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DOI : 10.2240/azojono0112

실리콘 표면에 광학적인 족집게에 의해 이산되는 탄소 Nanotubes의 연결

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

저작권 AZoM.com Pty 주식 회사.

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제출하는: 2005년 12월 26일
배치하는: 2006년 6월 제 10

커버되는 토픽

요약
배경
도량형학에 있는 탄소 Nanotubes의 응용
개별적인 탄소 Nanotubes를 고립시키기
Functionalization
물자와 방법
이산 다중 벽으로 막힌 탄소 Nanotubes
심상 분석
탄소 Nanotubes의 적출
특성
결과와 면담
탄소 Nanotubes의 분산
심상 분석
Functionalised 탄소 Nanotubes의 FTIR 특성
실리콘 기판에 의무적인 탄소 Nanotubes
결론
수신 확인
참고
접촉 세부사항

요약

탄소 nanotubes의 효과적인 분산 그리고 선택적인 두는 것은 전통적인 마이크로 전자공학과의 미래 통합 뿐 아니라 비발한 기능적인 장치의 발달에 필요합니다. 한정된 진도는 탄소 nanotubes의 분산 그리고 통제된 배치에서 보고되었습니다. 존재하는 연구 결과에서는, 우리는 microdissector 시스템이 딸린 광학적인 족집게를 사용하여 탄소 nanotubes를 이산하고 그 후에 실리콘 표면에 binded. - OH 단은 실리콘 표면에 만들었습니다. 탄소 nanotubes는 그들의 끝에 carboxylic 단을 형성하기 위하여 가공되었습니다. 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 스펙트럼은 functionalization를 확인하기 위하여 기록되었습니다. 이 탄소 nanotubes는 실리콘 표면으로 반작용하기 위하여 만들어졌습니다. 실리콘 표면은 스캐닝 전자 현미경의 밑에 조사되었습니다 (SEM). 심상은 실리콘 표면에 binded 다수 탄소 nanotubes의 존재를 보여주었습니다. 기질에 연결의 이 종류는 탄소 nanotubes에 근거를 둔 탐사기 끝 등등을 검사하는 화학 센서 같이 응용에 경로를 열 것입니다.

배경

탄소 nanotubes는 nanoelectronic 장치 날조를 위한 필수적인 분대로 넓게 조사되었습니다. 금속 뿐 아니라 semiconducting 탄소 nanotubes의 실존은 액티브한 장치가 semiconducting nanotubes로 만들고 전기 배선이 (상호 연락합니다) 금속 탄소 nanotubes로 이루어져 있는 모든 탄소에 기지를 둔 기술의 미래 발달을 위한 희망을 불러 일으켰습니다.

도량형학에 있는 탄소 Nanotubes의 응용

이 비발한 관 구조물의 유일한 전기의, 기계와 화학 속성에 의하여 그(것)들에게 나노 과학 [1-4]의 필드에 있는 집중적으로 공부한 물자가 했습니다. 이 nanoscale 물자의 다수 장치 응용은 계획되었습니다 [5-8]. 그들의 융통성 때문에, nanotubes는 전통적인 끝과 비교하여 향상한 해결책을 또한 그들의 높은 신축성 때문에 표면을 가진 크래쉬 때문에 얻는 스캐닝 탐사기 계기에 있는 끝이 및 이 끝 손해를 입지 않다 것과 같이 이용될 수 있습니다. Nanotube 끝은 작용기의 부착에 의해 화학적으로 변경되골 잠재적인 응용을 가진 분자 탐사기로 화학과 생물학에 있는 사용될 수 있습니다.

개별적인 탄소 Nanotubes를 고립시키기

그러나, 요구한 위치에 탄소 nanotubes를 배열하는 기술의 부족은 중요한 장애물입니다. 통제되는 형식에 있는 탄소 nanotubes의 물리 및 화학 특성을 조작하는 적당한 쪽이 없습니다. 그들의 유형 자산의 실제적인 수사를 복잡하게 할 단 하나 nanotubes를 취급하고 그(것)들에 측정을 실행할의 마침 그때, 부족한 지식. 단 하나 탄소 Nanotube의 수사를 위해, 그밖 nanotubes는 견본에서서만 잘 분리되어야 합니다. 그렇지 않으면, 다른 nanotubes는 서로 유형 자산을 좌우할 것입니다. 그것은 묶기 것을 시도하기 때문에 똑바르지 않습니다 nanotubes를 고립시키기 위하여.

