Highly ordered monocrystalline silver nanowire arrays Elevada ordem de monocristais dos arranjos de...

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  • Highly ordered monocrystalline silver nanowire arrays Elevada ordem de monocristais dos arranjos de nanofios de prata Yan Franco
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Introduo Tem sido obtidos cerca de 100% de enchimento dos poros com dimenses nanomtricas de prata. Dificuldade de conseguir um enchimento homogneo baseado nas instabilidades que ocorrem durante o crescimento dos nanofios de prata altamente condutores. Em outras publicaes relativas ao enchimento de nanoporos de prata com relao homogeneidade do enchimento, no abordado o problema, podendo ser deduzido a partir dos dados que apenas uma fraco muito baixa de enchimento tenha sido alcanado.
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Os modelos de alumina porosa de ordenadas hexagonais foram preparados atravs de 2 etapas do processo de anodizao. Preparao de modelos ( Template preparation) Etapa 1: Uma longa durao na oxidao de alumnio de elevada pureza e depois uma dissoluo completa da alumina porosa formando o modelo de substratos de alumnio. A superfcie da textura se manteve hexagonal o qual atua como uma mscara para a anodizao. Etapa 2: Aps a segunda oxidao, obtido uma matriz de nanoporos ordenados
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Os modelos de alumina porosa de ordenadas hexagonais foram preparados atravs de 2 etapas do processo de anodizao. Preparao de modelos ( Template preparation) Anodizao o processo de criar um filme de xido sobre certos metais por meio da imerso em um banho eletroltico no qual o metal a anodizar ligado ao plo positivo de uma fonte de eletricidade, transformando-se no anodo da cuba eletroltica.
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Preparao de modelos ( Template preparation) Etapas de preenchimento da estrutura. O substrato de Al pre-estrutrurado por anodizao durante um longo tempo at que os poros se organizem numa estrutura hexagonal. Em seguida, o xido de alumnio removido seletivamente. Comeando a partir de um substrato de Al pre- estruturado, uma estrutura de poro altamente ordenada de alumina que obtida numa segunda etapa de anodizao.
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Em seguida, os poros so preenchidos por eletrodeposio pulsado com prata. Preparao de modelos ( Template preparation) Etapas de preenchimento da estrutura. A camada de barreira mais fina e os poros so alargadas por ataque qumico isotrpico. Para um maior afinamento da camada de barreira, duas correntes limitadas de anodizao so utilizados e formao de poros dendriticos ocorrem na camada de barreira.
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais um processo utilizado para conseguir um revestimento muito fino e relativamente livre de poros. economicamente importante porque se consegue proteo adequada com uma camada bem fina, evitando-se excesso do metal eletrodepositado, que pode ser caro. Eletrodeposio Nesse processo, o material a ser protegido colocado como catodo de uma cuba eletroltica, onde o eletrlito contm sal do metal a ser usado no revestimento podendo o anodo ser tambm do metal a ser depositado. Usando a Lei de Faraday Por definio, a carga necessria para se depositar um equivalente eletroqumico de um material : e = m/n m = P/ A m = nmero de moles do material depositado P = peso do material depositado A = seu peso atmico n = o nmero de cargas envolvidas na reao Eletrodeposio com cobre
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Os poros so preenchidos com a prata sob condies constantes. Para alcanar um preenchimento uniforme dos poros, a escolha de um eletrlito adequado crucial. A fim de evitar o ataque corrosivo do molde de alumina, o pH do eletrlito tem de ser ajustado entre 4 e 8. Para fornecer a interface na deposio com ons metlicos a concentrao de espcies de prata eletroativo tem que ser elevado, caso contrrio, a liberao de hidrognio pode tornar-se dominante. Alm disso, a eletrodeposio pulsada atravs de uma camada de barreira de is olamento requer a polarizao negativa elevada. Eletrodeposio
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais A eletrodeposio pulsada consiste de pulsos modulados no intervalo de milissegundos. possvel obter reduo do consumo principalmente de aditivos, reduo do consumo de energia eltrica e produz revestimentos de melhor qualidade. A principal vantagem do emprego da corrente pulsada na deposio obter depsitos e codepsitos com propriedades qumicas e fsicas melhores que seus respectivos por deposio por corrente contnua. Eletrodeposio Pulsada Os metais depositados por corrente pulsada possuem menor quantidade de hidrognio adsorvido superfcie, diminuindo a tenso interna dos revestimentos quando comparados, aos obtidos por corrente contnua. A corrente pulsada gera mudanas significativas na morfologia, propriedades mecnicas e resistncia corroso dos depsitos. Isto torna essa tcnica de alto interesse industrial.
