Fe-Cu alaşım filmlerin büyütülmesi, yapısal ve manyetik karakterizasyonu

Abstract

Farklı kalınlık, elektrolit pH'ı, elektrolit konsantrasyonu ve depozisyon potansiyeline sahip demir -bakır filmleri potentiostatik şartlar altında elektrodepozisyon tekniği ile üretildiler. Filmlerin depozisyonundagerekli olan elektroliti hazırlamak için demir ve bakırın sülfat tuzları kullanıldı. Elektrodepozisyon tekniğindekatot olarak hekzagonal sıkı paket (hcp) kristal yapısına sahip titanyum (Ti) alttabaka kullanılırken, anot olarakplatin (Pt) elektrot, referans elektrot olarak doymuş kalomel elektrot (DKE) kullanıldı.Filmlerin depozisyonu esnasında uygulanan depozisyon voltajı, dönüşümlü - voltammetri (CV)tekniğinden yararlanılarak tahmin edildi. Bu yüzden demir-bakır filmleri diğer depozisyon parametreleri sabittutulup DKE' ye göre -1.8 V, -2.0 V, -2.3 V, -2.5 V depozisyon potansiyeli uygulanarak büyütüldü. DKE' yegöre en iyi depozisyon potansiyeli olan -1.8 V' un seçiminden sonra filmlerin özellikleri üzerinde elektrolit pH'ı, elektrolit konsantrasyonu ve film kalınlığının etkisini bulmak için daha sonraki filmler üretildi. Aynı zamandafarklı elektrolit konsantrasyonunda üretilen filmlerin kıyaslanması için saf demir filmi de depozit edildi.Depozisyon sırasında alınan akım-zaman grafikleri incelenerek filmlerin büyüme mekanizmaları araştırıldı vefarklı depozisyon şartlarında üretilen filmlerin büyüme mekanizmalarının farklı olduğu sonucuna varıldı.Filmlerin yüzey morfolojisinin analizi ve kimyasal analizleri ayrı ayrı Taramalı Elektron Mikroskobu(SEM) ve SEM'e bağlı bulunan Enerji Ayırmalı X- ışını ( EDX ) spektroskopisi tekniği ile gerçekleştirildi.Filmlerin yapısal analizi ise XRD tekniği ile CuKα ışıması kullanarak difraksiyon açısı (2θ)' nın 40o-100oarasında değiştirilmesi ile yapıldı. Kimyasal analiz, demir - bakır filmlerinin ~%2 - %10 arasında bakıriçerdiğini ve bu yüzden XRD desenleri, filmlerin α-demir'e ait olan cisim merkezli kübik (bcc) yapıya sahipolduğunu göstermektedir. SEM görüntüleri ise bakır içeren filmlerin saf demir filmine göre daha pürüzlü yüzeyesahip olduğunu belirtmektedir. Daha sonra, seçilen bir filmin manyetik özelliklerini açıklamak için TitreşimliÖrnek Manyetometresi kullanılarak manyetik analizi gerçekleştirildi. Manyetik analiz sonuçlarına göre bulunankoersivity değeri (1.34 kA/m), demir - bakır filminin yumuşak manyetik özelliklere daha yakın özellikgösterdiğini belirtmektedir.ANAHTAR SÖZCÜKLER: Elektrodepozisyon / Demir Film / Demir-Bakır Filmler / Nano-Manyetik Malzemeler

Iron- copper films with different thicknesses, electrolyte pH, electrolyte concentration and depositionpotential were prepared by the electrodeposition technique under the potentiostatic conditions. The sulfate saltsof Fe and Cu were used to prepare the electrolyte for the deposition of the films. Titanium (Ti) substrates whichhave (hcp) structure were used as cathodes, whereas the anode a platinum foil. The reference electrode was asaturated calomel electrode (SCE).The deposition voltage carried out during deposition was estimated by the Cyclic-Voltammetry (CV)method. Therefore, the iron- copper films were grown at the different deposition potentials of -1.8 V, -2.0 V, -2.3 V and -2.5 V with respect to SCE by keeping the other deposition parameters constant. After choosing thebest deposition potential of -1.8 V vs SCE, further films were produced in order to find the effect of the filmthickness, electrolyte pH, electrolyte concentration on the properties of the films. The pure iron films were alsodeposited to compare the films produced at different electrolyte concentration. By investigating the current -time transients recorded during deposition, the growth mechanism of films was studied. It was observed thatfilms deposited at the different deposition conditions have different growth mechanisms.The analysis of surface morphology and chemical analysis of films were done by Scanning ElectronMicroscope (SEM) and the Energy Dispersive X-ray (EDX) spectroscopy technique, which was combinated toSEM, respectively. The structural analysis of films were made with the XRD technique by using CuKα radiationby changing diffraction angle (2θ) between 40o-100o. Chemical analysis showed that iron- copper filmscontain ~ 2%-10 % of copper, and therefore the peaks occured in XRD patterns showed that the films consistof body-centered cubic (bcc) α-iron. SEM images indicated that the films containing Cu have rougher surfacethan the pure iron film. Furthermore, the magnetic analysis of a selected film was carried out by using aVibrating Sample Magnetometer (VSM) to explain its magnetic properties. The coercivity (1.34 kA/m) of theiron-copper film indicates that the films have near soft magnetic properties.KEY WORDS: Electrodeposition / Iron Film / Iron-Copper Films / Nano-Magnetic Materials