Матрицы на основе наноструктурированного пористого анодного оксида алюминия для функциональных применений

Методом электрохимического двухстадийного анодирования изготовлены матрицы на основе пористого анодного оксида алюминия (МПАОА). Диаметр пор после селективного травления барьерного слоя составлял 70; 50–75; 100–200 нм для толщин матриц 1,3–2,5; 70,0; 13,5–60,0 мкм соответственно. Заполнение пор матриц осуществлялось методом электрохимического осаждения Ni и Cu/CoNi. Исследования морфологии, магнитных, электрохимических свойств и удельного сопротивления магнитных структур в матрице проводили методом сканирующей электронной микроскопии, вибрационной магнитометрии, вольтамперометрии (линейная поляризация) и четырехзондовым методом соответственно. Исследование магнитных характеристик Ni-нанопроволок показало, что нанопроволоки в МПАОА обладают ферромагнитными свойствами, коэрцитивная сила достигает более 750 кЭ, а коэффициент прямоугольности – до 0,65. Изучение экспериментальных поляризационных кривых позволило сделать вывод, что МПАОА не только является основой для шаблонного синтеза, но и выполняет защитные функции. Многослойные Cu/CoNi нанопроволоки в матрицах МПАОА характеризуются отрицательным гигантским магнитосопротивлением (ГМС), которое критически зависит от соотношения «длина/толщина» нанопроволок, количества слоев и их толщины, качества границ раздела чередующихся слоев, химической чистоты. Результаты исследований продемонстрировали перспективность применения матриц из пористого анодного оксида алюминия в качестве основы для шаблонного синтеза функциональных ферромагнитных наноматериалов для использования в биомедицине, сенсорике, микро- и наноэлектронике.

1. Ferry, D. K. Nanowires in nanoelectronics / D. K. Ferry // Science. – 2008. – Vol. 319. – P. 579–580. https://doi.org/10.1126/science.1154446

2. Long term stability of nanowire nanoelectronics in physiological environments / W. Zhou [et al.] // Nano Lett. – 2014. – Vol. 14. – P. 1614–1619. https://doi.org/10.1021/nl500070h

3. Шиманович, Д. Л. Методы электрохимического формирования однослойных и двухслойных мембранных структур на основе наноструктурированного анодного оксида алюминия / Д. Л. Шиманович, В. А. Сокол, Д. И. Чушкова // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2014. – №. 2. – С. 19–23.

4. Zhou, Z. Progress in nanoporous templates: beyond anodic aluminum oxide and towards functional complex materials / Z. Zhou, S.S. Nonnenman // Nanomater. – 2019. – Vol. 12. – 2535. https://doi.org/10.3390/ma12162535

5. Toward mechano-spintronics: Nanostructured magnetic multilayers for the realization of microcantilever sensors featuring wireless actuation for liquid environments / A. Chiolerio [et al.] // J. Intell. Mater. Syst. Struct. – 2012. – Vol. 24, iss. 18. – P. 2189–2196. https://doi.org/10.1177/1045389X12445031

6. FeNi nanotubes: Perspective tool for targeted delivery / E. Kaniukov [et al.] // Appl. Nanosci. – 2019. – Vol. 9, iss. 5. – P. 835–844. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0762-4

7. Novel Fabrication Method for a High-Performance Soft-Magnetic Composite Composed of Alumina-Coated Fe-Based Metal Powder / S. Choi [et al.] // J. Electronic Mater. – 2021, vol. 50, iss. 2, pp. 664–674. https://doi.org/10.1007/s11664-020-08607-8

8. FeCo nanotubes: Possible tool for targeted delivery of drugs and proteins / A. Kozlovskiy [et al.] // Appl. Nanosci. – 2019. – Vol. 9, iss. 5. – P. 1091–1099. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0889-3

9. High corrosion-resistance nanocrystalline Ni coating on AZ91D magnesium alloy / C. Gu [et al.] // Surf. Coat. Technol. – 2006. – Vol. 200, iss. 18–19. – P. 5413–5418. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.07.001

