From macro- to nanoscale electrodeposited iron-copper (Fe-Cu) for energy-efficient and sustainable applications
Aquest treball se centra en l'electrodeposició i l'estudi del sistema Fe-Cu, tant sobre substrats llisos per a l'obtenció de pel·lícules continues com en substrats proveïts amb un reticle o màscara, així com la fabricació i caracterització de motius de mida submicromètrica, nanobarres...
| Autor: | |
|---|---|
| Formato: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2019 |
| País: | España |
| Recursos: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:204082 |
| Acesso em linha: | https://ddd.uab.cat/record/204082 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palavra-chave: | Electrodeposició Materials magnètics |
| Resumo: | Aquest treball se centra en l'electrodeposició i l'estudi del sistema Fe-Cu, tant sobre substrats llisos per a l'obtenció de pel·lícules continues com en substrats proveïts amb un reticle o màscara, així com la fabricació i caracterització de motius de mida submicromètrica, nanobarres, microbarres i tubs, destinats a ésser utilitzats en una gran varietat d'aplicacions mediambientals i d'eficiència energètica. En primer lloc, s'han dissenyat diferents electròlits per al dipòsit electroquímic de recobriments FexCu1-x de diversos micròmetres de gruix en un ampli rang de composició (0≤x≤86). S'ha investigat l'efecte de diversos agents complexants i condicions d'electrodeposició com el pH, la temperatura i l'agitació magnètica del bany sobre la morfologia, estructura, composició elemental i comportament magnètic dels dipòsits obtinguts. S'ha vist que el Fe i el Cu es troben parcialment aliats, malgrat la baixa solubilitat mútua entre ells, i que la magnetització de saturació es pot modular fàcilment a través del contingut de Fe. A continuació, s'han extrapolat els protocols sintètics establerts per al creixement dels recobriments continus a la fabricació de pel·lícules primes amb una porositat jeràrquica aconseguida mitjançant electrodeposició sobre substrats decorats amb cristalls col·loïdals (colloidal crystal templating). S'ha avaluat la humectabilitat d'aquestes pel·lícules i la seva habilitat per extreure l'oli en mescles i emulsions aigua-oli. S'ha vist que l'elevada relació superfície-volum de les pel·lícules, juntament amb l'elevada rugositat derivada de la seva estructura macroporosa i el relleu nanomètric al llarg de les parets de porus, genera un marcat caràcter hidrofòbic / oleofílic dels dipòsits i una notòria capacitat d'absorció d'oli. A diferències de les capes contínues, que són més gruixudes, el grau d'aliatge entre el Fe i el Cu és total en les pel·lícules primes macroporoses de Fe75Cu25 i Fe85Cu15. A més, s'ha demostrat que l'elevada relació superfície-volum i la nanoporositat inherent de les estretes parets de porus de les pel·lícules macroporoses les han convertit en excel·lents candidates per al control de la magnetització mitjançant voltatge. De fet, s'aconsegueix una reducció de la coercitivitat fins a un 25% en ser polaritzades negativament. Aquesta és una metodologia prometedora per reduir el consum d'energia, ja que la inversió de magnetització s'aconsegueix aplicant camps magnètics més baixos (és a dir, els corrents elèctrics involucrats són més baixos i, per tant, la dissipació de potència per efecte Joule es minimitza). A continuació, tenint en compte la tendència actual cap a la miniaturització, s'han crescut estructures submicromètriques de tres geometries i mides diferents mitjançant electrodeposició sobre substrats prelitografiats. Aquests substrats es van preparar per litografia per feixos d'electrons per tal d'assegurar una elevada resolució dels motius. Tot i que la literatura existent sobre motius submicromètrics litografiats es basa principalment en estructures amb una alçada inferior a 50 nm, les estructures que s'han preparat en aquesta Tesi fan aproximadament 200-300 nm d'alçada en funció de les condicions d'electrodeposició. Això dóna lloc a fenòmens interessants com ara un gradient de composició i, per tant, diferents propietats estructurals al llarg del gruix. S'han investigat les propietats magnètiques mitjançant microscòpia de forces magnètiques, indicant l'existència d'efectes tipus magnetic curling. Finalment, s'han fabricat nano i microbarres i tubs de diferent diàmetre magnètics i amb gradient de composició en membranes de policarbonat a través de mètodes d'electrodeposició convencionals i també a partir de banys amb surfactants amfifílics (micelle-assisted electrodeposition). El caràcter ferromagnètic de les estructures obtingudes ha permès la seva manipulació magnètica remota, mentre que s'ha confirmat la propulsió direccional fotocatalítica dels microtubs. |
|---|