본 연구에서는 3층 동축 나노케이블의 새로운 제조법을 개발했습니다. Nd/FM(FM=Fe, Co, Ni)/PA66 3층 동축 나노케이블을 외부에서 내부로 층별로 성공적으로 조립했습니다. PA66 나노튜브(외부 쉘)는 폴리머 용액으로 AAO 템플릿을 적셔 제조했습니다. 강자성 금속과 Nd를 미리 준비된 PA66 나노튜브에 증착해 각각 중간층과 내부 코어로 삼았습니다. 결과는 구조가 자기적 특성에 영향을 미치며, 나노케이블 제조로 각 층, 길이, 두께를 조절할 수 있음을 보여줍니다.
동축 나노케이블은 복합 시스템에서 특수한 1차원 나노구조로, 독특한 구조와 특성으로 많은 관심을 끌었습니다. 따라서 촉매, 에너지 저장, 광전 재료, 나노바이오기술, 환경 보호, 자기 센서, 자기 기록 매체 등 분야에 잠재적 응용이 있습니다[1-11]. 자기 기록 매체 개발은 초상자성[12]과 평면 기록 한계에 의해 제한됩니다. 수직 기록은 2차원이 아닌 수직 3차원 열에 데이터를 기록합니다. 이러한 한계 극복을 위해 나노소재 구조나 물질의 유효 이방성을 혁신·개선할 수 있습니다. 강자성 실린더가 이 목표 달성을 위한 매체로 제안됩니다.
강자성 실린더에는 자기 다층 나노와이어, 나노케이블, 강자성 나노튜브와 나노와이어가 포함됩니다. 강자성 나노튜브/나노와이어와 비교해 자기 다층 나노와이어/나노케이블은 자기적 특성을 효과적으로 개선하고[13-16] 응용 분야를 확장했습니다. 다양한 제조법 중 템플릿 기반 방법이 가장 흔히 사용됩니다. 전기도금 나노실린더의 크기, 형태, 구조적 특성은 템플릿과 전기도금 파라미터로 제어됩니다. 잘 알려진 대로 영구자석 재료는 강자성 물질과 희토류 금속으로 구성됩니다. 이에 영감을 받아 희토류 원소 도핑 강자성 나노와이어를 제조해 복합체 자기 특성을 변경할 수 있습니다[17]. 우리가 아는 한 Nd 도핑 자기 나노케이블은 거의 보고되지 않았습니다. 우리는 희토류 도핑 다층 나노케이블 어레이를 제조하고 자기적 특성을 조사한 바 있습니다[18].
여기서는 수정제 없이 최첨단 나노케이블 제조법의 개요를 제시합니다. 규칙적 채널과 다양한 크기 범위를 가진 양극산화 알루미늄 산화물(AAO) 템플릿을 사용해 나노튜브, 나노와이어, 나노케이블에 적합하게 Nd/FM(FM=Fe, Co, Ni)/PA66 3층 동축 나노케이블을 층별로 제조했습니다. 최외층 PA66 나노튜브는 용액 적심으로 AAO 템플릿에서 제작했습니다. 폴리머 나노튜브로 된 외부 쉘은 내부 금속 코어의 산화와 침식을 방지하면서 우수한 전도성과 자성을 유지합니다. 중간층 강자성 나노튜브와 내부 Nd 나노와이어는 전기도금으로 증착했으며, 전기도금으로 기하학적 구조를 효과적으로 제어할 수 있습니다. 동축 나노케이블의 자기적 특성을 연구했습니다.
폴리아미드 66(PA66) 나노튜브는 2-6 wt% PA66 개미산 용액으로 AAO 템플릿(직경 약 200 nm, 두께 약 60 μm)을 적셔 얻었습니다. PA66 용액 한 방울을 유리 슬라이드에 놓고 AAO 템플릿을 덮었습니다. 40초 후 PA66 나노튜브를 얻었습니다. PA66 박막을 개미산으로 처리해 나노튜브를 개방했습니다. 그런 다음 PA66/AAO 복합 막 한쪽에 얇은 Au 박막을 스퍼터링해 작업 전극으로 삼았습니다.
