полученный массив наностержней отделяли от трековой мембраны. Для этого матрицу (трековая мембрана) растворяли в растворе NaOH - 240 г/л при температуре 60°С в течении 2 часов. Затем выделенный массив нанопроволок, состоящий из отдельных гетероструктурных наностержней, зафиксированных на общей медной подложке, промывали в дистиллированной воде.The resulting array of nanorods was separated from the track membrane. For this, the matrix (track membrane) was dissolved in a NaOH solution - 240 g / l at a temperature of 60 ° C for 2 hours. Then, the selected array of nanowires, consisting of individual heterostructured nanorods fixed on a common copper substrate, was washed in distilled water.

На следующем этапе растворяли медь (общая подложка и «жертвенные» слои меди в каждой из нанопроволок) в растворе NH4OH - 200 г/л и CuSO4*5H2O - 1 г/л, в течение 72 часов, при комнатной температуре.At the next stage, copper (the common substrate and the “sacrificial” layers of copper in each of the nanowires) was dissolved in a solution of NH 4 OH - 200 g / l and CuSO 4 * 5H 2 O - 1 g / l, for 72 hours, at room temperature .

После удаления меди в травильном растворе образовывалась взвесь отдельных цилиндрических наностержней требуемого размера. Травильный раствор сливали, а взвесь промывали в дистиллированной воде и оставляли в воде для хранения и последующего использования. На данном этапе все манипуляции с наностержнями проводили при помощи магнита обернутого в полимерную пленку.After copper removal in the etching solution, a suspension of individual cylindrical nanorods of the required size was formed. The pickling solution was drained, and the suspension was washed in distilled water and left in water for storage and subsequent use. At this stage, all manipulations with nanorods were carried out using a magnet wrapped in a polymer film.

Пример 2Example 2

Получение цилиндрических магнитных наностержней из никеля с диаметром 70 нм и длиной 200 нм.Obtaining cylindrical magnetic nanorods of nickel with a diameter of 70 nm and a length of 200 nm.

Использовали матрицы со следующими характеристиками: диаметр пор - 70 нм; плотность облучения - 7,8 * 10 см-2; толщина - 12 мкм.Used matrices with the following characteristics: pore diameter - 70 nm; radiation density - 7.8 * 10 cm -2 ; thickness - 12 microns.

Напряжения роста каждого слоя были такими же, как в примере 1. Заряд для осаждения медных слоев (100 нм) - 880 мКл; для никелевых слоев (200 нм) - 1120 мКл.The growth stresses of each layer were the same as in Example 1. The charge for the deposition of copper layers (100 nm) was 880 mC; for nickel layers (200 nm) - 1120 μl.

Для электроосаждения использовали электролит того же состава. Подготовка матрицы, последующее (после выращивания) удаление трековой мембраны и селективное травление меди происходили в режиме, описанном в примере 1.For electrodeposition, an electrolyte of the same composition was used. Preparation of the matrix, subsequent (after growing) removal of the track membrane and selective etching of copper occurred in the mode described in example 1.

Проведенные опыты по получению наностержней никеля с регулируемым аспектным отношением показывают промышленную применимость предлагаемого способа.The experiments on obtaining nickel nanorods with an adjustable aspect ratio show the industrial applicability of the proposed method.

Claims (1)