Functionalization

표면에 탄소 nanotubes의 Functionalization 그리고 바인딩은 수많은 잠재적인 응용을 초래할 수 있었습니다 그러나 용매에 있는 화학 둔함 그리고 낮은 가용성 같이 요인은 그것을 지루한 만듭니다. 이럼에도 불구하고 몇몇 보고는 생물학에 있는 특정 목표와의 공유 원자가의 [9-12] 뿐 아니라 비 공유 원자가 상호 작용 [13-16] 및 응용을 느끼는 화학제품을 통해서 탄소 nanotubes에 분자를 붙이는 노력에 유효합니다. 본 논문에서는, 우리는 실리콘 표면에 다중 벽으로 막힌 탄소 nanotubes의 연결에 집중했습니다. 광학적인 족집게 [17, 18] 작은 뭉치로 탄소 nanotubes를 이산하기 위하여 사용되었습니다.

물자와 방법

95% 이상 순수성 수준을 가진 다중 벽으로 막힌 탄소 nanotubes, 길이 0.2-200 ìm 및 직경 50까지 nm는 Nanostructured와 무조직 물자, 미국에서 획득되었습니다. 이들은 우리의 실험에 있는 추가 정화 없이 사용되었습니다. 그밖 분자 생물학 급료 화학제품은 전부 시그마 Aldrich, 미국에서 획득되었습니다. 소동공 시스템에서 18 MÙ cm 근해는 견본을 헹구기를 위해 이용되었습니다. 오리엔테이션 [100]를 가진 실리콘 표면은 이용되었습니다.

분산은 탄소 Nanotubes를 다중 벽으로 막았습니다

다중 벽으로 막힌 탄소 nanotubes의 소량은 (MWCNTs) 증류수의 1개 ml에서 취하고 2 시간 동안 초음파 처리됩니다.

더 나은 분산을 달성하기 위하여는, 초음파 처리된 MWCNTs의 투하는 microdissection combi 시스템 (종려 시스템, 독일)이 딸린 광학적인 족집게를 사용하여 그 후에 취하고 가공되었습니다. 다중 벽으로 막힌 nanotubes의 낱단은 광학적인 족집게의 자외선 레이저 (UV) 레이저를 사용하여 더 작은 부속으로 나뉘고 이산되었습니다.

337 nm의 파장과 더불어 UV 레이저 광선은, 근해에 있는 다중 벽으로 막힌 탄소 nanotubes의 낱단에 적용되었습니다. 본래 에너지 (300 µJ)의 60%는 손실 (86.67%) 후에 24µJ의 주위에 견본에 현미경에서, 유효 에너지 이었습니다 사용되고. 레이저에는 4 nsec의 펄스 내구가 있었습니다. 그리고 33 Hz의 주파수. 따라서, (약 75 킬로와트가 10 킬로와트 목적에 유효한) 펄스 당 최고 출력은 아주 높습니다.

심상 분석

이 더 작은 낱단은 UV 레이저의 반복한 응용을 사용하여 고요한 더 작은 부속으로 그 때 다시 나뉘었습니다.  장악된 심상의 심상 분석은 자가 생산 심상 분석 소프트웨어를 사용하여 24 비트 심상에 수동으로 감독한 thresholding와 더불어 CNT 수풀의, 양을 정하기 위하여 능력을 발휘했습니다.

탄소 Nanotubes의 적출

이산된 이들의 소량 및 분리된 MWCNTs는 추출되었습니다. 이들은 집중된 황산 - 24 시간 동안 질산 혼합물 (3:1 v/v)에서 그 때 중단되었습니다. 이것은 MWCNTs의 지상 산화 및 카복실산 단의 대형 귀착됩니다. 해결책은 10 분 동안 13000 분당 회전수에 그 때 원심 작용을 받게 했습니다. 잔류물은 산을 완전하게 제거하기 위하여 3 배로 원심 분리에 선행된 증류수로 세척되었습니다. 마지막으로 nanotubes는 80°C.에 오븐에서 말려짔습니다.

특성

MWCNTs에 붙어 있던 FTIR (Perkin Elmer 스펙트럼 RXI FTIR 시스템)에 의해 작용기의 대형은 확인되었습니다. FTIR 스펙트럼은 KBr 펠릿 방법을 사용하여 기록되었습니다. 카복실산 단을 가진 MWCNTs는 산성 염화물로 24 시간 동안 티오닐 클로라이드 (SOCl)로2 취급해서 변환되었습니다. 이들은 ultrasonicator를 사용하여 pyridine에서 functionalized MWCNTs 이산되고 그 후에에 복종되었습니다 - OH는 실리콘 표면을 functionalized. 실리콘 표면은 그(것)들을 functionalizing 전에 10 분 동안 아세톤 그리고 메탄올 각각에서 - OH 단 [Ulman 그 외 여러분, 장 그 외 여러분]로 초음파로 정리되었습니다. 반응의 완료 후에, 표면은 이온을 제거된 근해로 주의깊게 세척되고 75°C.에 말려짔습니다. 대조 실험은 또한 SOCl 처리 없이2 또는 화학적으로 바운스되는 경우에 nanotubes가 표면에 단순히 예금된다는 것을 조사하기 위하여 수행되었습니다. 실리콘 표면에 다중 벽으로 막힌 탄소 nanotubes의 바인딩은 스캐닝 전자 현미경 검사법을 사용하여 공부되었습니다.

