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DOI : 10.2240/azojono0112

Legando del Carbonio Nanotubes Disperso dalla Pinzette Ottica sulla Superficie del Silicio

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

PTY Srl di Copyright AZoM.com.

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Presentato: 26 dicembre 2005
Inviato: 10 giugno 2006

Argomenti Coperti

Estratto
Sfondo
Applicazione di Carbonio Nanotubes in Metrologia
Isolazione del Carbonio Determinato Nanotubes
Functionalization
Materiali e Metodi
Carbonio Multi-Murato di Dispersione Nanotubes
Analisi Sulla Base Di Immagini
Estrazione del Carbonio Nanotubes
Caratterizzazione
Risultati e Discussione
Dispersione di Carbonio Nanotubes
Analisi Sulla Base Di Immagini
Caratterizzazione di FTIR del Carbonio Nanotubes di Functionalised
Carbonio Obbligatorio Nanotubes al Substrato di Silicio
Conclusione
Riconoscimento
Riferimenti
Dettagli del Contatto

Estratto

L'Efficace dispersione ed il posizionamento selettivo dei nanotubes del carbonio è necessaria per integrazione futura con la microelettronica convenzionale come pure lo sviluppo delle unità funzionali novelle. Il progresso Limitato è stato riferito nella dispersione e nel collocamento gestito dei nanotubes del carbonio. Nello studio presente, abbiamo disperso i nanotubes del carbonio facendo uso di una pinzette ottica con il sistema di microdissector e poi binded loro su una superficie del silicio. - I gruppi dell'OH sono stati creati sulla superficie del silicio. I nanotubes del Carbonio sono stati elaborati per formare un gruppo carbossilico alle loro estremità. Gli spettri infrarossi (FTIR) di Trasformata di fourier sono stati registrati per confermare il functionalization. Questi nanotubes del carbonio sono stati fatti per reagire con la superficie del silicio. La superficie del silicio è stata studiata sotto il microscopio elettronico a scansione (SEM). L'immagine ha mostrato la presenza di una serie di nanotubes del carbonio binded alla superficie del silicio. Questo genere di associazione sui substrati aprirà il percorso alle applicazioni come i sensori chimici, ai suggerimenti Ecc. della sonda di scansione basati sui nanotubes del carbonio.

Sfondo

I nanotubes del Carbonio ampiamente sono stati studiati come componente essenziale per da costruzione le unità nanoelectronic. L'esistenza dei nanotubes metallici come pure semiconduttori del carbonio ha sollevato le speranze per lo sviluppo futuro di tutte le tecnologie basate carbonio in cui le unità attive sono fatte dei nanotubes semiconduttori ed i collegamenti elettrici (collega) consistono dei nanotubes metallici del carbonio.

Applicazione di Carbonio Nanotubes in Metrologia

I beni elettrici, meccanici e chimici unici di queste strutture tubolari novelle hanno reso loro i materiali intensivamente studiati nel campo di nanotecnologia [1-4]. Una serie di applicazioni dell'unità di questi materiali del nanoscale sono state prevedute [5-8]. A causa della loro flessibilità, i nanotubes possono essere utilizzati come suggerimenti negli strumenti della sonda di scansione per ottenere la risoluzione migliore in confronto agli scarichi normali ed egualmente questi suggerimenti non soffrono dagli arresti con le superfici a causa della loro alta elasticità. I suggerimenti di Nanotube possono essere modificati chimicamente tramite il collegamento dei gruppi funzionali e possono essere utilizzati come sonde molecolari con le applicazioni potenziali nella chimica e nella biologia.

Isolazione del Carbonio Determinato Nanotubes

Tuttavia, una mancanza di tecniche per sistemare i nanotubes del carbonio a posizione desiderata è una transenna importante. Non c'è modo adeguato manipolare le caratteristiche fisiche e chimiche dei nanotubes del carbonio ad un modo controllato. Dal momento che, conoscenza insufficiente di manipolazione dei nanotubes singoli e di realizzare le misure loro complica l'indagine pratica sulle loro proprietà fisiche. Per indagine soltanto su un singolo carbonio Nanotube, altri nanotubes devono essere separati bene nel campione. Altrimenti, i nanotubes differenti influenzeranno le proprietà fisiche di ciascuno. Non è diretto isolare i nanotubes poiché provano ad impacchettare.