Способ получения наностержней никеля с регулируемым аспектным отношением, включающий изготовление трековой полимерной матрицы, имеющей сквозные каналы-поры, приготовление электролита из смеси водных растворов солей никеля и меди, создание на поверхности матрицы слоя меди, заполнение пор матрицы чередующимися слоями меди и никеля путем их гальванического осаждения, отделение полученных длинных стержней из чередующихся слоев никеля и меди, образующих нанопроволоки, из пор полимерной матрицы, отличающийся тем, что на одну из сторон матрицы наносят используемый в качестве подложки слой меди путем предварительного вакуумно-термического напыления с последующим наращиванием слоя меди до толщины 3-7 мкм в гальванической ванне с медным купоросом, затем матрицу, одна из сторон которой покрыта слоем меди, погружают в гальваническую ванну, содержащую смесь электролитов солей Н3ВО3 - 25-35 г/л; CuSO4×5H2O - 4-8 г/л; NiSO4×7H2O - 160-220 г/л при соотношении солей никеля и меди в диапазоне от 20:1 до 30:1, циклически изменяют напряжение 0,7 В и 1,8 В для осаждения по отдельности слоев меди и никеля, при этом длительность подачи каждого из напряжений определяется величиной протекшего заряда, которую устанавливают опытным путем в зависимости от площади образца, плотности пор полимерной матрицы, осаждаемого материала и толщины слоя, после заполнения пор слоями меди и никеля трековую полимерную матрицу растворяют в растворе NaOH с концентрацией от 220 г/л до 260 г/л при температурах в интервалах от 60 до 80°С, промывают полученные нанопроволоки, состоящие из чередующихся слоев меди и никеля на медной подложке, а затем растворяют слой меди подложки и одновременно вытравливают из нанопроволок слои меди в растворе NH4OH (150-200 г/л) и CuSO4×5H2O (1 г/л) при комнатной температуре, полученную взвесь из слоев никеля, образующих никелевые наностержни, из травильного раствора переносят в воду с помощью магнита.A method for producing nickel nanorods with an adjustable aspect ratio, including the manufacture of a track polymer matrix having through pore channels, preparing an electrolyte from a mixture of aqueous solutions of nickel and copper salts, creating a copper layer on the matrix surface, filling the matrix pores with alternating layers of copper and nickel by galvanic deposition, separation of the obtained long rods from alternating layers of nickel and copper forming nanowires from the pores of the polymer matrix, characterized in that a copper layer used as a substrate is deposited on one side of the matrix by preliminary vacuum thermal spraying followed by the growth of the copper layer to a thickness 3-7 microns in a galvanic bath with copper sulfate, then a matrix, one of the sides of which is coated with a layer of copper, is immersed in a galvanic bath containing a mixture of electrolytes of salts of H 3 BO 3 - 25-35 g / l; CuSO 4 × 5H 2 O - 4-8 g / l; NiSO 4 × 7H 2 O - 160-220 g / l with a ratio of nickel and copper salts in the range from 20: 1 to 30: 1; the voltages of 0.7 V and 1.8 V are cyclically changed to separately deposit copper and nickel layers in this case, the duration of each of the voltages is determined by the amount of leaking charge, which is determined experimentally depending on the area of the sample, the pore density of the polymer matrix, the deposited material and the thickness of the layer, after filling the pores with copper and nickel layers, the track polymer matrix is dissolved in a NaOH solution with a concentration from 220 g / l to 260 g / l at temperatures in the range from 60 to 80 ° C, the resulting nanowires consisting of alternating layers of copper and nickel on a copper substrate are washed, and then the copper layer of the substrate is dissolved and the copper layers are etched from the nanowires a solution of NH 4 OH (150-200 g / l) and CuSO 4 × 5H 2 O (1 g / l) at room temperature, the suspension obtained from nickel layers forming nickel nanorods is transferred from the etching solution to water using new magnet.
RU2020104952A 2020-02-04 2020-02-04 Method of producing nickel-bearing nanorods with controlled aspect ratio RU2724264C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020104952A RU2724264C1 (en) 2020-02-04 2020-02-04 Method of producing nickel-bearing nanorods with controlled aspect ratio

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020104952A RU2724264C1 (en) 2020-02-04 2020-02-04 Method of producing nickel-bearing nanorods with controlled aspect ratio

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724264C1 true RU2724264C1 (en) 2020-06-22

Family

ID=71135778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020104952A RU2724264C1 (en) 2020-02-04 2020-02-04 Method of producing nickel-bearing nanorods with controlled aspect ratio

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724264C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770919C1 (en) * 2021-06-07 2022-04-25 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" Method for producing layered nanowires from ferromagnetic metals with a programmable structure and a device for its implementation
RU2774669C1 (en) * 2021-12-17 2022-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Method for obtaining multilayer nanowires consisting of alternating layers of copper and nickel-copper alloy

