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DOI : 10.2240/azojono0112

Ligação do Carbono Nanotubes Dispersada pelo Tweezer Óptico na Superfície do Silicone

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

PTY Ltd. de Copyright AZoM.com

Este é um artigo do Sistema das Recompensas do Acesso Aberto do AZo (AZo-REMOS) distribuído sob os termos dos AZo-REMOS http://www.azonano.com/oars.asp que o uso ilimitado das licenças forneceu o trabalho original correctamente é mencionado mas limitado à distribuição e à reprodução não comerciais.

Submetido: 26 de dezembro de 2005
Afixado: 10 de junho de 2006

Assuntos Cobertos

Sumário
Fundo
Aplicação do Carbono Nanotubes na Metrologia
Isolando o Carbono Individual Nanotubes
Functionalization
Materiais e Métodos
Carbono Multi-Murado de Dispersão Nanotubes
Análise de Imagem
Extracção do Carbono Nanotubes
Caracterização
Resultados e Discussão
Dispersão do Carbono Nanotubes
Análise de Imagem
Caracterização de FTIR do Carbono Nanotubes de Functionalised
Carbono Obrigatório Nanotubes à Carcaça de Silicone
Conclusão
Reconhecimento
Referências
Detalhes do Contacto

Sumário

A dispersão Eficaz e o posicionamento selectivo de nanotubes do carbono são necessários para a integração futura com microeletrônica convencional assim como a revelação de dispositivos funcionais novos. O progresso Limitado foi relatado na dispersão e na colocação controlada de nanotubes do carbono. No estudo actual, nós dispersamos nanotubes do carbono usando um tweezer óptico com o sistema do microdissector e binded então os em uma superfície do silicone. - Os grupos do OH foram criados na superfície do silicone. Os nanotubes do Carbono foram processados para formar um grupo carboxylic em suas extremidades. Fourier transforma os espectros (FTIR) infravermelhos foi gravado para confirmar o functionalization. Estes nanotubes do carbono foram feitos para reagir com a superfície do silicone. A superfície do silicone foi investigada sob o microscópio de elétron da exploração (SEM). A imagem mostrou a presença de um número de nanotubes do carbono binded à superfície do silicone. Este tipo da ligação em carcaças abrirá o trajecto às aplicações como os sensores químicos, fazendo a varredura das pontas Etc. da ponta de prova baseadas em nanotubes do carbono.

Fundo

Os nanotubes do Carbono foram investigados extensamente como um componente essencial para fabricar dispositivos nanoelectronic. A existência de nanotubes metálicos assim como semiconducting do carbono levantou esperanças para a revelação futura de todas as tecnologias baseadas carbono em que os dispositivos activos são feitos de nanotubes semiconducting e a fiação elétrica (interconecta) consiste em nanotubes metálicos do carbono.

Aplicação do Carbono Nanotubes na Metrologia

As propriedades elétricas, mecânicas e químicas originais destas estruturas tubulares novas fizeram-lhes materiais intensiva estudados no campo da nanotecnologia [1-4]. Um número de aplicações do dispositivo destes materiais do nanoscale foram previstas [5-8]. Devido a sua flexibilidade, os nanotubes podem ser usados como as pontas nos instrumentos da ponta de prova da exploração para obter a definição melhorada em comparação com pontas convencionais e igualmente estas pontas não sofrem dos impactos com as superfícies devido a sua elasticidade alta. As pontas de Nanotube podem ser alteradas quimicamente pelo acessório de grupos funcionais e podem ser usadas como pontas de prova moleculars com aplicações potenciais na química e na biologia.

Isolando o Carbono Individual Nanotubes

Contudo, uma falta das técnicas para arranjar nanotubes do carbono no lugar desejado é um obstáculo principal. Não há nenhuma maneira apropriada de manipular as características físicas e químicas de nanotubes do carbono em uma forma controlada. No momento em que, insuficiente conhecimento de segurar únicos nanotubes e de executar medidas nelas complica a investigação prática de suas propriedades físicas. Para a investigação somente de um único carbono Nanotube, outros nanotubes têm que bem ser separados na amostra. Se Não, os nanotubes diferentes influenciarão propriedades físicas de cada um. Não é directa isolar nanotubes desde que tentam empacotar.

