OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0112

Band van Koolstof Nanotubes door Optische Tweezer op de Oppervlakte die van het Silicium wordt Verspreid

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

Copyright AZoM.com PTY Ltd.

Dit is een Azo Open die artikel van de Beloningen van de Toegang van het Systeem (azo-Roeispanen) in het kader van de termijnen van de azo-Roeispanen http://www.azonano.com/oars.asp wordt verspreid dat onbeperkt gebruik toelaat op voorwaarde dat het originele werk behoorlijk wordt aangehaald maar beperkt tot niet-commerciële distributie en reproductie is.

Voorgelegd: 26 December, 2005
Gepost: 10 Juni, 2006

Besproken Onderwerpen

Samenvatting
Achtergrond
Toepassing van Koolstof Nanotubes in Metrologie
Het Isoleren van Individuele Koolstof Nanotubes
Functionalization
Materialen en Methodes
Het Verspreiden van multi-Ommuurde Koolstof Nanotubes
De Analyse van het Beeld
Extractie van de Koolstof Nanotubes
Karakterisering
Resultaten en Bespreking
Verspreiding van Koolstof Nanotubes
De Analyse van het Beeld
Karakterisering FTIR van Functionalised Koolstof Nanotubes
Het Binden van Koolstof Nanotubes aan het Substraat van het Silicium
Conclusie
Erkenning
Verwijzingen
De Details van het Contact

Samenvatting

De Efficiënte verspreiding en het selectieve plaatsen van koolstof nanotubes zijn noodzakelijk voor toekomstige integratie met conventionele micro-elektronica evenals de ontwikkeling van nieuwe functionele apparaten. De Beperkte vooruitgang is gemeld in de verspreiding en de gecontroleerde plaatsing van koolstof nanotubes. In de huidige studie, verspreidden wij koolstof nanotubes gebruikend een optisch microdissectorsysteem van tweezerkubieke meter en binded hen toen op een siliciumoppervlakte. - OH de groepen werden gecreeerd op de siliciumoppervlakte. De Koolstof werd nanotubes verwerkt om een carboxylic groep op hun einden te vormen. Werden de de transformatie infrarode spectrums (FTIR) van Fourier geregistreerd om functionalization te bevestigen. Deze koolstof werd nanotubes gemaakt om met siliciumoppervlakte te reageren. De siliciumoppervlakte werd onderzocht onder aftastenelektronenmicroscoop (SEM). Het beeld toonde de aanwezigheid van een aantal koolstof nanotubes aan de siliciumoppervlakte binded. Dit soort band op substraten zal de weg voor toepassingen zoals chemische sensoren openstellen, die sondeuiteinden enz. aftasten op koolstof worden gebaseerd nanotubes.

Achtergrond

De Koolstof is nanotubes wijd onderzocht als essentiële component om nanoelectronic apparaten te vervaardigen. Het bestaan van metaal evenals semiconducting koolstof heeft nanotubes hoop voor de toekomstige ontwikkeling van alle koolstof gebaseerde technologieën opgeheven waarin de actieve apparaten van semiconducting nanotubes worden gemaakt en de elektrische bedrading (verbindt) onderling uit metaalkoolstof nanotubes bestaat.

Toepassing van Koolstof Nanotubes in Metrologie

De unieke elektrische, mechanische en chemische eigenschappen van deze nieuwe tubulaire structuren hebben tot hen intensief bestudeerde materialen op het gebied van nanotechnologie gemaakt [1-4]. Een aantal apparatentoepassingen van deze nanoscalematerialen zijn voorzien [5-8]. Wegens hun flexibiliteit, nanotubes kan als uiteinden in de instrumenten van de aftastensonde worden gebruikt om betere resolutie in vergelijking met conventionele uiteinden te krijgen en ook lijden deze uiteinden niet aan neerstortingen met de oppervlakten wegens hun hoge elasticiteit. De uiteinden van Nanotube kunnen chemisch door gehechtheid van functionele groepen worden gewijzigd en kunnen als moleculaire sondes met potentiële toepassingen in chemie en biologie worden gebruikt.

