ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ МИКРОИНДУКТОР НА ОСНОВЕ ГИБКОЙ ПОЛИИМИДНОЙ ПЛЕНКИ

A method of creation of 3D flexible high-frequency microinductor on the base of polyimide film with etched swift heavy ion tracks, filled with a conducting material is proposed. This methos is more simple as compared with existing technologies. The service model of the microinductor having dimensions 0,04 mm3 is fabricated. This model has following main operational characteristics: winding density of 7 winding/mm at the winding thickness 10 μm; inductivity 0.3 mH with the Q-factor of 8 at 200 MHz. A possibility of the decrease of dimensions of the device down to 10-6 mm3 is shown. Предложен более простой по сравнению с существующими технологиями способ создания трехмерного гибкого высокочастотного микроиндуктора на основе полиимидной пленки с протравленными треками быстрых тяжелых ионов, заполненными проводящим материалом. Создан действующий макет микроиндуктора размером 0,04 мм3, имеющий следующие основные характеристики: плотность обмотки 7 витков/мм при толщине витка 10 мкм, индуктивность 0,3 мГн при добротности 8 на частоте 200 МГц. Показана возможность уменьшения размеров устройства до 10-6 мм3

Comprehensive Study of Ni Nanotubes for Bioapplications: From Synthesis to Payloads Attaching

Due to the Ni nanotubes’ shape anisotropy, low specific density, large specific surface, and uniform magnetic field, they have been offered as carriers for targeted delivery of drug or protein and the process of their formation from synthesis stage to the stage of surface modification and protein attaching has been demonstrated. Some steps to hasten their biomedical application have been applied. First, to have full control over the carrier dimensions and structure parameters, electrodeposition method in pores of polyethylene terephthalate template has been applied. Second, to understand the scope of Ni nanostructures application, their degradation in media with different acidity has been studied. Third, to improve the biocompatibility and to make payloads attachment possible, nanotubes surface modification with organosilicon compound has been carried out. At last, the scheme of protein attaching to the nanostructure surface has been developed and the binding process was demonstrated as an example of the bovine serum albumin

ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН В ПРОЦЕССАХ ПРЯМОГО И ОБРАТНОГО ОСМОСА

A method of design of polyethylene terephthalate track membranes with asymmetric (conic) pores shaped by ion-track technology was considered. The method consists of two main stages: irradiation by swift heavy ions and one-sided etching of latent tracks. The shape and dimensions of individual pores of track membranes were defined by scanning electron microscopy of surfaces and cross-sections of membranes prepared with different etching times. Based on these results, time dependencies of cone bases and apex diameters of asymmetrical pores were determined. The possibility of the membranes application for direct and reverse osmosis was determined according to the results of investigations asymmetric track membranes with conic shape pores by means of measuring of hydrophility, air and water performance. Based on the analysis of tensile strength under loading with slowly changing pressure, the maximum pressure value that the membrane could stare was determined, as well as the dependence of the strength characteristics on the samples porosity. Simulation study of osmotic processes in NaCl solution efficiency of the track membranes for the direct and reverse osmosis was demonstrated and the influence of membrane parameters on their performance and the degree of water purification was showed. Рассмотрена методика получения полиэтилентерефталатовых трековых мембран с асимметричной (конусообразной) формой поры с применением ионно-трековой технологии. Метод состоит из двух основных этапов: облучения быстрыми тяжелыми ионами и одностороннего травления латентных треков. С помощью сканирующей электронной микроскопии поверхностей и поперечных сечений мембран, полученных при различных временах травления, охарактеризованы форма и размеры отдельных пор трековых мембран. На основании этих результатов определена временная зависимость диаметров основания и вершины конуса асимметричных пор. По результатам исследования асимметричных трековых мембран с порами конической формы путем измерения степени гидрофильности, производительности по воздуху и воде была установлена возможность применения мембран для прямого и обратного осмоса. На основе анализа прочности на разрыв под нагрузкой с медленно меняющимся давлением определено давление, которое способна выдержать мембрана, а также установлена зависимость характеристик прочности образцов от их пористости. Моделирование осмотических процессов в растворе NaCl продемонстрировало эффективность трековых мембран для прямого и обратного осмоса и показано влияние параметров мембран на их производительность и степень очистки воды.