Functionalization

Functionalization e l'associazione dei nanotubes del carbonio su superficie potrebbero determinare le applicazioni potenziali numerose ma i fattori come inerzia chimica e la solubilità bassa in solventi la rendono noiosa. Malgrado questo, parecchi rapporti sono disponibili sugli sforzi per fissare le molecole ai nanotubes del carbonio attraverso le interazioni covalenti [9-12] come pure non covalenti [13-16] con gli scopi specifici in biologico ed il prodotto chimico che percepisce le applicazioni. Nel documento attuale, abbiamo messo a fuoco sull'associazione dei nanotubes multi-murati del carbonio su una superficie del silicio. Le pinzette Ottiche [17, 18] sono state utilizzate per disperdere i nanotubes del carbonio nei piccoli gruppi.

Materiali e Metodi

i nanotubes Multi-Murati del carbonio con i livelli della purezza superiore a 95%, il ìm di lunghezza 0.2-200 ed il diametro fino a 50 nanometro sono stati ottenuti da Nanostructured e da Materiali Amorfi, U.S.A. Questi sono stati utilizzati senza ulteriore depurazione nei nostri esperimenti. Tutti I altri prodotti chimici del grado di biologia molecolare sono stati ottenuti dal Sigma Aldrich, U.S.A. l'acqua 18 MÙ-cm dal sistema del Millipore è stata usata per risciacquare i campioni. Le superfici del Silicio con l'orientamento [100] sono state usate.

La Dispersione Multi-Ha murato il Carbonio Nanotubes

Una piccola quantità di nanotubes multi-murati del carbonio (MWCNTs) è stata contenuta 1 ml di acqua distillata ed è stata sonicata per 2 ore.

Per raggiungere la migliore dispersione, una goccia di MWCNTs sonicato poi è stata catturata ed elaborato stata facendo uso di una pinzette ottica con il sistema di combi di microdissection (sistema della Palma, Germania). Un mazzo dei nanotubes multi-murati è stato diviso e disperso stato in più piccole parti facendo uso del laser (UV) Ultravioletto del laser delle pinzette ottiche.

Il raggio laser UV, con una lunghezza d'onda di 337 nanometro si è applicato ai mazzi di nanotubes multi-murati del carbonio in acqua. 60% dell'energia originale (µJ 300) è stato usato e dopo le perdite (86,67%) nel microscopio, l'energia disponibile al campione era intorno a 24µJ. Il laser ha avuto una durata di impulso di 4 nanosecondi. e una frequenza di 33 Hertz. Così, la potenza di picco per impulso è molto alta (intorno 75 chilowatt da cui 10 chilowatt sono disponibili all'obiettivo).

Analisi Sulla Base Di Immagini

Questi più piccoli mazzi poi sono stati divisi ancora in più piccole parti ancora facendo uso dell'applicazione ripetuta del laser UV.  L'analisi sulla base di immagini delle immagini ottenute è stata eseguita facendo uso del software nazionale di analisi sulla base di immagini per quantificare i mucchi di CNT, con thresholding manualmente sorvegliato su 24 immagini del bit.

Estrazione del Carbonio Nanotubes

Una piccola quantità di questi dispersi e MWCNTs separato sono stati estratti. Questi poi sono stati sospesi in una miscela solforica concentrata dell'acido nitrico dell'acido (3:1 v/v) per 24 ore. Ciò provoca l'ossidazione di superficie del MWCNTs e la formazione di gruppi dell'acido carbossilico. La soluzione poi è stata centrifugata a 13000 giri/min. per 10 minuti. Il residuo è stato lavato con acqua distillata tre volte seguita da centrifugazione per eliminare l'acido completamente. Definitivo i nanotubes sono stati asciugati in un forno a 80°C.

Caratterizzazione

La formazione di gruppi funzionali fissati a MWCNTs è stata confermata da FTIR (sistema di spettro RXI FTIR di Perkin Elmer). Gli spettri di FTIR sono stati registrati facendo uso di un metodo della pallina del KBr. Il MWCNTs con il gruppo dell'acido carbossilico è stato convertito in cloruri acidi trattando con il cloruro di tionile (SOCl2) per 24 ore. Questi MWCNTs functionalized sono stati dispersi in piridina facendo uso di un ultrasonicator e poi sono stati sottoposti a - l'OH functionalized la superficie del silicio. Le superfici del Silicio sono state pulite in modo ultrasonico in acetone e metanolo per 10 minuti ciascuno prima di functionalizing con - i gruppi dell'OH [Ulman ed altri, Zhang ed altri]. Dopo il completamento della reazione, la superficie è stata lavata con attenzione con acqua deionizzata ed è stata asciugata a 75°C. Un esperimento di controllo egualmente è stato eseguito senza trattamento2 di SOCl per studiare se i nanotubes sono depositati semplicemente sulla superficie o se chimicamente sono limitati. L'associazione dei nanotubes multi-murati del carbonio sulla superficie del silicio è stata studiata facendo uso di microscopia elettronica di scansione.

