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DOI : 10.2240/azojono0112

Binden des Kohlenstoffes Nanotubes Zerstreut durch Optische Pinzette auf Silikon-Oberfläche

Sandeep Kumar, Rajesh Kumar, Ranvinder Singh, Rakesh Kumar, Awdhesh Kumar Shukla, V.K. Jindal und Lalit M. Bharadwaj

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Eingegeben: Am 26. Dezember 2005
Bekannt gegeben: Am 10. Juni 2006

Themen Umfaßt

Zusammenfassung
Hintergrund
Anwendung des Kohlenstoffes Nanotubes in der Metrologie
Trennen des Einzelnen Kohlenstoffes Nanotubes
Functionalization
Materialien und Methoden
Zerstreuender Mehrwandiger Kohlenstoff Nanotubes
Bildanalyse
Extraktion des Kohlenstoffes Nanotubes
Kennzeichnung
Ergebnisse und Diskussion
Streuung des Kohlenstoffes Nanotubes
Bildanalyse
FTIR-Kennzeichnung von Functionalised-Kohlenstoff Nanotubes
Verbindlicher Kohlenstoff Nanotubes zur Silikon-Substratfläche
Schlussfolgerung
Quittung
Bezüge
Kontaktdaten

Zusammenfassung

Effektive Streuung und die selektive Positionierung von Kohlenstoff nanotubes ist für zukünftige Integration mit herkömmlicher Mikroelektronik sowie die Entwicklung von neuen Funktionseinheiten notwendig. Begrenzter Fortschritt ist in der Streuung und in der gesteuerten Platzierung von Kohlenstoff nanotubes berichtet worden. In der vorliegenden Untersuchung zerstreuten wir Kohlenstoff nanotubes unter Verwendung einer optischen Pinzette mit microdissector Anlage und binded sie dann auf eine Silikonoberfläche. - OH-Gruppen wurden auf der Silikonoberfläche erstellt. Kohlenstoff nanotubes wurden aufbereitet, um eine karboxylhaltige Gruppe an ihren Enden zu bilden. Fourier-Transformation Infrarot (FTIR)spektren wurden aufgezeichnet, um das functionalization zu bestätigen. Diese Kohlenstoff nanotubes wurden gemacht, um mit Silikonoberfläche zu reagieren. Die Silikonoberfläche wurde unter Rasterelektronenmikroskop nachgeforscht (SEM). Das Bild zeigte das Vorhandensein einiger Kohlenstoff nanotubes, die zur Silikonoberfläche binded sind. Dieser Einbandart auf Substratflächen erschließt den Pfad zu den Anwendungen wie den chemischen Fühlern und scannt die Fühlerspitzen Usw., die auf Kohlenstoff nanotubes basieren.

Hintergrund

Kohlenstoff nanotubes sind breit als wesentliches Bauteil für die Fabrikation von nanoelectronic Einheiten nachgeforscht worden. Das Bestehen von metallischen sowie Halbleiter- Kohlenstoff nanotubes hat Hoffnungen für die zukünftige Entwicklung aller Kohlenstoff basierten Technologien geweckt, in denen aktive Einheiten von Halbleiter-nanotubes hergestellt werden und elektrische Verkabelung (verbindet sich) untereinander aus metallischen Kohlenstoff nanotubes besteht.

Anwendung des Kohlenstoffes Nanotubes in der Metrologie

Die eindeutigen elektrischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften dieser neuen Röhrenzellen haben sie steigernd studierte Materialien auf dem Gebiet der Nanotechnologie [1-4] gemacht. Einige Einheitsanwendungen dieser nanoscale Materialien sind vorgestellt worden [5-8]. Wegen ihrer Flexibilität können nanotubes verwendet werden, wie Spitzen in den Scannenfühlerinstrumenten, zum der verbesserten Auflösung im Vergleich zu herkömmlichen Spitzen zu erhalten und auch diese Spitzen nicht unter Systemabstürzen mit den Oberflächen wegen ihrer hohen Elastizität leiden. Nanotube-Spitzen können durch Anhang von Funktionsgruppen chemisch geändert werden und können als DNA-Proben mit möglichen Anwendungen in der Chemie und in der Biologie verwendet werden.