결과와 면담

탄소 Nanotubes의 분산

탄소 nanotubes nanotube 뭉치의 i.e 배급 개별적인 관으로 뭉치의 나누기의 분산은 중요한 도전을 제기하는 것을 계속합니다. van 그들의 아주 강한 der Waals 상호 작용 때문에 뭉치의 모양으로 존재하는 그들의 추세는 나노 과학의 지역에 있는 그들의 잠재력 실현으로 중요한 장애물에 남아 있습니다. Dispersability 의 i.e 정도 및 현탁액 및 분산 안정성에 있는 nanotubes를 두기의 용이함은 한동안 관심사의 소인수입니다. 전세계에 연구원은 DMF [19]를 가진 ultrasonication 기계적인 마음의 동요, 처리, dichloroethane [20] etc.와 같은 이 문제를 극복하기 위하여 다른 방법을 이용하고 있습니다. 그러나 나쁜 분산 대 좋은 만들어 내는 무슨이에, 지금 계약의 부족이 있습니다. 우리는 microdissector이 딸린 광학적인 photonic 탄소 nanotubes의 분산을 달성하기 위하여 군대를 이용하도록 족집게를 사용했습니다.

이 실험에서 사용된 UV 레이저는 더 많은 것 보다는 충분한 다발을 뭉쳐 놓고 있는 밴 der Waals 상호 작용을 극복하기 위하여 에너지를 전달했습니다. UV 레이저는 다중 벽으로 막힌 탄소 nanotubes의 낱단에 충돌하기 위하여 제작되고 이것은 더 작은 부속으로 낱단의 나누기 귀착되었습니다. 더 작은 낱단은 UV 레이저의 반복된 응용으로 그 때 다시 포격되고 nanotubes는 FIG. 1 (a)에서 보이는 것처럼 - 1 이산되었습니다 (e). 그림 1 (a)는 MWCNTs의 본래 낱단을 나타내고 1 (b)는 3발의 탄 후에 UV 레이저의 효력을 보여줍니다. 그림 1 (c)에 그림 1 (e) 는 7발의 탄 각각 후에 기록되었습니다.

숫자 1 (a-e). microdissection combi 시스템 (시계 80µm)이 딸린 광학적인 족집게를 사용하는 탄소 nanotubes의 분산.

심상 분석

심상 분석을 사용하여, 객체는 세어지고 데이터의 도표 1. 그래픽 대표에서 보이는 것처럼 커버된 표면을 기준으로 하여 분류해 명확하게 nanotubes의 분산을 설명하는 그림 2에서 묘사됩니다.

다른 객체에 의해 포함된 도표 1. 표면은 UV 레이저를 가진 후속 처리 후에 구역 수색합니다

µ에 있는 객체 지역2

심상 1

심상 2

심상 3

심상 4

심상 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

다른 시간 간격 후에 UV 레이저의 반복된 응용 후에 장악되는 그들의 규모를 가진 객체 (더 작은 nanotube 낱단)의 수의 숫자 2. 변이.

Functionalised 탄소 Nanotubes의 FTIR 특성

광학적인 족집게에 의해 이산된 다중 벽으로 막힌 탄소 nanotubes는 그림 (3)에서 보인 그들의 FTIR 스펙트럼에 의해 분명한 것과 같이 functionalized. functionalized 다중 벽으로 막힌 탄소 nanotubes의 FTIR 스펙트럼은 1739.4 cm, 3430.9 cm, 통제 스펙트럼-1과 비교된 1638.2-1 cm에 3개의-1 추가 투과율 첨단을 보여주었습니다.

숫자 3. KBr를 사용하여 functionalized 탄소 nanotubes의 FTIR 스펙트럼은 방법을 산탄.

이 3개의 첨단은 각각 카르복실기 단 (기지개), 수산기 단 (기지개) 및 카르보닐기 (기지개) 작용기에 대응합니다. 3430 cm (저강도-1 )에 첨단은 또한 통제 스펙트럼에서 관찰되고 습기에 견본에 있는 기인합니다. 2919.2 cm와 2354.8 cm에-1 2개의 중요한 첨단은-1 또한 스펙트럼에서 보였습니다. 이 첨단의 기점은 각각 분광계에 있는2 IR 광학의 파릴렌과 지휘관 코팅입니다.