Risultati e Discussione

Dispersione di Carbonio Nanotubes

La Dispersione di distribuzione dei nanotubes del carbonio cioè dei gruppi del nanotube o della scissione dei gruppi nei diversi tubi continua a posare una sfida importante. La Loro tendenza ad esistere sotto forma di gruppi dovuto le loro molto forti interazioni di van der Waals rimane una transenna importante verso la realizzazione del loro potenziale nel campo di nanotecnologia. Dispersability, cioè il grado e la facilità di collocamento dei nanotubes in sospensione e la stabilità della dispersione è col passare del tempo i fattori principali di preoccupazione. I Ricercatori dappertutto stanno usando i metodi differenti quali il ultrasonication, lo stirring meccanico, il trattamento con DMF [19], il dicloroetano [20] ecc per superare questo problema. Tuttavia, c'è corrente una mancanza di accordo su che cosa costituisce buon contro dispersione difficile. Abbiamo utilizzato una pinzette ottica con il microdissector per approfittare delle forze fotoniche per compire la dispersione dei nanotubes del carbonio.

Il laser UV utilizzato in questo esperimento ha consegnato l'energia più sufficiente per sormontare le interazioni di Waals del der del furgone che stanno tenendo insieme i cluster. Il laser UV è stato fatto per interferire su un mazzo di nanotubes multi-murati del carbonio e questo ha provocato la scissione del mazzo nelle più piccole parti. I più piccoli mazzi poi sono stati bombardati ancora con l'applicazione ripetuta del laser UV e i nanotubes sono stati dispersi secondo le indicazioni della Fig. 1 (a) - 1 (e). I Fichi 1 (a) rappresentano il mazzo originale di MWCNTs e 1 (b) mostra l'effetto del laser UV dopo tre scatti. Fico 1 (c) al fico 1 (e) è stato registrato dopo sette scatti ciascuno.

Figura 1 (EA). Dispersione dei nanotubes del carbonio facendo uso della pinzette ottica con il sistema di combi di microdissection (campo visivo 80µm).

Analisi Sulla Base Di Immagini

Facendo Uso di analisi sulla base di immagini, gli oggetti sono stati contati e categorizzato in base ad area coperta secondo le indicazioni della rappresentazione Grafica della tabella 1. dei dati è descritto in fico 2 che dimostra chiaramente la dispersione dei nanotubes.

L'area Della Tabella 1. coperta da oggetto differente varia dopo il trattamento successivo con il laser UV

Area dell'Oggetto nel µ2

Immagine 1

Immagine 2

Immagine 3

Immagine 4

Immagine 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

Figura 2. Variazione del numero degli oggetti (più piccoli mazzi del nanotube) con la loro dimensione come ottenuta dopo l'applicazione ripetuta del laser UV dopo gli intervalli di tempo differenti.

Caratterizzazione di FTIR del Carbonio Nanotubes di Functionalised

i nanotubes Multi-Murati del carbonio dispersi dalle pinzette ottiche functionalized come evidenti dai loro spettri di FTIR indicati in Fico (3). Le gamme di FTIR di nanotubes multi-murati functionalized del carbonio hanno mostrato tre picchi supplementari di trasmissione a 1739,4 il cm-1, 3430,9 il cm-1, 1638,2 cm-1 rispetto allo spettro di controllo.

La Figura 3. gamme di FTIR di nanotubes functionalized del carbonio facendo uso di KBr appallottola il metodo.

Questi tre picchi corrispondono al gruppo carbossilico (allungare), al gruppo di idrossile (allungare) ed ai gruppi funzionali del carbonilico (allungare) rispettivamente. Il picco a 3430 il cm-1 (intensità più bassa) egualmente è stato osservato nello spettro di controllo ed è causato da umidità nel campione. Due picchi importanti a 2919,2 cm-1 e a 2354,8 cm-1 inoltre sono stati veduti nello spettro. L'origine di questi picchi è il rivestimento di CO e2 parilenico dell'ottica di IR nello spettrometro rispettivamente.