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МЕДНОГО ОСАДКА В ПОРАХ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ

Using the SiO2 porous templates on silicon substrate, Si/SiO2(Cu) nanostructures have been synthesized by electrochemical method. A comprehensive study by means of scanning electron, transmission electron, atomic force microscopy and diffraction analysis techniques have been conducted. The morphological features and the lateral dimensions of metal nanostructures, deposited in the pores, have been defined. A tendency to form copper agglomerates with dendritic shape have been shown. This structures are promising for using as catalyst or substrates for SERS.С использованием SiO2-пористых шаблонов на кремниевой подложке электрохимическим методом синтезированы наноструктуры Si/SiO2(Cu). Проведено их всестороннее изучение посредством электронной сканирующей, электронной просвечивающей, атомно-силовой микроскопии и дифракционных методов анализа. Определены морфологические особенности и латеральные размеры металлического осадка в порах. Показана тенденция к образованию агломератов меди дендритной формы, что указывает на перспективность использования таких структур при катализе и в спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света

ФЕРРОМАГНИТНЫЕ НАНОТРУБКИ В ПОРАХ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГИБКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

In the paper the template synthesis of ferromagnetic (Fe, Co, Ni) nanotubes in the pores of track membranes were studied. The aim of this work was determination of nanotubes basic structural and magnetic parameters and demonstration of the possibility of application in the flexible electronics elements.By electrochemical deposition, ferromagnetic nanotubes with a diameter of 110 nm and an aspect ratio of 100 were formed in the pores of polyethylene terephthalate track membranes. The morphology of the obtained nanostructures were studied by scanning electron microscopy, the elemental composition was determined by the energy-dispersion analysis. Using the X-ray structural analysis, the main parameters of the crystal structure were established: lattice type, lattice parameter and average crystallite size. The magnetic properties were studied by the method of vibrational magnetometry.It was shown that in the selected conditions of synthesis without reference to the type of ferromagnetic metals nanotubes had the same dimensions – length, diameter and wall thickness. The produced nanotubes consisted of iron, cobalt and nickel, respectively without oxides impurities. Nanotubes had a polycrystalline structure of walls with a body-centered cubic (iron), face-centered cubic (cobalt and nickel) crystal lattice. According to the main magnetic parameters, nanotubes belonged to a group of soft magnetic materials. Also, the presence of magnetic anisotropy, which is caused by the features of crystalline structure and shape of the nanostructures.Based on the analysis of structural and magnetic characteristics of ferromagnetic nanotubes which were synthesized in the pores of track membranes, were proposed the main principles of their using in the elements’ of flexible electronics constructing (magnetic field direction sensors and magnetic memory elements). В работе рассмотрены особенности шаблонного синтеза нанотрубок из ферромагнитных металлов (Fe, Co, Ni) в порах трековых мембран. Целью работы являлось изучение их основных структурных и магнитных параметров и демонстрация потенциала применения в элементах гибкой электроники.При помощи электрохимического осаждения в порах полиэтилентерефталатовых трековых мембран сформированы ферромагнитные нанотрубки с диаметром 110 нм и аспектным соотношением 100. Методом сканирующей электронной микроскопии изучены морфологические особенности полученных наноструктур, методом энергодисперсионного анализа изучен элементный состав. С использованием рентгеноструктурного анализа установлены основные параметры кристаллической структуры: тип кристаллической решетки, параметр элементарной ячейки и средний размер кристаллитов. Методом вибрационной магнитометрии изучены магнитные свойства.Показано, что вне зависимости от типа ферромагнитного металла при выбранных условиях синтеза нанотрубки имеют одинаковые характеристические размеры – длину, диаметр и толщину стенки. Полученные нанотрубки состоят соответственно из железа, из кобальта и из никеля и не содержат оксидных примесей. Нанотрубки имеют поликристаллическую структуру стенок с объемно-центрированной кубической (железные), гране-центрированной кубической (кобальтовые и никелевые) кристаллической решеткой. По основным магнитным параметрам нанотрубки соответствуют группе магнитомягких материалов. Также установлено наличие магнитной анизотропии, которая обусловлена особенностями кристаллической структуры и формой наноструктур.На основании анализа особенностей структурных и магнитных характеристик ферромагнитных нанотрубок, синтезированных в порах трековых мембран, предложены базовые принципы их использования при конструировании элементов гибкой электроники: наноконденсаторов, датчиков направления магнитного поля и магнитных элементов памяти.

Нанотрубки со структурой типа «магнитное ядро-оболочка из благородного металла»

Using a simple two-stage method including the electrochemical synthesis of Ni nanotubes in the pores of PET membranes and their coating with gold or platinum, nanotubes with a structure of the «magnetic core - noble metal shell» type have been synthesized. The morphology of the coating is a thin continuous film with growths of various shapes. X-ray diffraction analysis estimated separate phases of nickel (core) and noble metal (coating). The magnetic properties of coated nanotubes do not differ significantly from the properties of the initial nanotubes. The method allows one to synthesize structures such as one-dimensional nanostructures of the «magnetic core - noble metal shell» type for use in the detection of chemical and biological compounds, as magnetic carriers for the delivery of drugs and genes, which can also be used as multicyclic catalysts on a magnetic carrier.С использованием простого двухстадийного метода, включающего электрохимический синтез Ni нанотрубок в порах ПЭТФ-мембран и их покрытие золотом или платиной химическим методом, синтезированы нанотрубки со структурой типа «магнитное ядро-оболочка из благородного металла». Морфология покрытия представляет собой тонкие постоянные пленки с наростами различной формы. Рентгеноструктурный анализ выявил отдельные фазы никеля (ядро) и благородного металла (покрытие). Магнитные свойства покрытых нанотрубок существенно не отличаются от свойств исходных нанотрубок. Метод позволяет синтезировать одномерные наноструктуры типа «магнитное ядро-оболочка из благородного металла» для применения при детектировании химических и биологических соединений, в качестве магнитных носителей при доставке лекарств и генов, а также могут быть использованы в качестве многоциклических катализаторов на магнитном носителе