전해질 용액으로 0.7 M Ni²⁺, 0.8 M Co²⁺, 0.8 M Fe²⁺ 수용액을 각각 제조했습니다. Ni²⁺에 -1.0 V/SCE, Co²⁺와 Fe²⁺에 -1.2 V/SCE를 적용해 PA66 나노튜브 내부에 각각 Ni, Co, Fe 나노튜브를 15분간 전기도금해 FM/PA66 이중 나노튜브를 얻었습니다.
1.0 M Nd³⁺ 전해질 용액을 제조하고 -2.5 V 직류를 입력해 FM/PA66 동축 나노튜브 내부에 Nd 나노와이어를 60분간 전기도금해 Nd/FM/PA66 동축 나노케이블을 형성했습니다.
위 전기도금 실험에서 백금 박막을 대극으로, 포화 KCl 용액의 Ag/AgCl 전극을 참조 전극으로 사용했습니다. 그림 1은 3층 나노케이블 제조 개략도입니다:
주사전자현미경(SEM; JEOL JSM-6390LV)과 투과전자현미경(TEM; CM200-FEG, GIF 장착)으로 나노구조를 특성화했습니다. TEM 측정용으로 희석 시편 5 µL를 구리 그리드에 놓고 증발 후 관찰했습니다. 원소 분석은 X선 회절(XRD; Bruker D8 Advance, Cu-Kα 방사선, λ = 1.5418 Å)로 수행했습니다. FM 이중 나노튜브와 Nd/FM/PA66 나노케이블의 자화 측정은 실온에서 진동시료자력계(VSM; Lakeshore 7307)로 수행했습니다.
PA66 나노튜브와 FM 나노튜브가 같은 길이로 자라도록 더 나은 조건을 찾기 위해 일련의 조건 실험을 수행했습니다. FM/PA66 나노튜브의 나노구조는 그림 2에 나와 있습니다. 그림 2a, c, e의 SEM 이미지에서 FM 나노튜브와 PA66 나노튜브가 거의 같은 길이를 가지며, 나노튜브 입구가 거의 열려 있음을 볼 수 있습니다. AAO 템플릿 제거 후 FM/PA66 나노튜브는 규칙적 어레이를 형성했습니다. TEM 이미지는 이중층 나노튜브의 나노구조를 추가로 입증합니다. 그림 2b, d, f에서 PA66 나노튜브 벽이 시스로서 연속적임을 볼 수 있습니다. FM 나노입자가 PA66 나노튜브 내벽에 고르게 분포해 있습니다. 이전 연구[19]에서 나노입자 직경은 약 5 nm이며, 각 나노입자는 자기 영역으로 간주됩니다. 일정량의 FM 나노입자가 합쳐져 FM 나노튜브를 형성합니다. 따라서 PA66 나노튜브와 FM 나노튜브가 이중층 동축 나노튜브를 형성합니다.
희토류 금속은 영구자석의 구성 원소 중 하나입니다. 이에 영감을 받아 위 이중층 나노튜브 내부에 Nd를 전기도금해 3층 동축 나노케이블을 만들었습니다. Nd/FM/PA66 나노구조 형태는 그림 3에 나와 있습니다. SEM 이미지에서 나노구조가 다층이며 거의 같은 길이를 가짐을 볼 수 있습니다(나노구조 크기 파라미터는 표 1 참조). 폴리머와 금속 계면 간 대비가 TEM 이미지에서 명확히 보입니다. 그림 3b의 Nd/Ni/PA66 나노케이블 TEM 이미지에서 외부층과 내부층 간 대비가 명확합니다. 최외층은 균일하고 연속적인 벽을 가진 PA66 나노튜브이며, 내부층은 Nd와 Ni로 구성돼 밀집돼 있습니다. Nd와 Ni는 모두 금속이라 대비가 구별되지 않습니다. 그림 3d, f에서 나노구조가 코어/쉘 구조임이 명백합니다. 마찬가지로 PA66과 FM 간 대비는 명확하나 두 금속 간은 불분명합니다.