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2289635B1 (en) * 1974-11-04 1980-01-11 Int Nickel Canada
US4416743A (en) * 1982-01-07 1983-11-22 Manchem Limited Electrolysis using two electrolytically conducting phases
CN105543890A (en) * 2015-12-10 2016-05-04 沈阳弘圣鑫电解技术研发有限公司 Copper paste filling type cathode plate conductive rod for copper electrolysis and nickel electrolysis and manufacturing method of copper paste filling type cathode plate conductive rod
RU2650658C1 (en) * 2016-12-19 2018-04-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Multilayer magnetoresistive nanowires

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2289635B1 (en) * 1974-11-04 1980-01-11 Int Nickel Canada
US4416743A (en) * 1982-01-07 1983-11-22 Manchem Limited Electrolysis using two electrolytically conducting phases
CN105543890A (en) * 2015-12-10 2016-05-04 沈阳弘圣鑫电解技术研发有限公司 Copper paste filling type cathode plate conductive rod for copper electrolysis and nickel electrolysis and manufacturing method of copper paste filling type cathode plate conductive rod
RU2650658C1 (en) * 2016-12-19 2018-04-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Multilayer magnetoresistive nanowires

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770919C1 (en) * 2021-06-07 2022-04-25 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" Method for producing layered nanowires from ferromagnetic metals with a programmable structure and a device for its implementation
RU2774669C1 (en) * 2021-12-17 2022-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Method for obtaining multilayer nanowires consisting of alternating layers of copper and nickel-copper alloy
RU2787291C1 (en) * 2022-05-05 2023-01-09 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" Method for producing a catalyst for co oxidation based on copper nanowires

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Molares et al. Single‐crystalline copper nanowires produced by electrochemical deposition in polymeric ion track membranes
US9840789B2 (en) Etching in the presence of alternating voltage profile and resulting porous structure
KR102088094B1 (en) The Nanoscale Metal Nanowire and The Fabrication Method Of The Same
Ramazani et al. A new approach to fabricating magnetic multilayer nanowires by modifying the ac pulse electrodeposition in a single bath
RU2724264C1 (en) Method of producing nickel-bearing nanorods with controlled aspect ratio
Li et al. Nickel nanotube array via electroplating and dealloying
Chen et al. Facile preparation and magnetic properties of Ni nanotubes in polycarbonate ion-track templates
JP4374439B2 (en) Metal nanotube manufacturing apparatus and metal nanotube manufacturing method
US20180371631A1 (en) Exposed segmented nanostructure arrays
Stegmann et al. Platinum nanowires with pronounced texture, controlled crystallite size and excellent growth homogeneity fabricated by optimized pulsed electrodeposition
EP1230443A1 (en) Method for electrodeposition of metallic multilayers
Hossain et al. Increasing the structural and compositional diversity of ion-track templated 1D nanostructures through multistep etching, plastic deformation, and deposition
KR101548704B1 (en) Silicon nanowire array, anode of lithium ion battery and fabricating method for the same
Huang et al. The fabrication of short metallic nanotubes by templated electrodeposition
KR20120066434A (en) Method for manufacturing ag nano-wire by using plasma sputtering
Kwag et al. Co–Ni alloy nanowires prepared by anodic aluminum oxide template via electrochemical deposition
WO2014030779A1 (en) Formation method for copper material formed so as to have nano-bicrystal structure, and copper material produced thereby
RU2770919C1 (en) Method for producing layered nanowires from ferromagnetic metals with a programmable structure and a device for its implementation
Kumar et al. Electrodeposition of copper nanowires in ion-crafted membranes as templates
US10818836B2 (en) Process for fabricating a piezoelectric nanogenerator, piezoelectric nanogenerator obtained by this process and device including such a piezoelectric nanogenerator
Kumar et al. SEM morphology and XRD characterization of Ni microstructure arrays synthesized by dc electrodeposition in porous polycarbonate templates
Kozlovskii et al. Structural and Conductive Characteristics of Fe/Co Nanotubes
Matei et al. Metallic Nanowires and Nanotubes Prepared by Template Replication
KR101349744B1 (en) Nano structure and method of manufacturing the same
Matei et al. Sequential deposition of multisegment nanowires