Trennen des Einzelnen Kohlenstoffes Nanotubes

Jedoch ist ein Mangel an den Techniken, zum von Kohlenstoff nanotubes an gewünschtem Einbauort anzuordnen eine bedeutende Hürde. Es gibt keine richtige Methode, die körperlichen und chemischen Eigenschaften von Kohlenstoff nanotubes auf eine esteuerte Form zu manipulieren. In dem Augenblick als, unzureichende Kenntnisse des Handhabens von einzelnen nanotubes und der Ausführung von Maßen auf ihnen die praktische Untersuchung ihrer physikalischen Eigenschaften erschwert. Für Untersuchung nur eines einzelnen Kohlenstoffes Nanotube, müssen andere nanotubes in der Probe gut getrennt werden. Andernfalls beeinflussen verschiedene nanotubes jeder des anderen physikalische Eigenschaften. Sie ist nicht Geradeaus, nanotubes zu trennen, da sie versuchen zusammenzurollen.

Functionalization

Functionalization und Schwergängigkeit von Kohlenstoff nanotubes auf Oberfläche konnten ungefähr zahlreiche mögliche Anwendungen holen, aber Faktoren wie chemische Untätigkeit und niedrige Löslichkeit in den Lösungsmitteln machen sie langwierig. Trotzdem sind einige Berichte auf Bemühungen, Moleküle zu Kohlenstoff nanotubes durch die kovalenten [9-12] sowie nicht-kovalenten Interaktionen [13-16] mit spezifischen Zielen in biologischem und die Chemikalie zu befestigen, die Anwendungen ermittlt erhältlich. Im vorliegenden Papier konzentrierten uns wir auf das Binden von mehrwandigen Kohlenstoff nanotubes auf einer Silikonoberfläche. Optische Pinzette [17, 18] wurde verwendet, um Kohlenstoff nanotubes in kleine Bündel zu zerstreuen.

Materialien und Methoden

Mehrwandige Kohlenstoff nanotubes mit Reinheitsgehältern über 95%, Länge 0.2-200 ìm und Durchmesser bis 50 nm wurden von Nanostructured und vom Amorphen Werkstoff, USA verschafft. Diese wurden ohne weitere Reinigung in unseren Experimenten verwendet. Alle weiteren Molekularbiologiegradchemikalien wurden vom Sigma Aldrich, USA verschafft. Wasser 18 MÙ-cm von der Nesselkorallenanlage wurde für das Ausspülen der Proben verwendet. Silikonoberflächen mit Orientierung [100] wurden verwendet.

Zerstreuender Mehrwandiger Kohlenstoff Nanotubes

Eine kleine Menge mehrwandige Kohlenstoff nanotubes (MWCNTs) wurde 1 ml destilliertes Wasser eingelassen und wurde 2 Stunden lang sonorisiert.

Um bessere Streuung zu erzielen, wurde ein Absinken von sonorisiertem MWCNTs dann unter Verwendung einer optischen Pinzette mit microdissection combi Anlage genommen und aufbereitet (Palmenanlage, Deutschland). Ein Bündel der mehrwandigen nanotubes wurde in kleinere Teile unter Verwendung des Ultravioletten (UV) Lasers Lasers der optischen Pinzette aufgespaltet und zerstreut.

Das UVlaserstrahl, mit einer Wellenlänge von 337 nm wurde an den Bündeln mehrwandiger Kohlenstoff nanotubes im Wasser angewendet. 60% der ursprünglichen Energie (µJ 300) wurde und nach Verlusten (86,67%) im Mikroskop, die erhältliche Energie an der Probe war um 24µJ verwendet. Der Laser hatte eine Impulsdauer von 4 Nanosekunden. und Frequenz von 33 Hz. So ist die Höchstleistung pro Impuls sehr hoch (aus dem heraus herum 75 Kilowatt 10 Kilowatt am Lernziel erhältlich ist).

