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DOI : 10.2240/azojono0112

El Atar del Carbón Nanotubes Disperso por las Pinzas Ópticas en Superficie del Silicio

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

Derechos De Autor AZoM.com Pty Ltd.

Esto es un artículo del Sistema de las Recompensas del Acceso Abierto del AZo (AZo-REMOS) distribuido de conformidad con los AZo-REMOS http://www.azonano.com/oars.asp que el uso sin restricción de los permisos proporcionó al trabajo original se cita pero se limita correctamente a la distribución y a la reproducción no comerciales.

Sometido: 26 de diciembre de 2005
Asentado: 10 de junio de 2006

Temas Revestidos

Extracto
Antecedentes
Aplicación del Carbón Nanotubes en Metrología
Aislamiento del Carbón Individual Nanotubes
Functionalization
Materiales y Métodos
Carbón Multi-Emparedado de Dispersión Nanotubes
Análisis de Imagen
Extracción del Carbón Nanotubes
Caracterización
Resultados y Discusión
Dispersión del Carbón Nanotubes
Análisis de Imagen
Caracterización de FTIR del Carbón Nanotubes de Functionalised
Carbón Obligatorio Nanotubes al Substrato de Silicio
Conclusión
Acuse De Recibo
Referencias
Detalles del Contacto

Extracto

La dispersión Efectiva y la colocación selectiva de los nanotubes del carbón es necesarias para la integración futura con microelectrónica convencional así como el revelado de dispositivos funcionales nuevos. El progreso Limitado ha estado señalado en la dispersión y la colocación controlada de los nanotubes del carbón. En el actual estudio, dispersamos nanotubes del carbón usando pinzas ópticas cum sistema del microdissector y después binded los sobre una superficie del silicio. - Crearon a los grupos del OH en la superficie del silicio. Los nanotubes del Carbón fueron tramitados para formar a un grupo carboxílico en sus extremos. Fourier transforma los espectros (FTIR) infrarrojos fue registrado para confirmar el functionalization. Estos nanotubes del carbón fueron hechos para reaccionar con la superficie del silicio. La superficie del silicio fue investigada bajo el microscopio electrónico de exploración (SEM). La imagen mostró la presencia de varios nanotubes del carbón binded a la superficie del silicio. Esta clase de atar sobre los substratos abrirá el camino a las aplicaciones como los sensores químicos, explorando las puntas Etc. de la antena basadas en nanotubes del carbón.

Antecedentes

Los nanotubes del Carbón se han investigado extensamente como componente esencial para fabricar los dispositivos nanoelectronic. La existencia de los nanotubes metálicos así como semiconductores del carbón ha aumentado las esperanzas del revelado futuro de todas las tecnologías basadas carbón en las cuales los dispositivos activos se hacen de nanotubes semiconductores y el cableado eléctrico (interconecta) consiste en nanotubes metálicos del carbón.

Aplicación del Carbón Nanotubes en Metrología

Las propiedades eléctricas, mecánicas y químicas únicas de estas estructuras tubulares nuevas les han hecho los materiales intensivo estudiados en el campo de la nanotecnología [1-4]. Varias aplicaciones del dispositivo de estos materiales del nanoscale se han previsto [5-8]. Debido a su adaptabilidad, los nanotubes pueden ser utilizados como las puntas en los instrumentos de la antena de la exploración para conseguir la resolución mejorada en comparación con puntas convencionales y también estas puntas no sufren de caídas con las superficies debido a su alta elasticidad. Las puntas de Nanotube se pueden modificar químicamente por el accesorio de grupos funcionales y se pueden utilizar como antenas moleculares con aplicaciones potenciales en química y biología.

Aislamiento del Carbón Individual Nanotubes

Sin Embargo, una falta de técnicas para arreglar nanotubes del carbón en la ubicación deseada es un obstáculo importante. No hay manera apropiada de manipular las características físicas y químicas de los nanotubes del carbón en una moda controlada. En el momento que, conocimiento escaso de manejar únicos nanotubes y de realizar mediciones en ellas complica la investigación práctica de sus propiedades físicas. Para la investigación solamente de un único carbón Nanotube, otros nanotubes tienen que ser separados bien en la muestra. Si No, diversos nanotubes influenciarán propiedades físicas de cada uno. No es directa aislar nanotubes puesto que intentan liar.