ЗАВИСИМОСТЬ СИГНАЛА ГИГАНТСКОГО КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА ОТ ФОРМЫ СЕРЕБРЯНЫХ НАНОСТРУКТУР, ВЫРАЩЕННЫХ В ПОРАХ SiO2 /n-Si-ШАБЛОНА

Surface-enhanced Raman scattering is a powerful method used in chemoand biosensorics. The aim of this work was to determine the relationship between the signal of Surface-enhanced Raman scattering and the shape of silver nanostructures under the influence of laser radiation with different power.Plasmonic nanostructures were synthesized in silicon dioxide pores on monocrystalline silicon n-type substrate. The pores were formed using ion-track technology and selective chemical etching. Silver deposition was carried out by galvanic displacement method. Synthesis time was chosen as a parameter that allows controlling the shape of a silver deposit in the pores of silicon dioxide on the surface of single-crystal n-silicon during electrodeless deposition. Deposition time directly effects on the shape of metal nanostructures.Analysis of the dynamics of changing the morphology of the metal deposit showed that as the deposition time increases, the metal evolves from individual metallic crystallites within the pores at a short deposition time to dendritic-like nanostructures at a long time. The dependence of the intensity of Surface-enhanced Raman scattering spectra on the shape of the silver deposit is studied at the powers of a green laser (λ = 532 nm) from 2.5 μW to 150 μW on the model dye analyte Rodamin 6G. The optimum shape of the silver deposit and laser power is analyzed from this point of view design of active surfaces for Surface-enhanced Raman scattering with nondestructive control of small concentrations of substances.The silver nanostructures obtained in porous template SiO2 on n-type silicon substrate could be used as plasmon-active surfaces for nondestructive investigations of substances with low concentrations at low laser powers. Гигантское комбинационное рассеяние, усиленное поверхностью, является мощным методом, применяемым в хемо- и биосенсорике. Целью данной работы являлось определение взаимосвязи сигнала гигантского комбинационного рассеяния света с формой серебряных наноструктур при воздействии лазерного излучения с различной мощностью.Плазмонные наноструктуры синтезировались в порах диоксида кремния на подложке монокристаллического кремния n-типа, в котором поры формировались с использованием ионно-трековой технологии и селективного химического травления. Синтез серебра проводился методом безэлектродного осаждения. В качестве параметра, позволяющего управлять формой серебряного осадка в порах диоксида кремния на поверхности монокристаллического n-кремния при безэлектродном осаждении, выбрано время синтеза, которое непосредственно влияет на степень разрастания металлических наноструктур. Анализ динамики изменения морфологии металлического осадка показал, что при увеличении времени осаждения металл эволюционирует от отдельных металлических кристаллитов внутри пор при малых временах осаждения до дендритоподобных наноструктур при больших временах. Изучена зависимость интенсивности спектров гигантского комбинационного рассеяния света от формы серебряного осадка при мощностях зеленого лазера (λ = 532 нм) от 2,5 до 150 мкВт на модельном аналите Родамин 6Ж. Проведен анализ оптимальной формы серебряного осадка и мощности лазера с точки зрения последующего конструирования активных поверхностей для гигантского комбинационного рассеяния света при неразрушающем контроле малых концентраций веществ.Полученные серебряные наноструктуры в порах шаблона SiO2 на кремниевой подложке n-типа могут использоваться в качестве плазмонно-активных поверхностей при неразрушающем исследовании низких концентраций веществ на малых мощностях лазера.

ENGINEERING OF LOW-TEMPERATURE MAGNETIC FIELD SENSORS BASED ON HETEROSTRUCTURES SI/SIO2/NI

Results of investigations of electrical and magnetoresistive characteristics of Si/SiO2/Ni heterostructures obtained using the swift heavy ion track technology are presented. The presence of a positive magnetoresistance growing up with decreasing temperature and reaching 600 % at T ~ 25 K is determined. This result makes it possible to create highly-sensitive magnetic field sensor devices for space applications, which operates at a liquid hydrogen cooling. The prospects of the creation of magnetic-field sensors using alternating layers of ferromagnetic and nonmagnetic metals in the nanopores are determined. The possibility of application of the «Tunable Electronic Material in Pores in Oxide on Semiconductors» concept on this concern is demonstrated