Bildanalyse

Diese kleineren Bündel wurden dann wieder in ruhige kleinere Teile unter Verwendung der wiederholten Anwendung des UV-Lasers aufgespaltet.  Bildanalyse von erhaltenen Bildern wurde unter Verwendung der einheimischen Bildanalysesoftware durchgeführt, um CNT-Büschel, mit manuell überwachtem Thresholding auf 24 Bitbildern mengenmäßig zu bestimmen.

Extraktion des Kohlenstoffes Nanotubes

Eine kleine Menge von zerstreuten diesen und getrenntes MWCNTs wurden extrahiert. Diese wurden dann in einer starken schwefligen Säuresalpetersäuremischung verschoben (3:1 v/v) 24 Stunden lang. Dieses ergibt die Oberflächenoxidation des MWCNTs und die Entstehung von Carbonsäuregruppen. Die Lösung wurde dann bei 13000 U/Min für 10 Minuten zentrifugiert. Der Rückstand wurde mit dem destillierten Wasser gewaschen, das dreimal von der Zentrifugierung gefolgt wurde, um die Säure vollständig zu löschen. Schließlich wurden die nanotubes in einem Ofen an 80°C. getrocknet.

Kennzeichnung

Die Entstehung von den Funktionsgruppen, die bei MWCNTs befestigt wurden, wurde durch FTIR bestätigt (Anlage Spektrums RXI FTIR Perkin Elmer). FTIR-Spektren wurden unter Verwendung einer KBrkugelmethode aufgezeichnet. Das MWCNTs mit Carbonsäuregruppe wurden in saure Chloride durch die Behandlung mit Thionylchlorid (SOCl)2 24 Stunde lang konvertiert. Diese functionalized MWCNTs wurden im Pyridin unter Verwendung eines ultrasonicator zerstreut und unterworfen dann - OH- functionalized Silikonoberfläche. Silikonoberflächen wurden mit Ultraschall in Aceton und in Methanol für 10 Minuten jedes gesäubert, bevor man sie mit - OH-Gruppen functionalizing [Ulman et al., Zhang et al.]. Nach Beendigung der Reaktion wurde die Oberfläche sorgfältig mit entionisiertem Wasser gewaschen und getrocknet an 75°C. Ein Kontrolltest wurde auch ohne SOCl-Behandlung2 geleitet, um nachzuforschen, ob die nanotubes einfach auf der Oberfläche abgegeben werden, oder wenn sie chemisch gesprungen werden. Die Schwergängigkeit von mehrwandigen Kohlenstoff nanotubes auf der Silikonoberfläche wurde unter Verwendung der Rasterelektronenmikroskopie studiert.

Ergebnisse und Diskussion

Streuung des Kohlenstoffes Nanotubes

Streuung Kohlenstoff nanotubes d.h. von Verteilung von nanotube Bündeln oder von Verbindungsaufspaltung von Bündeln in einzelne Gefäße fährt fort, eine bedeutende Herausforderung darzustellen. Ihre Tendenz, in Form von den Bündeln zu existieren wegen ihrer sehr starken Interaktionen van Der Waals bleibt eine bedeutende Hürde in Richtung zur Verwirklichung ihres Potenzials im Bereich der Nanotechnologie. Dispersability, d.h. der Grad und die Leichtigkeit von die nanotubes schwebend legen und Streuungsstabilität sind im Laufe der Zeit die Primfaktoren des Interesses. Forscher auf der ganzen Erde wenden verschiedene Methoden wie ultrasonication, mechanischer Stirring, Behandlung mit DMF [19], Dichloroäthan [20] usw. an, um dieses Problem zu überwinden. Jedoch gibt es aktuell mangelnde Übereinstimmung über, was gutes gegen schlechte Streuung festsetzt. Wir haben eine optische Pinzette mit microdissector verwendet, um photonische Kräfte zu nutzen, um die Streuung von Kohlenstoff nanotubes durchzuführen.