Functionalization

Functionalization y el atascamiento de los nanotubes del carbón en superficie podrían traer aplicaciones potenciales alrededor de numerosas pero los factores como inercia química y solubilidad inferior en disolventes la hacen aburrida. A pesar de esto, varios partes están disponibles en esfuerzos de asociar las moléculas a los nanotubes del carbón a través de las acciones recíprocas covalentes [9-12] así como no-covalentes [13-16] con metas específicas en biológico y de la substancia química que detecta aplicaciones. En el documento, nos centramos en atar de los nanotubes multi-emparedados del carbón en una superficie del silicio. Las pinzas Ópticas [17, 18] fueron utilizadas para dispersar nanotubes del carbón en pequeños manojos.

Materiales y Métodos

los nanotubes Multi-Emparedados del carbón con los niveles de la pureza encima del 95%, el ìm y el diámetro hasta 50 nanómetro de la longitud 0.2-200 fueron obtenidos de Nanostructured y de los Materiales Amorfos, los E.E.U.U. Éstos fueron utilizados sin la purificación adicional en nuestros experimentos. El resto de las substancias químicas del grado de la biología molecular fueron obtenidas de la Sigma Aldrich, los E.E.U.U. el agua 18 MÙ-cm del sistema del Millipore fue utilizada para enjuagar las muestras. Las superficies del Silicio con la orientación [100] fueron utilizadas.

La Dispersión Multi-Emparedó el Carbón Nanotubes

Una pequeña cantidad de nanotubes multi-emparedados del carbón (MWCNTs) fue admitida 1 ml de agua destilada y sonorizada por 2 horas.

Para lograr una mejor dispersión, una caída de MWCNTs sonorizado después fue tomada y tramitada usando pinzas ópticas cum el sistema del combi del microdissection (sistema de la Palma, Alemania). Un manojo de los nanotubes multi-emparedados estuvo partido y dispersado en piezas más pequeñas usando el laser (ULTRAVIOLETA) Ultravioleta del laser de las pinzas ópticas.

El de rayo láser ULTRAVIOLETA, con una longitud de onda de 337 nanómetro fue aplicada a los manojos de nanotubes multi-emparedados del carbón en agua. el 60% de la energía original (µJ 300) fueron utilizados, y después de las bajas (86,67%) en el microscopio, la energía disponible en la muestra estaban alrededor de 24µJ. El laser tenía una duración del pulso de 4 nanosegundos. y frecuencia de 33 Hertz. Así Pues, la potencia máxima por el pulso es muy alta (alrededor 75 kilovatios fuera del cual 10 kilovatios están disponibles en el objetivo).

Análisis de Imagen

Estos manojos más pequeños entonces estuvieron partidos otra vez en piezas más pequeñas inmóviles usando la aplicación relanzada del laser ULTRAVIOLETA.  El análisis de Imagen de imágenes obtenidas fue realizado usando software de análisis de cosecha propia de imagen para cuantificar los grupos de CNT, con formación de umbrales manualmente vigilada en 24 imágenes de dígito binario.

Extracción del Carbón Nanotubes

Una pequeña cantidad de éstos más dispersos y MWCNTs separado fueron extraídos. Éstos entonces fueron suspendidos en una mezcla sulfúrica concentrada del ácido nítrico del ácido (3:1 v/v) por 24 horas. Esto da lugar a la oxidación superficial del MWCNTs y a la formación de grupos del ácido carboxílico. La solución entonces fue centrifugada en 13000 revoluciones por minuto por 10 minutos. El residuo fue lavado con el agua destilada tres veces seguido por la centrifugación para quitar el ácido totalmente. Finalmente los nanotubes fueron secados en un horno en 80°C.

Caracterización

La formación de grupos funcionales asociados en MWCNTs fue confirmada por FTIR (sistema del espectro RXI FTIR de Perkin Elmer). Los espectros de FTIR fueron registrados usando un método de la bolita del KBr. El MWCNTs con el grupo del ácido carboxílico fue convertido en los cloruros ácidos tratando con el cloruro de tionil (SOCl2) para 24 horas. Éstos MWCNTs functionalized fueron dispersados en piridina usando un ultrasonicator y después sujetados a - el OH functionalized la superficie del silicio. Las superficies del Silicio fueron limpiadas ultrasónico en la acetona y el metanol por 10 minutos cada uno antes de functionalizing los con - los grupos del OH [Ulman y otros, Zhang y otros]. Tras completar la reacción, la superficie fue lavada cuidadosamente con agua desionizada y secada en 75°C. Un experimento de mando también conducto sin el tratamiento2 de SOCl para investigar si los nanotubes están depositados simple en la superficie o si químicamente están limitados. El atascamiento de los nanotubes multi-emparedados del carbón en la superficie del silicio fue estudiado usando microscopia electrónica de la exploración.

Resultados y Discusión

Dispersión del Carbón Nanotubes

La Dispersión de la distribución de los nanotubes del carbón es decir de los manojos del nanotube o de partir de manojos en los tubos individuales continúa plantear un reto importante. Su tendencia de existir bajo la forma de manojos debido a sus acciones recíprocas muy fuertes de van der Waals sigue siendo un obstáculo importante hacia explotar su potencial en el área de la nanotecnología. Dispersability, es decir el grado y la facilidad de poner los nanotubes en suspensión, y estabilidad de la dispersión es en un cierto plazo los factores primeros de preocupación. Los Investigadores por todo el mundo están utilizando métodos diferentes tales como ultrasonication, stirring mecánico, tratamiento con DMF [19], dicloroetano [20] etc para superar este problema. Sin Embargo, hay actualmente una falta de acuerdo en qué constituye bueno comparado con la dispersión pobre. Hemos utilizado pinzas ópticas cum microdissector para aprovecharnos de fuerzas fotónicas para lograr la dispersión de los nanotubes del carbón.

El laser ULTRAVIOLETA usado en este experimento entregó energía más que suficiente para vencer las acciones recíprocas de Waals del der de la furgoneta que están sujetando los atados juntos. El laser ULTRAVIOLETA fue hecho para afectar a un manojo de nanotubes multi-emparedados del carbón y éste dio lugar a partir del manojo en piezas más pequeñas. Los manojos más pequeños entonces fueron bombardeados otra vez con la aplicación relanzada del laser ULTRAVIOLETA y los nanotubes fueron dispersados tal y como se muestra en de Fig. 1 (a) - 1 (e). El Higo 1 (a) representa el manojo original de MWCNTs y 1 (b) muestra el efecto del laser ULTRAVIOLETA después de tres tiros. El Higo 1 (c) al higo 1 (e) fue registrado después de siete tiros cada uno.

Cuadro 1 (AE). Dispersión de los nanotubes del carbón usando las pinzas ópticas cum el sistema del combi del microdissection (campo visual los 80µm).

Análisis de Imagen

Usando análisis de imagen, los objetos fueron contados y categorizado en base de la superficie revestida tal y como se muestra en de la representación Gráfica del cuadro 1. de datos se representa en el higo 2 que demuestra sin obstrucción la dispersión de nanotubes.

La superficie del Cuadro 1. revestida por diverso objeto coloca después del tratamiento subsiguiente con el laser ULTRAVIOLETA

Área del Objeto en µ2

Imagen 1

Imagen 2

Imagen 3

Imagen 4

Imagen 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

Cuadro 2. Variación del número de objetos (manojos más pequeños del nanotube) con su talla según lo obtenido después de la aplicación relanzada del laser ULTRAVIOLETA después de diversos intervalos de tiempo.

Caracterización de FTIR del Carbón Nanotubes de Functionalised

los nanotubes Multi-Emparedados del carbón dispersos por las pinzas ópticas functionalized como evidentes por sus espectros de FTIR mostrados en el Higo (3). Los espectros de FTIR de los nanotubes multi-emparedados functionalized del carbón mostraron tres picos adicionales de la transmitencia en 1739,4 cm-1, 3430,9 cm-1, 1638,2 cm-1 comparados con espectro del mando.

El Cuadro 3. espectros de FTIR de los nanotubes functionalized del carbón usando el KBr granula método.

Estos tres picos corresponden al grupo carboxilo (el estirar), al grupo de oxhidrilo (el estirar) y a los grupos funcionales del carbonyl (el estirar) respectivamente. El pico en 3430 cm-1 (una intensidad más reducida) también fue observado en el espectro del mando y es causado por la humedad en la muestra. Dos picos importantes en 2919,2 cm-1 y 2354,8 cm-1 también fueron considerados en el espectro. El origen de estos picos es la capa de parileno y2 del CO de la óptica del IR en el espectrómetro respectivamente.

Carbón Obligatorio Nanotubes al Substrato de Silicio

Cuando la superficie del silicio era reflejada bajo el microscopio electrónico de exploración, reveló varios nanotubes multi-emparedados limitados a la superficie. (Higo 4 (a) y 4 (b)).

Cuadro 4 (a-b). los nanotubes Multi-Emparedados del carbón limitan en la superficie del silicio.

Es también evidente que de la tosquedad superficial total fue aumentado como resultado de la substancia química que tramitaba con los ácidos. La misma superficie del silicio cuando el microscopio electrónico inferior reflejado de exploración sin el tratamiento2 de SOCl no mostró ninguna nanotubes multi-emparedada que mentían en su superficie. Lazo de MWCNTs al silicio sólo después de crear - grupo de COCl usando el tratamiento2 de SOCl según lo descrito en el cuadro 5.


Figure 5.Mechanism para atar de MWCNTs en superficie del silicio.

Esto indica que los nanotubes multi-emparedados están limitados a la superficie como resultado del tratamiento2 de SOCl y no adsorbidos simplemente físicamente. Relanzamos esto muchas veces y podíamos conseguir nanotubes en la superficie del silicio solamente cuando el tramitación intermedio con el cloruro de tionil fue realizado. En Fig. 4 (b), un gran número de nanotubes de diversas longitudes están limitados en la superficie del silicio. No había mando preferencial de la orientación y los nanotubes fueron depositados en una moda al azar a través de la superficie del substrato. Nanotubes aparecía ser distribuido uniformemente sobre la superficie. Hemos seguido el mismo procedimiento para atar de nanotubes multi-emparedados pero sin la dispersión usando las pinzas ópticas. Los micrográfos de electrón de la exploración que muestran atar de nanotubes en superficie del silicio se muestran en Fig. 6 (a-b).

Figura. 6 (a-b). nanotubes Multi-Emparedados del carbón limitados en superficie del silicio sin su dispersión usando las pinzas ópticas.

De las imágenes antedichas sin obstrucción, MWCNTs limita bajo la forma de grupos/atados o agregados. Este experimento fue relanzado varias veces y los resultados similares fueron obtenidos.

Conclusión

El objetivo de este estudio era investigar la dispersión y el atascamiento de los nanotubes del carbón en un substrato de silicio. Las pinzas Ópticas cum combi del microdissection fueron utilizadas para la dispersión junto con el análisis de imagen para la cuantificación. Las imágenes del microscopio electrónico (SEM) de Exploración mostraron que los nanotubes limitan bajo la forma de grupos sin el uso de pinzas ópticas. Éramos acertados en nanotubes de dispersión y de depósito por nuestro método. El atascamiento controlado de nanotubes a las superficies ascenderá final el uso de estos materiales en electrodos del nanoscale y otros dispositivos microelectrónicos. Las ventajas de MWCNTs son que éstas son sobre todo metálicas, tienen resistencia de contacto inferior a los electrodos y también son muy robustas e insensibles a la formación del rizo.

Acuse De Recibo

Los autores reconocen grandemente la ayuda financiera proporcionada por el Departamento de la Tecnología De La Información, Gobierno de la India. Sandeep Kumar y Ranvinder Singh agradecen al Consejo de la Investigación Científica e Industrial por su beca de la investigación. Los Autores son agradecidos a la Organización de los Instrumentos Científicos de Director Central (CSIO), Chandigarh, para proporcionar a recursos necesarios. Reconocemos la ayuda y la utilizamos del Dr. G.Mitra y otras piezas de grupo de investigación