Het Isoleren van Individuele Koolstof Nanotubes

Nochtans, is een gebrek aan technieken om koolstof nanotubes bij gewenste plaats te schikken een belangrijke hindernis. Er is geen juiste manier om de fysieke en chemische kenmerken van koolstof nanotubes op een gecontroleerde manier te manipuleren. Op het ogenblik, compliceert de ontoereikende kennis van de behandeling van enige nanotubes en het uitvoeren van metingen op hen het praktische onderzoek van hun fysische eigenschappen. Voor onderzoek van slechts één enkele koolstof Nanotube, moeten andere nanotubes goed in de steekproef worden gescheiden. Anders, zullen verschillende nanotubes elkaars fysische eigenschappen beïnvloeden. Het is niet ongecompliceerd om te isoleren nanotubes aangezien zij proberen te bundelen.

Functionalization

Functionalization en het binden van koolstof nanotubes op oppervlakte konden talrijke potentiële toepassingen bewerkstelligen maar de factoren zoals chemische traagheid en lage oplosbaarheid in oplosmiddelen maken het vervelend. Desondanks, verscheidene rapporten beschikbaar op inspanningen zijn om molecules aan koolstof nanotubes door covalente [9-12] evenals niet covalente interactie [13-16] met specifieke doelstellingen in biologische en chemische het ontdekken toepassingen vast te maken. In het onderhavige document, concentreerden wij ons op band van multi-ommuurde koolstof nanotubes op een siliciumoppervlakte. Het Optische pincet [17, 18] werd gebruikt om koolstof nanotubes in kleine bundels te verspreiden.

Materialen en Methodes

De multi-Ommuurde koolstof nanotubes met zuiverheidsniveaus boven 95%, de lengte 0.2-200 ìm en de diameter werden tot 50 NM verkregen van Nanostructured en Amorfe Materialen, de V.S. Deze werden gebruikt zonder verdere reiniging in onze experimenten. Alle andere moleculaire chemische producten van de biologierang werden verkregen van Sigma Aldrich, de V.S. 18 werd MÙ-cm- water van Millipore systeem gebruikt voor het spoelen van de steekproeven. Oppervlakten van het Silicium met richtlijn [100] werden gebruikt.

Het Verspreiden van multi-Ommuurde Koolstof Nanotubes

Een kleine hoeveelheid multi-ommuurde koolstof werd nanotubes (MWCNTs) genomen in 1 ml gedistilleerd water en werd gesonoriseerd 2 uren.

Om betere verspreiding te bereiken, werd een daling van gesonoriseerde MWCNTs toen genomen en werd verwerkt gebruikend een optisch systeem van microdissectioncombi van tweezerkubieke meter (het systeem van de Palm, Duitsland). Een bos van multi-ommuurd nanotubes was verdeeld en verspreid in kleinere delen die de Ultraviolette laser (UV) met behulp van laser van het optische pincet.

De UVlaserstraal, met een golflengte van 337 NM werd toegepast op bossen van multi-ommuurde koolstof nanotubes in water. 60% van de originele energie (300 µJ) werd gebruikt, en na verliezen (86.67%) in de microscoop, was de beschikbare energie bij de steekproef rond 24µJ. De laser had een impulsduur van nsec 4. en frequentie van 33 Herz. Zo, is de piekmacht per impuls zeer hoog (rond 75 kilowatt waaruit 10 kilowatt bij doelstelling beschikbaar is).

De Analyse van het Beeld

Deze kleinere bossen waren toen verdeelden opnieuw in nog kleinere delen die herhaalde toepassing van de UVlaser gebruiken.  Analyse van het Beeld van verkregen beelden werd uitgevoerd gebruikend de inlandse software van de beeldanalyse om massa's CNT, met manueel gecontroleerde thresholding op 24 bits beelden te kwantificeren.

