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DOI : 10.2240/azojono0112

Gripper des Nanotubes de Carbone Dispersés par la Brucelles Optique sur la Surface de Silicium

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

Droit d'auteur AZoM.com Pty Ltd.

C'est un article Azoïque de Système de Récompenses d'Accès Ouvert (Azo-AVIRONS) distribué en vertu des Azo-AVIRONS http://www.azonano.com/oars.asp que l'utilisation libre de laisux a fourni l'oeuvre originale est correctement citée mais est limitée à la distribution et à la reproduction non commerciales.

Soumis : Le 26 décembre 2005
Posté : Le 10 juin 2006

Sujets Couverts

Résumé
Mouvement Propre
Application des Nanotubes de Carbone en Métrologie
Isolement de Différents Nanotubes de Carbone
Functionalization
Matériaux et Méthodes
Nanotubes Multi-Murés de Dispersion de Carbone
Analyse d'Image
Extraction des Nanotubes de Carbone
Caractérisation
Résultats et Discussion
Dispersion des Nanotubes de Carbone
Analyse d'Image
Caractérisation de FTIR des Nanotubes de Carbone de Functionalised
Nanotubes Obligatoires de Carbone au Substrat de Silicium
Conclusion
Remerciement
Références
Détails des Contacts

Résumé

La dispersion Pertinente et positionner sélecteur des nanotubes de carbone est nécessaire pour la future intégration avec la microélectronique conventionnelle ainsi que le développement des dispositifs fonctionnels nouveaux. Le progrès Limité a été enregistré dans la dispersion et l'emplacement réglé des nanotubes de carbone. Dans la présente étude, nous avons dispersé des nanotubes de carbone utilisant une brucelles optique avec le système de microdissector et puis binded les sur une surface de silicium. - Des groupes de l'OH ont été produits sur la surface de silicium. Des nanotubes de Carbone ont été traités pour constituer un groupe carboxylique à leurs extrémités. Des spectres infrarouges (FTIR) de Transformée de Fourier ont été enregistrés pour confirmer le functionalization. Ces nanotubes de carbone ont été effectués pour réagir avec la surface de silicium. La surface de silicium a été vérifiée sous le microscope électronique de lecture (SEM). L'image a affiché la présence d'un certain nombre de nanotubes de carbone binded sur la surface de silicium. Ce genre de gripper sur des substrats ouvrira le chemin aux applications comme les senseurs chimiques, balayant les extrémités Etc. de sonde basées sur des nanotubes de carbone.

Mouvement Propre

Des nanotubes de Carbone ont été largement vérifiés comme élément essentiel pour fabriquer les dispositifs nanoelectronic. L'existence des nanotubes métalliques ainsi que semi-conducteurs de carbone a suscité des espoirs pour le développement futur de toutes les technologies basées de carbone en lesquelles des dispositifs actifs sont faits de nanotubes semi-conducteurs et le cablage électrique (interconnecte) se compose des nanotubes métalliques de carbone.

Application des Nanotubes de Carbone en Métrologie

Les seules propriétés électriques, mécaniques et chimiques de ces structures tubulaires nouvelles leur ont effectué les matériaux intensivement étudiés dans le domaine de la nanotechnologie [1-4]. Un certain nombre d'applications de dispositif de ces matériaux de nanoscale ont été envisagées [5-8]. À cause de leur souplesse, des nanotubes peuvent être utilisés comme les extrémités dans des instruments de sonde de lecture pour obtenir la définition améliorée en comparaison des extrémités conventionnelles et également ces extrémités ne souffrent pas des crashes avec les surfaces à cause de leur élasticité élevée. Des extrémités de Nanotube peuvent être modifiées chimiquement par la connexion des groupes fonctionnels et peuvent être utilisées comme sondes moléculaires avec des applications possibles dans la chimie et la biologie.

Isolement de Différents Nanotubes de Carbone

Cependant, un manque de techniques pour arranger des nanotubes de carbone à l'emplacement désiré est un obstacle majeur. Il n'y a aucune voie correcte de manipuler les caractéristiques matérielles et chimiques des nanotubes de carbone d'une mode réglée. Au moment où, la connaissance insuffisante de traiter des nanotubes uniques et d'exécuter des mesures sur elles complique l'enquête pratique sur leurs propriétés physiques. Pour l'enquête sur un Nanotube seulement unique de carbone, d'autres nanotubes doivent être bien séparés dans l'échantillon. Autrement, les différents nanotubes influenceront les propriétés physiques de chacun. Il n'est pas droit pour isoler des nanotubes puisqu'ils essayent d'empaqueter.