Carbonio Obbligatorio Nanotubes al Substrato di Silicio

Quando la superficie del silicio era imaged sotto il microscopio elettronico a scansione, ha rivelato una serie di nanotubes multi-murati limitati alla superficie. (Fichi 4 (a) e 4 (b)).

Figura 4 (a-b). i nanotubes Multi-Murati del carbonio limitano sulla superficie del silicio.

È egualmente evidente che della rugosità di superficie globale è stato aumentato come conseguenza del trattamento chimico con gli acidi. La stessa superficie del silicio quando il microscopio elettronico a scansione di sotto imaged senza trattamento2 di SOCl non ha mostrato alcuni nanotubes multi-murati che si trovano sulla sua superficie. Legatura di MWCNTs a silicio solo dopo la creazione - gruppo di COCl facendo uso del trattamento2 di SOCl come descritto in figura 5.


Calcoli 5.Mechanism per legare di MWCNTs sulla superficie del silicio.

Ciò indica che i nanotubes multi-murati sono limitati alla superficie come conseguenza del trattamento2 di SOCl e soltanto fisicamente non sono adsorbiti. Abbiamo ripetuto questo molte volte e potevamo ottenere i nanotubes sulla superficie di silicio soltanto quando il trattamento intermedio con il cloruro di tionile è stato effettuato. Nella Fig. 4 (b), tantissimi nanotubes delle lunghezze differenti è limitato sulla superficie del silicio. Non c'era controllo preferenziale di orientamento e i nanotubes sono stati depositati ad un modo casuale attraverso la superficie del substrato. Nanotubes è sembrato distribuirsi costante sopra la superficie. Abbiamo seguito la stessa procedura per legare dei nanotubes multi-murati ma senza dispersione facendo uso delle pinzette ottiche. I microscopi elettronici a scansione che mostrano legare dei nanotubes sulla superficie del silicio sono indicati nella Fig. 6 (a-b).

Figura. 6 (a-b). nanotubes Multi-Murati del carbonio limitati sulla superficie del silicio senza loro dispersione facendo uso delle pinzette ottiche.

Dalle immagini di cui sopra chiaramente, MWCNTs limita sotto forma di mucchi/cluster o di cumuli. Questo esperimento è stato ripetuto parecchie volte e risultati simili sono stati ottenuti.

Conclusione

Lo scopo di questo studio era di studiare la dispersione e l'associazione dei nanotubes del carbonio su un substrato di silicio. Le pinzette Ottiche con il combi di microdissection sono state utilizzate per dispersione con analisi sulla base di immagini per quantificazione. Le immagini del microscopio elettronico a scansione (SEM) hanno indicato che i nanotubes limitano sotto forma di mucchi senza l'uso delle pinzette ottiche. Riuscivamo nei nanotubes di dispersione e di deposito con il nostro metodo. L'associazione controllata dei nanotubes alle superfici infine promuoverà l'uso di questi materiali in elettrodi del nanoscale ed altre unità microelettroniche. I vantaggi di MWCNTs sono che questi sono principalmente metallici, hanno resistenza di contatto bassa agli elettrodi ed egualmente sono molto robusti ed insensibili a formazione del nodo.

Riconoscimento

Gli autori notevolmente riconoscono il contributo finanziario fornito dal Dipartimento di Information Technology, Governo dell'India. Sandeep Kumar e Ranvinder Singh ringraziano il Consiglio della Ricerca Scientifica ed Industriale per la loro amicizia della ricerca. Gli Autori sono riconoscenti all'Organizzazione degli Strumenti Scientifici di Direttore Central (CSIO), Chandigarh, per la fornitura degli impianti necessari. Riconosciamo la guida e supportiamo dal Dott. G.Mitra ed altri membri del gruppo di ricerca

Riferimenti

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Dettagli del Contatto

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

Divisione Biomolecolare di Nanotecnologia e di Elettronica (CURVATURA)
Organizzazione Centrale degli Strumenti Scientifici (CSIO)
Settore 30-C, Chandigarh-160030, India
Email:
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

Dipartimento di Fisica,
Università di Panjab,
Chandigarh

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

Last Update: 13. June 2013 06:42

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