Extractie van de Koolstof Nanotubes

Een kleine hoeveelheid deze verspreidde en scheidde meer MWCNTs werd gehaald. Deze werden toen opgeschort in een geconcentreerd zwavelachtig zuur - salpeterzuurmengsel (3:1 v/v) 24 uren. Dit resulteert in de oppervlakteoxydatie van MWCNTs en de vorming van carboxylic zure groepen. De oplossing werd toen gecentrifugeerd bij 13000 t/min 10 minuten. Het residu werd met gedistilleerd die water gewassen driemaal door centrifugeren wordt gevolgd het zuur volledig te verwijderen. Tot Slot waren nanotubes droog in een oven bij 80°C.

Karakterisering

De vorming van functionele die groepen in MWCNTs worden verbonden werd bevestigd door FTIR (het spectrumRXI systeem FTIR van Perkin Elmer). De spectrums FTIR werden geregistreerd gebruikend een KBr korrelmethode. MWCNTs met carboxylic zure groep werd omgezet in zure chloriden door met thionyl chloride (SOCl)2 voor uur te behandelen 24. Deze functionalized MWCNTs werden verspreid in pyridine gebruikend een ultrasonicator en toen werden onderworpen aan - OH functionalized siliciumoppervlakte. Oppervlakten van het Silicium werden ultrasoon schoongemaakt in aceton en methanol 10 minuten elk alvorens functionalizing hen met - OH groepen [Ulman et al, Zhang et al]. Na voltooiing van de reactie, werd de oppervlakte gewassen zorgvuldig met gedeioniseerd water en droog bij 75°C. Een controleexperiment werd ook zonder te onderzoeken behandeling2 SOCl geleid of nanotubes eenvoudig op de oppervlakte worden gedeponeerd of als zij chemisch verbindend zijn. De band van multi-ommuurde koolstof nanotubes op de siliciumoppervlakte werd bestudeerd gebruikend aftastenelektronenmicroscopie.

Resultaten en Bespreking

Verspreiding van Koolstof Nanotubes

De Verspreiding van koolstof nanotubes d.w.z. distributie van nanotubebundels of het verdelen van bundels in individuele buizen blijft een belangrijke uitdaging vormen. Hun tendens om in de vorm van bundels te bestaan toe te schrijven aan hun zeer sterke van der Waals interactie blijft een belangrijke hindernis naar het ontsluiten van hun potentieel op het gebied van nanotechnologie. Dispersability, d.w.z. de graad en het gemak om nanotubes in opschorting, en verspreidingsstabiliteit in tijd te plaatsen is de eerste factoren van belang. De Onderzoekers helemaal over de wereld gebruiken verschillende methodes zoals ultrasonication, het mechanische bewegen, behandeling met DMF [19], dichloroethane [20] enz. om deze moeilijkheid te overwinnen. Nochtans, is er momenteel een gebrek aan overeenstemming over wat goede tegenover slechte verspreiding vormt. Wij hebben een optische microdissector van tweezerkubieke meter gebruikt om uit photonic krachten voordeel te halen om de verspreiding van koolstof te verwezenlijken nanotubes.

De UVdielaser in dit experiment geleverd wordt gebruikt meer dan voldoende energie om de bestelwagen der interactie te overwinnen Waals die de clusters samen houden. De UVlaser werd gemaakt om op een bos van multi-ommuurde koolstof te beïnvloeden nanotubes en dit resulteerde in het verdelen van de bos in kleinere delen. De kleinere bossen werden toen gebombardeerd opnieuw met de herhaalde toepassing van UVlaser en nanotubes werden verspreid zoals aangetoond in fig. 1 (a) - 1 (e). Fig. 1 (a) vertegenwoordigt de originele bos van MWCNTs en 1 (b) toont het effect van UVlaser na drie schoten. Fig. 1 (c) aan fig. 1 (e) werd geregistreerd na zeven schoten elk.