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Os modelos cheios de alumina foram examinadas por microscopia eletrnica de varredura para determinar o grau de enchimento dos poros e a extenso dos nanofios de prata. Caracterizao FIG. Micrografias de uma membrana de alumina cheia de prata. a- Vista de cima de uma amostra no desbastados; b - vista de cima de uma mesma amostra de aproximadamente 200 nm debaixo da superfcie inicial; c - vista lateral de uma fratura.
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Caracterizao Em alguns poros, os nanofios de prata atingiram a abertura dos poros de eletrodeposio produzindo excessivo crescimento tridimensional de partculas 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 nveis de cinzento que indicam diferentes nveis de profundidade do poro residual. FIG. Vista de cima de uma amostra no desbastados
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Caracterizao Simples corte de um substrato desbastado com um alicate de corte levando a uma fratura da camada rgida de alumina. A maior parte dos poros esto cheios com fios de prata brilhante para, pelo menos, 90% na altura. A falta de fios em alguns dos poros, bem como a presena de fios torcidos e roto pode ser facilmente explicada pela tenso mecnica evoluir durante o processo de clivagem da membrana de alumina. FIG. Vista lateral de uma fratura.
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Caracterizao Mostra um segmento de dois fios adjacentes tocam um ao outro ao longo de uma linha quase horizontal. A partir de difrao de eltrons rea selecionada, esses fios de prata so encontrados contendo um certo nvel de defeitos de rede, tais como fronteiras entre macias e defeitos de empilhamento. Enquanto o fio na parte inferior da fig. no apresenta defeitos de rede no quadro da imagem FIG. TEM - imagem de um segmento de dois nanofios de prata adjacentes. Cristalinidade e superfcie de configurao dos fios de prata foram analisados por ALTA- RESOLUO DA MICROSCOPIA ELECTRNICA DE TRANSMISSO.
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Discusso Durante os impulsos positivos, a capacitncia da camada de barreira descarregada. Alm disso, como apontado por Dobrev et al., a utilizao de impulsos positivos leva a nanofios monocristalinos. Outra instabilidade eletrosttica surge durante o crescimento dos fios de prata. Uma vez que os nanofios de Ag so sempre mais condutores que o eletrlito, pequenas flutuaes no comprimento do fio sero reforadas e levaram a um crescimento no uniforme. Para obter um enchimento homogneo por causa de um negativo, a resistividade do eletrlito deve ser menor do que a do fio de metal. Tal condio irreal para qualquer metal uma vez que a condutividade dos metais puros algumas ordens de magnitude superior ao do concentrado dos eletrlitos A nica possibilidade de preencher uma fina camada de alumina porosa , portanto, o modelo ser maior do que a espessura da membrana. Isto significa que o incio da instabilidade no ocorrer abaixo da espessura crtica tendo ento um enchimento homogneo.
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais Concluso No presente trabalho foi demonstrado que sob condies muito especficas de eletrodeposio pulsada, pode-se obter uma soluo homognea de quase 100% de enchimento de matrizes de poros com prata.
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  • Universidade Federal do Amazonas Engenharia de Materiais OBRIGADO!

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