실리콘 기판에 의무적인 탄소 Nanotubes

실리콘 표면은 스캐닝 전자 현미경의 밑에 imaged 일 때, 표면에 바운스된 다수 다중 벽으로 막힌 nanotubes를 제시했습니다. (그림 4 (a)와 (b) 4).

숫자 4 (a-b). 다중 벽으로 막힌 탄소 nanotubes는 실리콘 표면에 도약합니다.

전반적인 표면 거칠기의 산으로 가공하는 화학제품 결과로 증가되었다 또한 분명합니다. SOCl 처리 없는 imaged 아래 스캐닝 전자 현미경이 그것의 표면에2 속일 어떤 다중 벽으로 막히는 nanotubes도 보여주지 않을 경우의 동일 실리콘 표면. 만들기 직후에 실리콘에 MWCNTs 묶는 것 - 숫자 5.에서 설명된대로 SOCl2 처리를 사용하는 COCl 단.


실리콘 표면에 MWCNTs의 연결을 위한 5.Mechanism를 계산하십시오.

이것은 다중 벽으로 막힌 nanotubes가 SOCl 처리 결과로 표면에 바운스되고2 단지 물리적으로 흡착되지 않다는 것을 표시합니다. 우리는 많은 시간 티오닐 클로라이드로 중간 가공이 실행될 때만 이것을 반복하고 실리콘의 표면에 nanotubes를 얻을 수 있었습니다. FIG. 4 (b)에서는, 다른 길이의 많은 nanotubes는 실리콘 표면에 바운스됩니다. 우선적인 오리엔테이션 통제가 없고 nanotubes는 기질의 표면을 통해 무작위 형식에서 예금되었습니다. Nanotubes는 획일하게 표면에 분배되는 것처럼 보였습니다. 우리는 광학적인 족집게를 사용하여 다중 벽으로 막힌 nanotubes의 그러나 분산 없는 연결을 위한 동일 절차를 밟았습니다. 실리콘 표면에 nanotubes의 연결을 보여주는 스캐닝 전자 현미경 사진은 FIG. 6 (a-b)에서 보입니다.

숫자. 6 (a-b). 광학적인 족집게를 사용하는 그들의 분산 없이 실리콘 표면에 바운스되는 다중 벽으로 막힌 탄소 nanotubes.

명확하의 위 심상에서, MWCNTs는 수풀/다발 또는 골재의 모양으로 도약합니다. 이 실험은 몇 시간 반복되고 유사한 결과는 장악되었습니다.

결론

이 연구 결과의 목표는 실리콘 기판에 탄소 nanotubes의 분산 그리고 바인딩을 조사하기 위한 것이었습니다. microdissection combi이 딸린 광학적인 족집게는 정량화를 위한 심상 분석과 더불어 분산을 위해 사용되었습니다. 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 심상은 nanotubes가 광학적인 족집게의 사용 없이 수풀의 모양으로 도약한다는 것을 보여주었습니다. 우리는 우리의 방법으로 이산 및 예금 nanotubes에서 성공했습니다. 표면에 nanotubes의 통제되는 바인딩은 궁극적으로 nanoscale 전극과 그밖 마이크로 전자 공학 장치에 있는 이 물자의 사용을 승진시킬 것입니다. MWCNTs의 이점에는 이들이 주로 금속 이다 이고, 전극에 낮은 접촉 저항이 있고 또한 꼬임 대형에게 아주 강력하고 무신경합니다.

수신 확인

저자는 매우 정보 기술, 인도의 정부의 부에 의해 제공된 재정 지원을 인정합니다. Sandeep Kumar와 Ranvinder Singh는 그들의 연구 친교를 과학 적이고 및 산업 연구의 위원회를 감사합니다. 저자는 Central 디렉터 과학 기계 편성부대, 필요한 기능 (CSIO) 제공을 위한 Chandigarh에 감사합니다. 우리는 도움을 인정하고 박사 G.Mitra와 연구 단체의 그밖 일원에게서 지원합니다

참고

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접촉 세부사항

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

생체 고분자 전자공학과 나노 과학 부 (굴곡)
중앙 과학 기계 편성부대 (CSIO)
전투지역 30-C, Chandigarh 160030, 인도
전자 우편:
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

물리학의 부,
Panjab 대학,
Chandigarh

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

Last Update: 13. June 2013 06:50

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