Figuur 1 (VE). Verspreiding van koolstof die nanotubes het optische systeem met behulp van van microdissectioncombi van tweezerkubieke meter (gebied van mening 80µm).

De Analyse van het Beeld

Gebruikend beeldanalyse, werden de voorwerpen geteld en werden die op basis van oppervlakte zoals aangetoond in lijst 1 gecategoriseerd wordt behandeld. De Grafische vertegenwoordiging van gegevens wordt afgeschilderd in fig. 2 dat duidelijk verspreiding van nanotubes aantoont.

Lijst 1. De oppervlakte zich door verschillend voorwerp wordt behandeld strekt na verdere behandeling met UVlaser die uit

Het Gebied van Objecten in µ2

Beeld 1

Beeld 2

Beeld 3

Beeld 4

Beeld 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

Figuur 2. Variatie van aantal voorwerpen (kleinere nanotubebossen) met hun grootte zoals die na herhaalde toepassing van UVlaser na verschillende tijdintervallen wordt verkregen.

Karakterisering FTIR van Functionalised Koolstof Nanotubes

De multi-Ommuurde die koolstof nanotubes door optisch pincet wordt verspreid was functionalized duidelijk door hun die spectrums FTIR in Fig. (3) worden getoond. De spectrums FTIR van functionalized multi-ommuurde koolstof nanotubes toonden drie extra overbrengingspieken bij 1739.4 cm-1, 3430.9 cm-1, 1638.2 die cm-1 met controlespectrum worden vergeleken.

Figuur 3. De spectrums FTIR van functionalized koolstof nanotubes gebruikend KBr korrelmethode.

Deze drie pieken beantwoorden aan carboxyl groep (het uitrekken zich), hydroxylgroep (het uitrekken zich) en carbonyl (het uitrekken zich) functionele respectievelijk groepen. De piek bij 3430 cm-1 (lagere intensiteit) werd ook waargenomen in het controlespectrum en wordt veroorzaakt door vochtigheid in de steekproef. Twee belangrijke pieken bij 2919.2 cm-1 en 2354.8 cm werden-1 ook gezien in het spectrum. De oorsprong van deze pieken is de parylene en deklaag2 van CO van de optica van IRL in de respectievelijk spectrometer.

Bindende Koolstof Nanotubes aan het Substraat van het Silicium

Toen de siliciumoppervlakte onder de aftastenelektronenmicroscoop imaged was, openbaarde het multi-ommuurd een aantal nanotubes verbindend aan de oppervlakte. (Fig. 4 (a) en 4 (b)).

Figuur 4 (ab). Multi-Ommuurde koolstof nanotubes verbindend op de siliciumoppervlakte.

Het is ook duidelijk dat van de algemene oppervlakteruwheid was gestegen als resultaat van de chemische verwerking met zuren. De zelfde siliciumoppervlakte toen imaged onderaftastenelektronenmicroscoop zonder behandeling2 SOCl toonde geen hetommuurde nanotubes liggen op zijn oppervlakte. MWCNTs bindt aan silicium slechts na het creëren - groep COCl gebruikend de behandeling2 SOCl zoals die in figuur 5 wordt beschreven.


Figuur 5.Mechanism voor band van MWCNTs op siliciumoppervlakte.

Dit wijst erop dat multi-ommuurd nanotubes verbindend aan de oppervlakte als resultaat van de behandeling SOCl2 zijn en niet fysisch slechts geadsorbeerd. Wij herhaalden dit vaak en konden nanotubes op de oppervlakte van silicium krijgen slechts toen de middenverwerking met thionyl chloride werd uitgevoerd. In fig. 4 (b), zijn de grote aantallen nanotubes van verschillende lengten verbindend op de siliciumoppervlakte. Er was geen preferentiële richtlijncontrole en nanotubes werden gedeponeerd op een willekeurige manier over de oppervlakte van het substraat. Nanotubes scheen om uniform over de oppervlakte worden verdeeld. Wij hebben de zelfde procedure voor band van multi-ommuurd nanotubes maar zonder verspreiding gebruikend optisch pincet gevolgd. De micrografen die van het aftastenelektron band van nanotubes op siliciumoppervlakte tonen worden getoond in fig. 6 (ab).

