There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam
OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0112

Связывать Углерода Nanotubes Разметанный Оптически Щипчик на Поверхности Кремния

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

Pty Ltd. AZoM.com Авторского Права

Это статья Системы Вознаграждениями Открытого Доступа AZo (AZo-ВЕСЕЛ) распределенная в соответствии с AZo-ВЕСЕЛ http://www.azonano.com/oars.asp которым польза разрешений неограниченная предусмотрела первоначально работу правильно процитирована но ограничена к общественный распределению и воспроизводству.

Представлено: 26-ое декабря 2005
Вывешено: 10-ое июня 2006

Покрытые Темы

Конспект
Предпосылка
Применение Углерода Nanotubes в Метрологии
Изолировать Индивидуальный Углерод Nanotubes
Functionalization
Материалы и Методы
Разметывая Multi-Огороженный Углерод Nanotubes
Анализ Изображения
Извлечение Углерода Nanotubes
Характеризация
Результаты и Обсуждение
Рассеивание Углерода Nanotubes
Анализ Изображения
Характеризация FTIR Углерода Nanotubes Functionalised
Binding Углерод Nanotubes к Субстрату Кремния
Заключение
Подтверждение
Справки
Детали Контакта

Конспект

Эффективное рассеивание и селективный располагать nanotubes углерода необходимы для будущего внедрения с обычной микроэлектроникой так же, как развития романных функциональных приборов. Лимитированный прогресс был сообщен в рассеивании и контролируемом размещении nanotubes углерода. В текущем исследовании, мы разметали nanotubes углерода используя оптически щипчик cum система microdissector и после этого binded они на поверхность кремния. - Создались группы OH на поверхности кремния. Nanotubes Углерода были обработаны для того чтобы сформировать карбоновую группу на их концах. Были записаны, что (FTIR) подтвердили спектры Преобразования Фурье ультракрасные functionalization. Эти nanotubes углерода были сделаны для того чтобы прореагировать с поверхностью кремния. Поверхность кремния была расследована под электронным кинескопом скеннирования (SEM). Изображение показало присутсвие нескольких nanotubes углерода binded к поверхности кремния. Этот вид связывать на субстраты раскроет вверх по путю к применениям как химические датчики, просматривая подсказки Etc. зонда основанные на nanotubes углерода.

Предпосылка

Nanotubes Углерода широко были расследованы как необходимый компонент для изготовлять nanoelectronic приборы. Существование металлических так же, как semiconducting nanotubes углерода подняло упования для будущего развития всех технологий основанных углеродом в которых активные приборы сделаны semiconducting nanotubes и электрическая проводка (соединения) состоит из металлических nanotubes углерода.

Применение Углерода Nanotubes в Метрологии

Уникально электрические, механически и химические свойства этих романных трубчатых структур делали ими интенсивно изученные материалы в поле нанотехнологии [1-4]. Были envisioned Несколько применений прибора этих материалов nanoscale [5-8]. Из-за их гибкости, nanotubes можно использовать как подсказки в аппаратурах зонда скеннирования для того чтобы получить улучшенное разрешение по сравнению с обычными подсказками и также эти подсказки не терпят от аварий с поверхностями из-за их высокой упругости. Подсказки Nanotube могут быть доработаны химически приложением функциональных групп и могут быть использованы как молекулярные зонды с потенциальными применениями в химии и биологии.

Изолировать Индивидуальный Углерод Nanotubes

Однако, отсутсвие методов для того чтобы аранжировать nanotubes углерода на пожеланном положении главный барьер. Никакой правильный путь манипулировать физические и химические характеристики nanotubes углерода в контролируемом способе. В настоящее время, недостаточное знание регулировать одиночные nanotubes и выполнять измерения на их осложняет практически исследование их физических свойств. Для исследования только одиночного углерода Nanotube, другие nanotubes должны хорошо быть отделены в образце. В Противном Случае, различные nanotubes будут влиять на друг друга физические свойства. Он не прямодушен для того чтобы изолировать nanotubes в виду того что они пробуют связать.