Functionalization

Functionalization e o emperramento de nanotubes do carbono na superfície poderiam trazer aplicações potenciais aproximadamente numerosas mas os factores como o inertness químico e a baixa solubilidade nos solventes fazem-na fastidiosa. Apesar disto, diversos relatórios estão disponíveis em esforços para anexar moléculas aos nanotubes do carbono através das interacções covalent [9-12] assim como não-covalent [13-16] com objetivos específicos em biológico e do produto químico que detecta aplicações. No papel actual, nós centramo-nos sobre a ligação de nanotubes multi-murados do carbono em uma superfície do silicone. A pinça Óptica [17, 18] foi usada para dispersar nanotubes do carbono em pacotes pequenos.

Materiais e Métodos

os nanotubes Multi-Murados do carbono com níveis da pureza acima de 95%, o ìm do comprimento 0.2-200 e o diâmetro até 50 nanômetro foram obtidos de Nanostructured e dos Materiais Amorfos, EUA. Estes foram usados sem purificação mais adicional em nossas experiências. Todos produtos químicos restantes da categoria da biologia molecular foram obtidos do Sigma Aldrich, EUA. a água 18 MÙ-cm do sistema do Millipore foi usada enxaguando as amostras. As superfícies do Silicone com orientação [100] foram usadas.

A Dispersão Multi-Murou o Carbono Nanotubes

Uma quantidade pequena de nanotubes multi-murados do carbono (MWCNTs) foi recolhida 1 ml da água destilada e sonicated por 2 horas.

Para conseguir a melhor dispersão, uma gota de MWCNTs sonicated então foi tomada e processada usando um tweezer óptico com o sistema do combi do microdissection (sistema da Palma, Alemanha). Um grupo dos nanotubes multi-murados era separação e dispersado nas peças menores usando o laser (UV) Ultravioleta do laser da pinça óptica.

O raio laser UV, com um comprimento de onda de 337 nanômetro foi aplicado aos grupos de nanotubes multi-murados do carbono na água. 60% da energia original (µJ 300) foi usado, e após as perdas (86,67%) no microscópio, a energia disponível na amostra era em torno de 24µJ. O laser teve uma duração do pulso de 4 nanossegundos. e freqüência de 33 Hertz. Assim, a potência máxima pelo pulso é muito alta (ao redor 75 quilowatts fora de que 10 quilowatts estão disponíveis no objetivo).

Análise de Imagem

Estes grupos menores eram então rachados outra vez nas peças menores imóveis usando a aplicação repetida do laser UV.  A análise de Imagem de imagens obtidas foi executada usando o software de análise cultivado em casa da imagem para determinar grupos de CNT, com limiar manualmente supervisionado em 24 imagens de bit.

Extracção do Carbono Nanotubes

Uma quantidade pequena destes mais dispersados e MWCNTs separado foram extraídos. Estes foram suspendidos então em uma mistura sulfúrica concentrada do ácido nítrico do ácido (3:1 v/v) por 24 horas. Isto conduz à oxidação de superfície do MWCNTs e à formação de grupos do ácido carboxylic. A solução foi centrifugada então em 13000 RPM por 10 minutos. O resíduo foi lavado com a água destilada seguida extremamente pela centrifugação para remover completamente o ácido. Os nanotubes foram secados Finalmente em um forno em 80°C.