Functionalization

Functionalization et grippement des nanotubes de carbone sur la surface pourraient provoquer des applications possibles nombreuses mais les facteurs comme l'inertie chimique et la solubilité faible dans les solvants la rendent pénible. Néanmoins plusieurs états sont disponibles sur des efforts pour fixer des molécules aux nanotubes de carbone par les interactions covalentes [9-12] ainsi que non-covalentes [13-16] avec des objectifs particuliers dans biologique et le produit chimique sentant des applications. Dans le document actuel, nous nous sommes concentrés sur gripper des nanotubes multi-murés de carbone sur une surface de silicium. Les brucelles Optiques [17, 18] ont été utilisées pour disperser des nanotubes de carbone dans de petits paquets.

Matériaux et Méthodes

des nanotubes Multi-Murés de carbone avec des niveaux de pureté au-dessus de 95 %, le ìm et le diamètre jusqu'à 50 nanomètre de la longueur 0.2-200 se sont procurés de Nanostructured et de Matériaux Amorphes, ETATS-UNIS. Ceux-ci ont été utilisés sans davantage de purification dans nos expériences. Tous autres produits chimiques de qualité de biologie moléculaire se sont procurés du Sigma Aldrich, ETATS-UNIS. l'eau du MÙ-cm 18 du système de Millipore a été utilisée pour rincer les échantillons. Des surfaces de Silicium avec l'orientation [100] ont été utilisées.

La Dispersion Multi-A muré des Nanotubes de Carbone

Une petite quantité de nanotubes multi-murés de carbone (MWCNTs) a été rentrée 1 ml d'eau distillée et a été soniquée pendant 2 heures.

Pour réaliser une meilleure dispersion, une goutte de MWCNTs soniqué a été alors prise et traitée utilisant une brucelles optique avec le système de combi de microdissection (système de Palm, Allemagne). Un groupe des nanotubes multi-murés a été coupé et dispersé en plus petites pièces utilisant le laser de laser d'Ultra violet (UV) des brucelles optiques.

Le faisceau laser UV, avec une longueur d'onde de 337 nanomètre a été appliqué aux groupes de nanotubes multi-murés de carbone dans l'eau. 60% de l'énergie initiale (µJ 300) a été utilisé, et après les pertes (86,67%) dans le microscope, l'énergie disponible à l'échantillon était autour de 24µJ. Le laser a eu une durée de pouls de 4 nanosecondes. et fréquence de 33 Hertz. Ainsi, la puissance de crête selon le pouls est très élevée (environ 75 kilowatts hors duquel 10 kilowatts sont disponibles à l'objectif).

Analyse d'Image

Ces plus petits groupes ont été alors coupés de nouveau en plus petites pièces encore utilisant l'application répétée du laser d'UV.  L'Analyse d'image des images obtenues a été effectuée utilisant le logiciel d'analyse d'image du pays pour mesurer des blocs de CNT, avec le seuillage manuellement dirigé sur 24 images de bit.

Extraction des Nanotubes de Carbone

Une petite quantité de ces derniers plus dispersés et MWCNTs séparé ont été extraits. Ceux-ci ont été alors suspendus dans un mélange sulfurique concentré d'acide nitrique d'acide (3:1 v/v) pendant 24 heures. Ceci a comme conséquence l'oxydation extérieure du MWCNTs et la formation des groupes d'acide carboxylique. La solution a été alors centrifugée à 13000 t/mn pendant 10 mn. Le résidu a été lavé avec de l'eau distillée trois fois suivie de centrifugation pour éliminer l'acide complet. Enfin les nanotubes ont été séchés dans un four à 80°C.