Cijfer. 6 (ab). Multi-Ommuurde koolstof nanotubes verbindend op siliciumoppervlakte zonder hun verspreiding die optisch pincet met behulp van.

Van de bovengenoemde beelden duidelijk, bond MWCNTs in de vorm van massa's/clusters of complexen. Dit experiment werd meerdere keren herhaald en de gelijkaardige resultaten werden verkregen.

Conclusie

Het doel van deze studie was verspreiding en het binden van koolstof nanotubes op een siliciumsubstraat te onderzoeken. Optische microdissectioncombi werd van pincetkubieke meter gebruikt voor verspreiding samen met beeldanalyse voor getalsmatige weergave. De de elektronenmicroscoopbeelden van het Aftasten (SEM) toonden aan dat nanotubes verbindend in de vorm van massa's zonder het gebruik van optisch pincet. Wij waren succesvol in het verspreiden en het deponeren nanotubes door onze methode. De gecontroleerde band van nanotubes aan oppervlakten zal uiteindelijk het gebruik van deze materialen in nanoscaleelektroden en andere micro-electronische apparaten bevorderen. De voordelen van MWCNTs zijn dat deze meestal metaal zijn, lage contactweerstand tegen de elektroden hebben en ook zeer robuust en ongevoelig aan knikvorming zijn.

Erkenning

De auteurs erkennen zeer de financiële die steun door Ministerie van Informatietechnologie, Regering wordt verleend van India. Sandeep Kumar en Ranvinder Singh dankt de Raad van Wetenschappelijk en Industrieel Onderzoek voor hun onderzoekbeurs. De Auteurs zijn dankbaar aan de Directeur Central Scientific Instruments Organization (CSIO), Chandigarh, voor het verstrekken van noodzakelijke faciliteiten. Wij erkennen de hulp en steunen van Dr. G.Mitra en andere leden van onderzoeksteam