Caracterização

A formação de grupos funcionais anexados em MWCNTs foi confirmada por FTIR (sistema do espectro RXI FTIR de Perkin Elmer). Os espectros de FTIR foram gravados usando um método da pelota do KBr. O MWCNTs com grupo do ácido carboxylic foi convertido em cloretos ácidos tratando com o cloreto de thionyl (SOCl2) para 24 horas. Estes MWCNTs functionalized foram dispersados na piridina usando um ultrasonicator e sujeitados então a - o OH functionalized a superfície do silicone. As superfícies do Silicone foram limpadas ultra-sônica na acetona e no metanol por 10 minutos cada um antes de functionalizing os com - os grupos do OH [Ulman e outros, Zhang e outros]. Após conclusão da reacção, a superfície foi lavada com cuidado com água deionized e secada em 75°C. Uma experiência de controle foi conduzida igualmente sem tratamento2 de SOCl para investigar se os nanotubes estão depositados simplesmente na superfície ou se são limitados quimicamente. O emperramento de nanotubes multi-murados do carbono na superfície do silicone foi estudado usando a microscopia de elétron da exploração.

Resultados e Discussão

Dispersão do Carbono Nanotubes

A Dispersão da distribuição dos nanotubes do carbono isto é de pacotes do nanotube ou da rachadura dos pacotes nas câmaras de ar individuais continua a levantar um desafio principal. Sua tendência existir sob a forma dos pacotes devido a suas interacções muito fortes de camionete der Waals permanece um obstáculo principal para realizar seu potencial na área da nanotecnologia. Dispersability, isto é o grau e a facilidade de colocar os nanotubes em suspensão, e estabilidade da dispersão é ao longo do tempo os factores principais do interesse. Os Pesquisadores pelo mundo inteiro estão usando métodos diferentes tais como o ultrasonication, o stirring mecânico, o tratamento com DMF [19], o dichloroethane [20] etc. para superar este problema. Contudo, há actualmente uma falta do acordo no que constitui bom contra a dispersão deficiente. Nós usamos um tweezer óptico com o microdissector para aproveitar-se de forças fotónicas para realizar a dispersão de nanotubes do carbono.

O laser UV usado nesta experiência entregou a energia mais do que suficiente para superar as interacções de Waals do der da camionete que estão mantendo os conjuntos unidos. O laser UV foi feito para usurpar em um grupo de nanotubes multi-murados do carbono e este conduziu à rachadura do grupo nas peças menores. Os grupos menores foram bombardeados então outra vez com a aplicação repetida do laser UV e os nanotubes foram dispersados segundo as indicações de Fig. 1 (a) - 1 (e). O Figo 1 (a) representa o grupo original de MWCNTs e 1 (b) mostra o efeito do laser UV após três tiros. O Figo 1 (c) ao figo 1 (e) foi gravado após sete tiros cada um.

Figura 1 (AE). Dispersão de nanotubes do carbono usando o tweezer óptico com o sistema do combi do microdissection (campo de visão 80µm).

Análise de Imagem

Usando a análise de imagem, os objetos foram contados e categorizado com base na área de superfície coberta segundo as indicações da representação Gráfica da tabela 1. dos dados é descrito no figo 2 que demonstra claramente a dispersão dos nanotubes.

A área De Superfície da Tabela 1. coberta pelo objeto diferente varia após o tratamento subseqüente com laser UV

Área do Objeto no µ2

Imagem 1

Imagem 2

Imagem 3

Imagem 4

Imagem 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. Variação do número de objetos (grupos menores do nanotube) com seu tamanho como obtido após a aplicação repetida do laser UV após intervalos de tempo diferentes.

Caracterização de FTIR do Carbono Nanotubes de Functionalised

os nanotubes Multi-Murados do carbono dispersados pela pinça óptica functionalized como evidentes por seus espectros de FTIR mostrados no Figo (3). Os espectros de FTIR de nanotubes multi-murados functionalized do carbono mostraram três picos adicionais do transmitância em 1739,4 cm-1, 3430,9 cm-1, 1638,2 cm-1 comparados com o espectro do controle.

A Figura 3. espectros de FTIR dos nanotubes functionalized do carbono que usam o KBr granula o método.

Estes três picos correspondem ao grupo carboxyl (esticão), ao grupo de hidróxilo (esticão) e aos grupos funcionais do carbonilo (esticão) respectivamente. O pico em 3430 cm-1 (mais baixa intensidade) foi observado no espectro do controle e é causado igualmente pela umidade na amostra. Dois picos principais em 2919,2 cm-1 e em 2354,8 cm-1 foram considerados igualmente no espectro. A origem destes picos é o revestimento parylene e2 do CO do sistema ótico do IR no espectrómetro respectivamente.