Caractérisation

La formation des groupes fonctionnels fixés chez MWCNTs a été confirmée par FTIR (système de spectre RXI FTIR de Perkin Elmer). Des spectres de FTIR ont été enregistrés suivre une méthode de boulette de KBr. Le MWCNTs avec le groupe d'acide carboxylique ont été convertis en chlorures acides par le traitement avec du chlorure de thionyle (SOCl2) pour 24 heures. Ceux-ci MWCNTs functionalized ont été dispersés en pyridine utilisant un ultrasonicator et puis soumis à - l'OH functionalized la surface de silicium. Des surfaces de Silicium ont été par ultrasons nettoyées en acétone et méthylène pendant 10 mn chacune avant de functionalizing les avec - des groupes de l'OH [Ulman et autres, Zhang et autres]. À la fin de la réaction, la surface a été lavée soigneusement avec de l'eau désionisé et séchée à 75°C. Une expérience de contrôle a été également entreprise sans demande de règlement2 de SOCl pour vérifier si les nanotubes sont simplement déposés sur la surface ou s'ils sont chimiquement liés. Le grippement des nanotubes multi-murés de carbone sur la surface de silicium a été étudié utilisant la microscopie électronique de lecture.

Résultats et Discussion

Dispersion des Nanotubes de Carbone

La Dispersion de la distribution de nanotubes de carbone c.-à-d. des paquets de nanotube ou de se diviser des paquets dans différents tubes continue à lancer un défi majeur. Leur tendance d'exister sous forme de paquets dus à leurs interactions très intenses de van der Waals demeure un obstacle majeur vers réaliser leur potentiel dans le domaine de la nanotechnologie. Dispersability, c.-à-d. le degré et la facilité de mettre les nanotubes en suspension, et stabilité de dispersion sont au fil du temps les facteurs principaux de la préoccupation. Les Chercheurs partout dans le monde emploient différentes méthodes telles que l'ultrasonication, le stirring mécanique, la demande de règlement avec DMF [19], le dichloroéthane [20] etc. pour surmonter ce problème. Cependant, il y a actuel un manque de convention sur ce qui constitue bon contre la dispersion faible. Nous avons utilisé une brucelles optique avec le microdissector pour tirer profit des forces photoniques pour accomplir la dispersion des nanotubes de carbone.

Le laser d'UV utilisé dans cette expérience a fourni l'énergie plus que suffisante pour surmonter les interactions de Waals de der de fourgon qui retiennent les batteries ensemble. Le laser d'UV a été effectué pour empiéter sur un groupe de nanotubes multi-murés de carbone et ceci a eu comme conséquence se diviser du groupe dans de plus petites pièces. Les groupes plus petits ont été alors bombardés de nouveau avec l'application répétée du laser d'UV et les nanotubes ont été dispersés suivant les indications de Fig. 1 (a) - 1 (e). La Figue 1 (a) représente le groupe initial de MWCNTs et 1 (b) affiche l'effet du laser d'UV après trois piqûres. La Figue 1 (c) à la figue 1 (e) ont été enregistrées après sept piqûres chacune.

Le Schéma 1 (EA). Dispersion des nanotubes de carbone utilisant la brucelles optique avec le système de combi de microdissection (champ de vision 80µm).

Analyse d'Image

Utilisant l'analyse d'image, des objectifs ont été comptés et classé par catégorie sur la base de la surface couverte suivant les indications de la représentation Graphique du tableau 1. des données est dépeint dans la figue 2 qui explique de manière dégagée la dispersion des nanotubes.

Le Tableau 1. Surface couverte par l'objectif différent s'échelonne après demande de règlement ultérieure avec le laser d'UV

Région d'Objectif dans le µ2

Image 1

Image 2

Image 3

Image 4

Image 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

Le Schéma 2. Variation du numéro des objectifs (de plus petits groupes de nanotube) avec leur taille comme obtenue après application répétée de laser d'UV après différents intervalles.

Caractérisation de FTIR des Nanotubes de Carbone de Functionalised

des nanotubes Multi-Murés de carbone dispersés par les brucelles optiques functionalized comme évidents par leurs spectres de FTIR affichés dans la Figue (3). Les éventails de FTIR des nanotubes multi-murés functionalized de carbone ont affiché trois crêtes supplémentaires de transmittance 1739,4 au cm-1, 3430,9 le cm-1, le cm 1638,2-1 avec le spectre de contrôle.

Le Schéma 3. éventails de FTIR des nanotubes functionalized de carbone utilisant le KBr granulent la méthode.