10. Grain size effect in corrosion behavior of electrodeposited nanocrystalline Ni coatings in alkaline solution / L. Wang [et al.] // Scr. Mater. – 2006. – Vol. 55, iss.7. – P. 657–660. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2006.04.009

11. Composite electrodeposition to obtain nanostructured coatings / L. Benea [et al.] // J. Electrochem. Soc. – 2001. – Vol. 148, no.7. – P. C461–C465. https://doi.org/10.1149/1.1377279

12. Danişman, M. Effect of Cr content on mechanical and electrical properties of Ni-Cr thin films / M. Danişman, N. Cansever // J. Alloys Compd. – 2010. – Vol. 493, – P. 649–653. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.12.180.

13. Structure and magnetic properties of ferromagnetic nanowires in self-assembled arrays / H. Zeng [et al.] // Phys. Rev. B. – 2002. – Vol. 65, iss.13. – P. 1–8. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.134426

14. A comparison of the magnetic properties of Ni and Co nanowires deposited in different templates and on different substrates / O. Yalçın [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 2015. – Vol. 373. – P. 207–212. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.04.004

15. Fabrication and magnetic properties of nickel nanowires / S.W. Lin [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 2004. – Vol. 282. – P. 28–31. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2004.05.023

16. Magnetic behaviour of densely packed hexagonal arrays of Ni nanowires: Influence of geometric characteristics / M. Vázquez [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 2005. – Vol. 294. – P. 174–181. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.03.032

17. Targeting and retention of magnetic targeted carriers (MTCs) enhancing intra-arterial chemotherapy / S. Goodwin [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 1999. – Vol. 194, iss. 1–3. – P. 132–139. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(98)00584-8

18. Sellmyer, D. J. Magnetism of Fe, Co and Ni nanowires in self-assembled arrays / D. J. Sellmyer, M. Zheng, R. Skomski // J. Phys. Condens. Matter. – 2001. – Vol. 13, iss. 25. – P. R433–R460. https://doi.org/10.1088/0953-8984/13/25/201

19. Osmanbeyoglu, H. U. Thin alumina nanoporous membranes for similar size biomolecule separation / H. U. Osmanbeyoglu, T. B. Hur, H. K. Kim // J. Memb. Sci. – 2009. – Vol. 343, iss. 1–2. – P. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2009.07.027

20. Corrosion behaviour of biomaterials in synthetic biological solutions / R. Nagalakshmi [et al.] // Eur. Chem. Bull. 2013. – Vol. 2, iss. 4. – P. 171–179.

21. Magnetic properties of Ni nanowires in self-assembled arrays / M. Zheng [et al.] // Phys. Rev. B. – 2000. – Vol. 62, iss. 18. – P. 12282–12286. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.12282

22. Fabrication and magnetic properties of metallic nanowires via AAO templates / S. Thongmee [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 2009. – Vol. 321, iss. 18. – P. 2712–2716. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2009.03.074

23. Magnetic properties of graphitically encapsulated nickel nanocrystals / J.-H. Hwang [et al.] // J. Mater. Res. – 1997. – Vol. 12, iss. 4. – P. 1076–1082. https://doi.org/10.1557/JMR.1997.0150

24. Srinivasan, V. An Electrochemical Route for Making Porous Nickel Oxide Electrochemical Capacitors / V. Srinivasan, J. M. Weidner // J. Electrochim. Soc. – 1997. – Vol. 144, iss. 8. – P. L210–L213. https://doi.org/10.1149/1.1837859

25. GMR in multilayered nanowires electrodeposited in track-etched polyester and polycarbonate membranes / F. Nasirpouria [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 2007. – Vol. 308, iss. 1. – P. 35–39. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.04.035

26. Arrays of nanowires of magnetic metals and multilayers: Perpendicular GMR and magnetic properties / L. Piraux [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 1997. – Vol. 175, iss. 1. – P. 127–136. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(97)00157-1