Verwijzingen

  1. PC Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Eklund., „Wetenschap van Fullerenes en Koolstof Nanotubes; “ Academische Pers“; New York, 1996.
  2. Yakobson B.I., Smalley R.E., „Fullerene Nanotubes: C1,000,000 en Verder. “, Am. Sc.i., 85, 324-337, 1997.
  3. Ajayan P.M., „Nanotubes van Koolstof“, Toer 99, 1787-99, 1999 van Chem.
  4. Dai H.J., „Koolstof Nanotubes: Kansen en Uitdagingen“, Branding. Sc.i., 500, 218-241, 2002.
  5. Baughman RECHTS, Zakhidov A.A., DE Heer W.A., „Koolstof Nanotubes--de Route naar Toepassingen“, Wetenschap 297, (5582), 787-792, (2002).
  6. Bonard J.M., Kind H., Stockli T., Nilsson L.A., de „Emissie van het Gebied van Koolstof Nanotubes: De Eerste Vijf Jaar“, Elektronika In vaste toestand 45, 893 - 914, (2001).
  7. Maurin G., Henn F., Simon B., Nagy J.B., „het Smeren van het Lithium van Multiwalls Koolstof Nanotubes door Katalytische Decompositie wordt Geproduceerd“, Nano Lett., 1, 75-79, 2001 die.
  8. Kong J., Franklin N.R., Zhou C.W., Chapline M.G., Peng S., Cho K.J., Dai H.J., „Moleculaire Draden Nanotube als Chemische Sensoren,“ Wetenschap (Washington, D.C.), 287, 622-625, 2000.
  9. Georgakilas V., Kordatos K., PratoM., Guldi D.M., Holzinger M., en Hirsch A., „Organische Functionalization van Koolstof Nanotubes“, J. Am. Soc. 124, 760 -761, 2002 van Chem.
  10. Qu L.W., Martin R.B., Huang W.J., Fu K.F., Zweifel D., Lin Y., Sun Y.P., Bunker C.E., Harruff B.A., Gord J.R., en Allard L.F., „Interactie van Functionalized Koolstof Nanotubes met Gebonden Pyrenes in Oplossing“, J. Chem. Phys. 117, 8089-8094, 2002.
  11. Riggs J.E., Guo Z.X., Carroll D.L., en Sun Y.P., „Sterke Luminescentie van Oplosbaar Gemaakte Koolstof Nanotubes“ J. Am. Soc. 122, 5879-5880, 2000 van Chem.
  12. Huang W.J., Taylor S., Fu K.F., Lin Y., Zhang D.H., Hanks T.W., Rao A.M., en Sun Y.P., „Vastmakend Proteïnen aan Koolstof Nanotubes Via diimide-Geactiveerde Amidation“, Nano Lett. 2, 311-314, 2002
  13. Otobe K., Nakao H., Hayashi H., Nihey F., Yudasaka M., en Iijima S., de „Visualisatie van de Fluorescentie van Koolstof Nanotubes door Wijziging met silicium-Gebaseerd Polymeer“, Nano Lett. 2, 1157-1160, 2002.
  14. Shim M., Kam N.W.S., Chen R.J., Li Y.M., en Dai H.J., „Functionalization van Koolstof Nanotubes voor Biocompatibility en Biomoleculaire Erkenning“, Nano Lett. 2, 285 -288, 2002.
  15. Chen R.J., Zhan Y.G., Wang D.W., en Dai H.J., „niet Covalente Zijwand Functionalization van enig-Ommuurde Koolstof Nanotubes voor EiwitImmobilisatie,“ J. Am. Soc. 123, 3838-3839, 2001 van Chem.
  16. Balavoine F., Schultz P., Richard C., Mallouh V., Ebbesen T.W., en Mioskowski C., „Spiraalvormige Kristallisatie van Proteïnen op Koolstof Nanotubes“, Angew. Chem., Int. ED. 38, 1912-1915, 1999.
  17. Kral P. en Sadeghpour H.R., „het Spinnen van de Laser van Nanotubes: Een weg aan snel-Roteert Microdevices,“ Phys. Toer B 65, 161.401 (2002).
  18. Grier D.G., een „Revolutie in Optische Manipulatie,“ Aard 424, 810-816, (2003).
  19. Ulman A., een „Inleiding aan Uiterst Dunne Organische Films van langmuir-Blodgett aan zelf-Assemblage“, Academische Pers, Boston, 1991.
  20. Nikitin A., Ogasawara H., Mann D., Denecke R., Zhang Z., Dai H, Cho K., en Nilsson A., „Hydrogenering van enig-Ommuurde Koolstof Nanotubes“, Fysieke Brieven 95, 225507 van het Overzicht (2005)
  21. Huaizhi G., Rachel R., BO Z., Hideo S., Les F., Jie L, en Otto Z., „Vervaardiging en Eigenschappen van Samenstellingen van Poly (ethyleenoxyde) en Functionalized Koolstof Nanotubes“, Geavanceerde Materialen, 14, Nr 19, 1387-1390, 2002.
  22. Bockrath M., Cobden D.H., Lu J., Rinzler A.G., Smalley R.E., Balents L. en McEuen P.L. „luttinger-Vloeibaar gedrag in koolstof nanotubes“, Aard, 397, 598-601, Februari 1999.

De Details van het Contact

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

De Biomoleculaire Afdeling van de Elektronika en van de Nanotechnologie (BEND)
De Centrale Wetenschappelijke Organisatie van Instrumenten (CSIO)
Sector 30-c, chandigarh-160030, India
E-mail:
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

Ministerie van Fysica,
De Universiteit van Panjab,
Chandigarh

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

Last Update: 13. June 2013 06:26

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit