Highly ordered monocrystalline silver nanowire arrays Elevada
ordem de monocristais dos arranjos de nanofios de prata Yan
Franco
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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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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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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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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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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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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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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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OBRIGADO!