Carbono Obrigatório Nanotubes à Carcaça de Silicone

Quando a superfície do silicone era imaged sob o microscópio de elétron da exploração, revelou um número de nanotubes multi-murados limitados à superfície. (Figo 4 (a) e 4 (b)).

Figura 4 (a-b). os nanotubes Multi-Murados do carbono limitam na superfície do silicone.

É igualmente evidente que da aspereza de superfície total estêve aumentado em conseqüência do produto químico que processa com ácidos. A mesma superfície do silicone quando o microscópio de elétron inferior imaged da exploração sem tratamento2 de SOCl não mostrou nenhuns nanotubes multi-murada que se encontram em sua superfície. Ligamento de MWCNTs ao silicone somente depois a criação - grupo de COCl que usa o tratamento2 de SOCl como descrito em figura 5.


Figura 5.Mechanism para ligar de MWCNTs na superfície do silicone.

Isto indica que os nanotubes multi-murados estão limitados à superfície em conseqüência do tratamento2 de SOCl e não fixados meramente fisicamente. Nós repetimos este muitas vezes e pudemos obter nanotubes na superfície do silicone somente quando o processamento intermediário com cloreto de thionyl foi realizado. Em Fig. 4 (b), um grande número nanotubes de comprimentos diferentes são limitados na superfície do silicone. Não havia nenhum controle preferencial da orientação e os nanotubes foram depositados em uma forma aleatória através da superfície da carcaça. Nanotubes pareceu ser distribuído uniformemente sobre a superfície. Nós seguimos o mesmo procedimento para ligar de nanotubes multi-murados mas sem dispersão usando a pinça óptica. As micrografia de elétron da exploração que mostram a ligação dos nanotubes na superfície do silicone são mostradas em Fig. 6 (a-b).

Figura. 6 (a-b). nanotubes Multi-Murados do carbono limitados na superfície do silicone sem sua dispersão usando a pinça óptica.

Das imagens acima claramente, MWCNTs limita sob a forma dos grupos/conjuntos ou dos agregados. Esta experiência foi repetida diversas vezes e os resultados semelhantes foram obtidos.

Conclusão

O alvo deste estudo era investigar a dispersão e o emperramento de nanotubes do carbono em uma carcaça de silicone. A pinça Óptica com o combi do microdissection foi usada para a dispersão junto com a análise de imagem para a quantificação. As imagens do microscópio de elétron (SEM) da Exploração mostraram que os nanotubes limitam sob a forma dos grupos sem o uso da pinça óptica. Nós éramos bem sucedidos em nanotubes de dispersão e de depósito por nosso método. O emperramento controlado dos nanotubes às superfícies promoverá finalmente o uso destes materiais nos eléctrodos do nanoscale e em outros dispositivos micro-electrónicos. As vantagens de MWCNTs são que estas são na maior parte metálicas, têm a baixa resistência de contacto aos eléctrodos e igualmente são muito robustas e insensíveis à formação da torção.

Reconhecimento

Os autores reconhecem extremamente o suporte financeiro fornecido pelo Departamento da Tecnologia Da Informação, O Governo da Índia. Sandeep Kumar e Ranvinder Singh agradecem ao Conselho da Pesquisa Científica e Industrial para sua bolsa de estudo da pesquisa. Os Autores são gratos à Organização dos Instrumentos Científicos do Director Central (CSIO), Chandigarh, para fornecer facilidades necessárias. Nós reconhecemos a ajuda e apoiamo-la do Dr. G.Mitra e outros membros do grupo de investigação

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Detalhes do Contacto

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

Divisão Biomolecular da Eletrônica e da Nanotecnologia (CURVATURA)
Organização Central dos Instrumentos Científicos (CSIO)
Sector 30-C, Chandigarh-160030, Índia
Email:
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

Departamento de Física,
Universidade de Panjab,
Chandigarh

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

Last Update: 13. June 2013 07:08

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