Referencias

  1. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Eklund P.C., “Ciencia de Fullerenes y Carbón Nanotubes; ” Prensa Académica”; Nueva York, 1996.
  2. Yakobson B.I., Smalley R.E., “Fullerene Nanotubes: C1,000,000 y Más Allá. ”. Sci., 85, 324-337, 1997.
  3. Ajayan P.M., “Nanotubes del Carbón”, Rev. 99, 1787-99, 1999 de la Quím.
  4. Dai H.J., “Carbón Nanotubes: Oportunidades y Retos”, Resaca. Sci., 500, 218-241, 2002.
  5. DERECHA de Baughman, Zakhidov A.A., de Heer W.A., “Carbón Nanotubes--la Ruta hacia Aplicaciones”, Ciencia 297, (5582), 787-792, (2002).
  6. Bonard J.M., H. Bueno, Stockli T., Nilsson L.A., “Emisión de Campo del Carbón Nanotubes: Los Primeros Cinco Años”, Electrónica De estado sólido 45, 893 - 914, (2001).
  7. Maurin G., Henn F., Simon B., Nagy J.B., “Doping del Litio del Carbón Nanotubes de Multiwalls Producido por la Descomposición Catalítica”, Lett Nano., 1, 75-79, 2001.
  8. Kong J., Franklin N.R., Zhou C.W., Chapline M.G., Peng S., Cho K.J., Dai H.J., “Cables Moleculares de Nanotube como Sensores Químicos,” Ciencia (Washington, C.C.), 287, 622-625, 2000.
  9. Georgakilas V., Kordatos K., PratoM., Guldi D.M., Holzinger M., e Hirsch A., “Functionalization Orgánico del Carbón Nanotubes”, J. Am. Quím. Soc. 124, 760 -761, 2002.
  10. Qu L.W., Martin R.B., Huang W.J., Fu K.F., Zweifel D., Lin Y., Sun Y.P., Casamata C.E., Harruff B.A., Gord J.R., y Allard L.F., “Acciones Recíprocas del Carbón Nanotubes de Functionalized con Pyrenes Atado en la Solución”, J. Chem. Phys. 117, 8089-8094, 2002.
  11. Riggs J.E., Guo Z.X., Carroll D.L., y Sun Y.P., “Luminiscencia Fuerte del Carbón Solubilizado Nanotubes” J. Am. Quím. Soc. 122, 5879-5880, 2000
  12. Huang W.J., Taylor S., Fu K.F., Lin Y., Zhang D.H., Madejas T.W., Rao MAÑANA, y Sun Y.P., “Asociando las Proteínas al Carbón Nanotubes Vía Amidation Diimide-Activado”, Lett Nano. 2, 311-314, 2002
  13. Otobe K., Nakao H., Hayashi H., Nihey F., Yudasaka M., e Iijima S., “Visualización de la Fluorescencia del Carbón Nanotubes por la Modificación con el Polímero Silicio-Basado”, Lett Nano. 2, 1157-1160, 2002.
  14. Lámina De Espesor M., Kam N.W.S., Chen R.J., Li Y.M., y Dai H.J., “Functionalization del Carbón Nanotubes para Biocompatibility y Reconocimiento Biomolecular”, Lett Nano. 2, 285 -288, 2002.
  15. Chen R.J., Zhan Y.G., Wang D.W., y Dai H.J., “Flanco No-Covalente Functionalization del Carbón Único-Emparedado Nanotubes para la Inmovilización de la Proteína,” J. Am. Quím. Soc. 123, 3838-3839, 2001.
  16. Balavoine F., Schultz P., Richard C., Mallouh V., Ebbesen T.W., y Mioskowski C., “Cristalización Helicoidal de Proteínas en el Carbón Nanotubes”, Angew. Quím., Internacional. Ed. 38, 1912-1915, 1999.
  17. Kral P. y Sadeghpour H.R., “Giro del Laser de Nanotubes: Un camino a Rápido-Girar Microdevices,” Phys. Rev. B 65, 161.401 (2002).
  18. Grier D.G., “Una Revolución en la Manipulación Óptica,” Naturaleza 424, 810-816, (2003).
  19. Ulman A., “Una Introducción a las Películas Orgánicas Ultrafinas de Langmuir-Blodgett al Uno mismo-Ensamblaje”, Prensa Académica, Boston, 1991.
  20. Nikitin A., Ogasawara H., Mann D., Denecke R., Zhang Z., Dai H, Cho K., y Nilsson A., “Hidrogenación del Carbón Único-Emparedado Nanotubes”, Revista Física Pone Letras a 95, 225507 (2005)
  21. Huaizhi G., Raquel R., BO Z., Hideo S., Les F., Jie L, y Otto Z., “Fabricación y Propiedades de Compuestos del Carbón Polivinílico (óxido de etileno) y de Functionalized Nanotubes”, Materiales Avanzados, 14, No. 19, 1387-1390, 2002.
  22. Bockrath M., Cobden D.H., Lu J., Rinzler A.G., Smalley R.E., Balents L. y McEuen P.L. “comportamiento del Luttinger-Líquido en nanotubes del carbón”, Naturaleza, 397, 598-601, Febrero de 1999.

Detalles del Contacto

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

División Biomolecular de la Electrónica y de la Nanotecnología (CURVA)
Organización Central de los Instrumentos Científicos (CSIO)
Sector 30-C, Chandigarh-160030, la India
Email:
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

Departamento de la Física,
Universidad de Panjab,
Chandigarh

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

Last Update: 13. June 2013 07:17

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