Der UV-Laser, der in diesem Experiment verwendet wurde, entband mehr als genügende Energie, um die Packwagen der Waals-Interaktionen auszugleichen, die die Cluster zusammenhalten. Der UV-Laser wurde gemacht, um ein Bündel mehrwandige Kohlenstoff nanotubes zu beinflussen und dieser ergab die Verbindungsaufspaltung des Bündels in kleinere Teile. Die kleineren Bündel wurden dann wieder mit der wiederholten Anwendung des UV-Lasers bombardiert und die nanotubes wurden wie in Fig. 1 (a) gezeigt - 1 zerstreut (e). Feige 1 (a) stellt das ursprüngliche Bündel von MWCNTs dar und 1 (b) zeigt den Effekt des UV-Lasers nach drei Kies. Feige 1 (c) zu Feige 1 (e) wurden nach sieben Kies jeder aufgezeichnet.

Abbildung 1 (AE). Streuung von Kohlenstoff nanotubes unter Verwendung der optischen Pinzette mit microdissection combi Anlage (Blickfeld 80µm).

Bildanalyse

Unter Verwendung der Bildanalyse wurden Nachrichten gezählt und kategorisiert auf der Grundlage von die Fläche, die wie in grafischer Darstellung der Tabelle 1. von Daten gezeigt abgedeckt wird, wird in Feige 2 dargestellt, die offenbar Streuung von nanotubes zeigt.

Fläche der Tabelle 1. abgedeckt durch verschiedene Objektbereiche nach Nachbehandlung mit UV-Laser

Nachricht Bereich im µ2

Bild 1

Bild 2

Bild 3

Bild 4

Bild 5

250-50.0

1

0

0

0

0

50.0-10.0

0

1

1

1

1

10.0-2.0 

0

2

2

2

1

2.0-0.70

1

8

30

26

26

0.70-0.025

0

7

93

102

113

Abbildung 2. Variante der Zahl der Nachrichten (kleinere nanotube Bündel) mit ihrer Größe, wie nach wiederholter Anwendung des UV-Lasers nach verschiedenen Zeitabständen erreicht.

FTIR-Kennzeichnung von Functionalised-Kohlenstoff Nanotubes

Mehrwandige Kohlenstoff nanotubes, die durch optische Pinzette zerstreut wurden, functionalized, wie offensichtlich durch ihre FTIR-Spektren, die in Feige (3) gezeigt wurden. Die FTIR-Spektren von functionalized mehrwandigen Kohlenstoff nanotubes zeigten drei zusätzliche Beförderungsspitzen bei 1739,4 cm-1, 3430,9 cm-1, 1638,2 cm-1 verglichen mit Steuerspektrum.

Abbildung 3. FTIR-Spektren von functionalized Kohlenstoff nanotubes unter Verwendung des KBr beizen Methode.

Diese drei Spitzen entsprechen Carboxylgruppe (Ausdehnen), Hydroxylgruppe (Ausdehnen) und Funktionsgruppen des Karbonyls (Ausdehnen) beziehungsweise. Die Spitze bei 3430 cm-1 (niedrigere Intensität) wurde auch im Steuerspektrum beobachtet und wird durch Feuchtigkeit in der Probe verursacht. Zwei bedeutende Spitzen bei 2919,2 cm-1 und 2354,8 cm-1 wurden auch im Spektrum gesehen. Der Ursprung dieser Spitzen ist die parylene und CO-2 Beschichtung der IR-Optik im Spektrometer beziehungsweise.

Verbindlicher Kohlenstoff Nanotubes zur Silikon-Substratfläche

Als die Silikonoberfläche unter dem Rasterelektronenmikroskop abgebildet war, deckte sie einige mehrwandige nanotubes auf, die zur Oberfläche gesprungen wurden. (Feige 4 (a) und 4 (b)).

Abbildung 4 (A-b). Mehrwandige Kohlenstoff nanotubes springen auf die Silikonoberfläche.

Es ist auch offensichtlich, dass von der Gesamtoberflächenrauigkeit infolge der Chemikalie erhöht wurde, die mit Säuren aufbereitet. Die gleiche Silikonoberfläche, als abgebildetes UnterRasterelektronenmikroskop ohne SOCl-2 Behandlung keine mehrwandigen nanotubes zeigte, die auf seiner Oberfläche liegen. MWCNTs-Bindung zum Silikon erst nach das Erstellen - COCl-Gruppe unter Verwendung der SOCl-2 Behandlung, wie in Abbildung 5. beschrieben.


