Palabras clave: Nanofils, Molibdè, Codeposició, Desplazament, Coure Nanowires, Molybdenum, Codeposition, Displacement, Copper Nanohilos, Molibdeno, Codeposicion, Desplazamiento, Cobre

Título en diferentes idiomas: Nou mètode per a la fabricació de nanofils d'aleació de CU-Mo A new growth approach to fabricate CuMo alloy nanowires Nuevo método de fabricación de nanohilos de aleación de Cu-Mo

Áreas temàticas: Ingeniería química Chemical engineering Enginyeria química

Confidencialidad: No

Curso académico: 2015-2016

Estudiante: Navarrete Gatell, Eric

Departamento: Enginyeria Química

Fecha de la defensa del trabajo: 2016-08-08

Creditos del TFM: 12

Director del proyecto: Podlaha-Murphy, Elisabeth

Resumen: Nou mètode per a la fabricació de nanofils de CU-Mo Els aliatges de Cu-Mo són d'interès per la seva excel·lent conductivitat tèrmica i elèctrica, i una bona resistència a la fatiga. Fins a la data, encara que tant els mètodes físics (per exemple, l'aliatge mecànica, deposició per vapor, la ràpida solidificació) i químics (per exemple co-precipitació, sol-gel) han estat utilitzats per a la síntesi de pel·lícules de Cu-Mo, pocs estudis han estat publicats per a la fabricació de pel·lícules de Cu-Mo per electrodeposició i cap, com a nanofils. Els ions de molibdat actualment no poden ser completament reduïts en una solució aquosa electrolítica sense un element codepositant, el procés conegut com codeposició induida. Típicament els elements del grup del ferro, com ara Ni, són coneguts com els elements que millor indueixen la reducció del molibdat a Mo metàl·lic amb estat de valència zero. El Cu ha estat reconegut recentment com un element que també té l'habilitat d'induir la reacció de reducció de molibdat, però amb un rendiment molt menor. En aquest treball, es presenta i desenvolupa un nou mètode combinant l'electrodeposició sobre un substrat amb una reacció de desplaçament amb coure per a la síntesi de nanofils de Cu-Mo amb una petita quantitat de níquel o de ferro. Els nanofils de Ni-Mo o Fe-Ni-Mo es depositen electroquímicament en els nanoporus de membranes de policarbonat, els elements Ni i Fe es fan servir per induir la reducció de molibdat. A continuació, la membrana es submergeix en direcció axial en una solució electrolítica amb coure a baix pH per desplaçar el Ni o bé el Fe-Ni pel Cu present com a part de la reacció de desplaçament. Els nanofils es van inspeccionar en diferents escales de longitud (microscòpia òptica, SEM i TEM) i la composició mitjana va ser determinada per fluorescència de rajos X. Els resultats demostren que una reacció de desplaçament axial del coure és beneficiós per a l'obtenció de nanofils de Cu-Mo uniformes i robustos. A més a més, el percentatge de Mo en els nanofils de Cu-Mo pot ser fàcilment modulat mitjançant l'ajust dels components inicials de Ni-Mo i Fe-Ni-Mo per arribar fins a un 20% en pes. A new growth approach to fabricate CuMo alloy nanowires Cu-Mo alloys are of interest due to their excellent thermal and electrical conductivity, and good fatigue resistance. To date, even though physical (e.g. mechanical alloying, vapor deposition, rapid solidification) and chemical (e.g. co-precipitation, sol-gel) methods have been utilized for Co-Mo film synthesis, few reports have been published for fabricating Cu-Mo films by electrodeposition and none, to the best of the authors’ knowledge as nanowires. Molybdate ions currently cannot be fully reduced in aqueous electrolyte without a codepositing element, referred to as induced codeposition. Typically iron group elements, e.g. Ni, induce best molybdate reduction to zero valence state Mo. Cu has been recognized as also inducing the molybdate reduction reaction, but at a much lower extent. In this work, a new method of combining template electrodeposition and copper displacement reaction was developed for synthesizing Cu-Mo nanowires with a small amount of nickel or iron. Ni-Mo or Fe-Ni-Mo nanowire segments were first electrodeposited into nanopores of polycarbonate membranes, to induce the reduction of molybdate. Next, the membrane was dipped into a low pH copper solution to etch the Ni component, or Fe-Ni component, in the axial direction, and at the same time displace these elements with copper. Nanowires were inspected at different length scales (optical microscopy, SEM and TEM) and the average composition determined by X-ray fluorescence. Results demonstrate that an axial displacement reaction of copper is beneficial for obtaining uniform and integrated Cu-Mo nanowires. Additionally, percentage of Mo in the as-prepared Cu-Mo nanowires can be easily modulated by adjusting the initial Ni-Mo and Fe-Ni-Mo components to reach 20 wt%. Nuevo método de fabricación de nanohilos de aleación de Cu-Mo Las aleaciones de Cu-Mo son de interés debido a su excelente conductividad térmica y eléctrica, y una buena resistencia a la fatiga. Hasta la fecha, aunque tanto los métodos físicos (por ejemplo, la aleación mecánica, deposición por vapor, la rápida solidificación) y químicos (por ejemplo co-precipitación, sol-gel) han sido utilizados para la síntesis de películas de Cu-Mo, pocos estudios han sido publicados para la fabricación de películas de Cu-Mo por electrodeposición y ninguno, como nanohilos. Los iones de molibdato actualmente no pueden ser completamente reducidos en una solución acuosa electrolítica sin un elemento codepositante, el proceso conocido como codeposición inducida. Típicamente los elementos del grupo del hierro, como por ejemplo Ni, son conocidos como los elementos que mejor inducen la reducción de molibdato a Mo metálico con estado de valencia cero. El Cu ha sido reconocido recientemente como un elemento que también tiene la habilidad de inducir la reacción de reducción de molibdato, pero con un rendimiento mucho menor. En este trabajo, se presenta y desarrolla un nuevo método combinando la electrodeposición sobre un sustrato con una reacción de desplazamiento con cobre para la síntesis de nanohilos de Cu-Mo con una pequeña cantidad de níquel o de hierro. Los nanohilos de Ni-Mo o Fe-Ni-Mo se depositan electroquímicamente en los nanoporos de membranas de policarbonato, los elementos Ni y Fe se usan para inducir la reducción de molibdato. A continuación, la membrana se sumergió en dirección axial en una solución electrolítica con cobre a bajo pH para desplazar el Ni o bien el Fe-Ni por el Cu como parte de la reacción de desplazamiento. Los nanohilos se inspeccionaron en diferentes escalas de longitud (microscopía óptica, SEM y TEM) y la composición media fue determinada por fluorescencia de rayos X. Los resultados demuestran que una reacción de desplazamiento axial del cobre es beneficioso para la obtención de nanohilos de Cu-Mo uniformes y robustos. Además, el porcentaje de Mo en los nanohilos de Cu-Mo puede ser fácilmente modulado mediante el ajuste de los componentes iniciales de Ni-Mo y Fe-Ni-Mo para llegar hasta un 20% en peso.

Materia: Enginyeria química

Entidad: Universitat Rovira i Virgili (URV)

Idioma: Anglès

Enseñanza(s): Nanociència, Materials i Processos - Tecnologia Química de Frontera 

Título en la lengua original: A new growth approach to fabricate CuMo alloy nanowires

Fecha de alta en el repositorio: 2017-09-28