Ces trois crêtes correspondent au groupe carboxylique (étirement), au groupe d'hydroxyle (étirement) et aux groupes fonctionnels de carbonyle (étirement) respectivement. La crête au cm 3430-1 (intensité réduite) a été également observée en spectre de contrôle et est provoquée par l'humidité dans l'échantillon. Deux crêtes importantes le cm 2919,2-1 au cm et 2354,8-1 ont été également vues en spectre. L'origine de ces crêtes est la couche parylénique et2 de CO du bloc optique d'IR dans le spectromètre respectivement.

Nanotubes Obligatoires de Carbone au Substrat de Silicium

Quand la surface de silicium était imagée sous le microscope électronique de lecture, elle a indiqué un certain nombre de nanotubes multi-murés liés à la surface. (Figue 4 (a) et 4 (b)).

Le Schéma 4 (a-b). les nanotubes Multi-Murés de carbone bondissent sur la surface de silicium.

Il est également évident que de l'aspérité générale ait été augmenté en raison du produit chimique traitant avec des acides. La même surface de silicium quand le microscope électronique de dessous imagé de lecture sans demande de règlement2 de SOCl n'a affiché aucun nanotube multi-muré se trouvant sur sa surface. Grippage de MWCNTs au silicium seulement après produire - groupe de COCl utilisant la demande de règlement2 de SOCl comme décrit sur le schéma 5.


Figure 5.Mechanism pour gripper de MWCNTs sur la surface de silicium.

Ceci indique que des nanotubes multi-murés sont liés sur la surface en raison de la demande de règlement2 de SOCl et ne sont pas simplement matériel adsorbés. Nous répétés ceci beaucoup de fois et pouvions obtenir des nanotubes sur la surface du silicium seulement quand le traitement intermédiaire avec du chlorure de thionyle a été suivi. Dans Fig. 4 (b), un grand nombre de nanotubes de différentes longueurs sont liés sur la surface de silicium. Il n'y avait aucun contrôle préférentiel d'orientation et des nanotubes ont été déposés d'une mode irrégulière en travers de la surface du substrat. Des Nanotubes ont semblé être uniformément répartis sur la surface. Nous avons suivi la même procédure pour gripper des nanotubes multi-murés mais sans dispersion utilisant les brucelles optiques. Les micrographes électroniques de lecture affichant gripper des nanotubes sur la surface de silicium sont affichés dans Fig. 6 (a-b).

Figure. 6 (a-b). nanotubes Multi-Murés de carbone liés sur la surface de silicium sans leur dispersion utilisant les brucelles optiques.

Des images ci-dessus de manière dégagée, MWCNTs bondissent sous forme de blocs/de batteries ou d'agrégats. Cette expérience était répétée plusieurs fois et des résultats similaires ont été obtenus.

Conclusion

L'objectif de cette étude était de vérifier la dispersion et le grippement des nanotubes de carbone sur un substrat de silicium. Des brucelles Optiques avec le combi de microdissection ont été utilisées pour la dispersion avec l'analyse d'image pour la quantification. Les images de microscope électronique (SEM) de Lecture ont prouvé que les nanotubes bondissent sous forme de blocs sans utilisation des brucelles optiques. Nous étions réussis dans des nanotubes de dispersion et déposants par notre méthode. Le grippement réglé des nanotubes sur des surfaces introduira éventuel l'utilisation de ces matériaux dans des électrodes de nanoscale et d'autres dispositifs microélectroniques. Les avantages de MWCNTs sont que ce sont en grande partie métalliques, ont la résistance de contact faible aux électrodes et sont également très robustes et peu sensibles à la formation de pli.

Remerciement

Les auteurs reconnaissent grand le soutien financier fourni par Service de la Technologie de l'Information, Gouvernement de l'Inde. Sandeep Kumar et Ranvinder Singh remercient le Conseil de la Recherche Industrielle Scientifique et De leur camaraderie de recherches. Les Auteurs sont reconnaissants à l'Organisme d'Instruments Scientifiques de Directeur Central (CSIO), Chandigarh, pour fournir les installations nécessaires. Nous reconnaissons l'aide et la supportons du M.G.Mitra et d'autres membres de l'organisme de recherche

Références

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Détails des Contacts

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

Division Biomoléculaire de l'Électronique et de Nanotechnologie (COURBURE)
Organisme Central d'Instruments Scientifiques (CSIO)
Secteur 30-C, Chandigarh-160030, Inde
Email :
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

Département de Physique,
Université de Panjab,
Chandigarh

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

Last Update: 13. June 2013 06:32

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