Stellen Sie 5.Mechanism für das Binden von MWCNTs auf Silikonoberfläche dar.

Dieses zeigt an, dass mehrwandige nanotubes zur Oberfläche infolge der SOCl-Behandlung gesprungen2 werden und nicht bloß physikalisch adsorbiert werden. Wir wiederholten dieses viele Male und waren in der Lage, nanotubes auf der Oberfläche des Silikons zu erhalten, nur als Bildsegmentierung mit Thionylchlorid durchgeführt wurde. In Fig. 4 (b), werden viele nanotubes von verschiedenen Längen auf die Silikonoberfläche gesprungen. Es gab keine bevorzugte Orientierungsregelung und nanotubes wurden auf eine gelegentliche Form über der Oberfläche der Substratfläche abgegeben. Nanotubes schien, über die Oberfläche gleichmäßig verteilt zu sein. Wir haben die gleiche Prozedur für das Binden von mehrwandigen nanotubes aber ohne Streuung unter Verwendung der optischen Pinzette eingehalten. Die ScannenElektronenmikroskopbilder, die das Binden von nanotubes auf Silikonoberfläche zeigen, werden in Fig. 6 (A-b) gezeigt.

Abbildung. 6 (A-b). Mehrwandige Kohlenstoff nanotubes gesprungen auf Silikonoberfläche ohne ihre Streuung unter Verwendung der optischen Pinzette.

Von den oben genannten Bildern offenbar, springen MWCNTs in Form von Büscheln/Clustern oder Gesamtheiten. Dieses Experiment wurde mehrmals wiederholt und ähnliche Ergebnisse wurden erzielt.

Schlussfolgerung

Das Ziel dieser Studie war, Streuung und Schwergängigkeit von Kohlenstoff nanotubes auf einer Silikonsubstratfläche nachzuforschen. Optische Pinzette mit microdissection combi wurde für Streuung zusammen mit Bildanalyse für Quantifikation verwendet. Rasterelektronenmikroskop (SEM)bilder zeigten, dass nanotubes in Form von Büscheln ohne den Gebrauch der optischen Pinzette springen. Wir waren in Zerstreuungsund abgebenden nanotubes durch unsere Methode erfolgreich. Die esteuerte Schwergängigkeit von nanotubes zu den Oberflächen fördert schließlich den Gebrauch von diesen Materialien in nanoscale Elektroden und in anderen Mikroelektronischen Einheiten. Die Vorteile von MWCNTs sind, dass diese größtenteils metallisch sind, haben niedrigen Durchgangswiderstand zu den Elektroden und sind auch zur Schleifenentstehung sehr robust und unempfindlich.

Quittung

Die Autoren bestätigen groß die finanzielle Halterung, die durch Abteilung der Informationstechnologie, Regierung von Indien gewährt wird. Sandeep Kumar und Ranvinder Singh danken dem Rat der Wissenschaftlichen und Industrieforschung für ihr Forschungsstipendium. Autoren sind zur Wissenschaftliche Instrument-Einteilung Direktorn-Central, (CSIO) Chandigarh, für die Lieferung von notwendigen Teildiensten dankbar. Wir bestätigen die Hilfe und unterstützen von Dr. G.Mitra und andere Bauteile von der Forschungsgruppe

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Kontaktdaten

Sandeep Kumar, Rajesh Kumar, Ranvinder Singh, Rakesh Kumar, Awdhesh Kumar Shukla und Lalit M. Bharadwaj

Biomolekulare Elektronik-und Nanotechnologie-Abteilung (BIEGUNG)
Zentrale Wissenschaftliche Instrument-Einteilung (CSIO)
Sektor 30-C, Chandigarh-160030, Indien
E-Mail:
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

Abteilung von Physik,
Panjab-Universität,
Chandigarh

Date Added: Jun 10, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 06:37

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