시편의 X선 회절 패턴은 그림 4에 나와 있습니다. 2θ 44.32°와 75.72°에서 관찰된 뚜렷한 회절 피크는 Co의 (111)과 (220) 결정면과 일치합니다. Fe의 (101)과 (105) 회절 피크는 2θ = 44.32°와 77.56°에 대응하며, Ni의 (011)과 (103) 회절 피크도 각각 2θ = 44.32°와 77.56°에 대응합니다. 2θ = 77.56°는 Nd (206)의 전형적 회절 피크이기도 합니다. 스퍼터링된 Au 박막에서 기인한 Au의 회절 피크(2θ 37.78°, 64.48°, 77.56°, 81.77°)도 포괄적으로 나타나며, Au 값이 커서 일부 피크가 Fe, Co, Ni 피크와 중첩됩니다.
AAO 템플릿에 캡슐화된 모든 시편의 자성을 측정했습니다. AAO 템플릿은 일정한 반자성을 가져 시료의 자기 에너지를 약간 감소시킵니다. 그림 5a-f는 FM/PA66 나노튜브와 Nd/FM/PA66 나노케이블의 자화 히스테리시스(M-H) 루프를 보여줍니다. 나노튜브와 나노케이블 모두 자기 이방성을 가짐을 알 수 있습니다. 두 시스템이 같은 외경을 가져 나노튜브와 나노케이블의 자기 이방성을 결정한다는 것은 쉽게 이해할 수 있습니다. Nd 증착 후 나노케이블의 자성이 나노튜브보다 강해집니다. 이는 Nd가 전형적인 희토류 금속으로서 큰 스핀-궤도 결합을 가지며, Nd 나노입자가 복합 계면에서 FM 금속으로 확산돼 함께 작용해 시너지 효과를 내고 Nd/FM/PA66 나노케이블의 자기 이방성을 강화하기 때문입니다[20]. 그림 5에 따라 세 시스템의 자기 파라미터는 표 2에 나와 있습니다. 나노케이블의 자기 파라미터인 보자력과 장축 방향 잔류 자화가 수직 방향과 나노튜브보다 큼을 명확히 알 수 있습니다.
Nd/FM(FM=Fe, Ni, Co)/PA66 3층 나노케이블 어레이가 각각 성공적으로 제조되었습니다. Nd/FM/PA66 나노케이블은 희토류 금속 특성과 FM과의 시너지 효과로 높은 자기 이방성을 보입니다. 이 나노케이블 어레이는 새로운 자기 나노구조를 제공할 뿐만 아니라 수직 자기 기록과 전자 소재에 잠재적 응용이 있습니다.
나노물질
초록 강자성, 탄성 이방성, 캐리어 이동도, 조절 가능한 밴드 구조를 갖춘 2차원(2D) 15족 소재를 탐색하는 것은 끊임없이 발전하는 나노소자 개발의 핵심 열쇠입니다. 입자 군집 최적화(PSO) 기법과 밀도 함수 이론(DFT) 최적화를 결합하여, 다양한 x/y 배위수(1/1, 1/2, 1/3 등)를 가진 2D SnₓPᵧ 단일층을 연구했습니다. 70K와 300K에서 분자 동역학 시뮬레이션을 통해 열적 안정성이 확인되었으며, 이는 새로운 2D 소재가 안정적으로 존재할 수 있음을 나타냅니다. 네 가지 안정한 구조의 전자 밴드 구조 계산
초록본 연구에서는 무수 FeCl₃ 분말을 단일 공급원으로 사용해 750–950°C에서 화학 기상 증착(CVD)법으로 Si(100) 기판 상에 자가 촉매 β-FeSi₂ 나노와이어를 합성했습니다. 온도, 시간, 캐리어 가스 유량을 세밀하게 조절해 나노와이어 성장을 제어하고 조사했습니다. β-FeSi₂ 나노와이어 형태는 주사전자현미경(SEM)으로, 구조는 X선 회절(XRD)과 투과전자현미경(TEM)로 분석했습니다. 성장 메커니즘을 제안하고 철 실리사이드 나노와이어의 물리적 특성도 측정했습니다. β-FeSi₂ 자화 특성에서 나노와이어는 벌