Functionalization

Functionalization и вязка nanotubes углерода на поверхности смогли принести около многочисленние потенциальные применения но факторы как химическая инерционность и низкая растворимость в растворителях делают ее нудным. Несмотря на это, несколько рапортов доступны на усилиях прикрепить молекулы к nanotubes углерода через ковалентные [9-12] так же, как non-ковалентные взаимодействия [13-16] с конкретными целями в биологическом и химикат воспринимая применения. В подарочной обертке, мы сфокусировали на связывать multi-огороженных nanotubes углерода на поверхности кремния. Оптически щипчики [17, 18] были использованы для того чтобы разметать nanotubes углерода в малые пачки.

Материалы и Методы

Multi-Огороженные nanotubes углерода с уровнями очищенности над 95%, ìm длины 0.2-200 и диаметр до 50 nm были выхлопотаны от Nanostructured и Аморфических Материалов, США. Эти были использованы без более дальнеишего очищения в наших экспериментах. Все другие химикаты ранга молекулярной биологии были выхлопотаны от Сигмы Aldrich, США. вода 18 MÙ-cm от системы Millipore была использована для полоскать образцы. Поверхности Кремния с ориентацией [100] были использованы.

Dispersing Multi-Огородил Углерод Nanotubes

Малое количество multi-огороженных nanotubes углерода (MWCNTs) было принято в 1 ml дистиллированной воды и было sonicated на 2 часа.

Для того чтобы достигнуть более лучшего рассеивания, падение sonicated MWCNTs после этого было принято и было обработано используя оптически щипчик cum система combi microdissection (система Ладони, Германия). Пук multi-огороженных nanotubes был разделен и был разметан в более малые части используя Ультрафиолетов лазер лазера (UV) оптически щипчиков.

UV лазерный луч, с длиной волны 337 nm был прикладной к пукам multi-огороженных nanotubes углерода в воде. 60% из первоначально энергии (µJ 300) было использовано, и после потерь (86,67%) в микроскопе, доступная энергия на образце было вокруг 24µJ. Лазер имел продолжительность ИМПа ульс 4 nsec. и частота 33 Hz. Так, пиковая сила в ИМП ульс очень высока (вокруг 75 киловатт из которого 10 киловатт доступны на задаче).

Анализ Изображения

Эти более малые пуки после этого были разделены снова в неподвижные более малые части используя повторенное применение UV лазера.  Анализ Изображения полученных изображений был выполнен используя доморощенное ПО анализа изображения для того чтобы квантифицировать комки CNT, с вручную, котор наблюдали thresholding на 24 изображениях бита.

Извлечение Углерода Nanotubes

Были извлечены малое количество этих более разметывать и отделенное MWCNTs. Эти после этого были ы в сконцентрированной серной кислоте - смеси азотноводородной кислоты (3:1 v/v) на 24 часа. Это приводит к в поверхностном окислении MWCNTs и образовании групп карбоксильной кислоты. Разрешение после этого было центрифуговано на 13000 rpm на 10 минут. Выпарка была помыта при дистиллированная вода thrice следовать центрифугированием для того чтобы извлечь кислоту вполне. Окончательно nanotubes были высушены в печи на 80°C.

Характеризация

Образование функциональных групп прикрепленных на MWCNTs было подтвержено FTIR (системой спектра RXI FTIR Perkin Элмера). Спектры FTIR были записаны используя метод лепешки KBr. MWCNTs с группой карбоксильной кислоты было преобразовано в хлорангидриды кислоты путем обрабатывать с хлоридом thionyl (SOCl2) на 24 часа. Эти functionalized MWCNTs были разметаны в пиридине используя ultrasonicator и после этого подверганы к - OH functionalized поверхность кремния. Поверхности Кремния ультразвуково были очищены в ацетоне и метаноле на 10 минут каждом перед functionalizing они с - группами OH [Ulman et al, Zhang et al]. После завершения реакции, поверхность была помыта тщательно с деионизированной водой и была высушена на 75°C. Эксперимент по управления также был дирижирован без обработки2 SOCl для того чтобы расследовать депозированы ли nanotubes просто на поверхности или если они химически прыгнуты. Вязка multi-огороженных nanotubes углерода на поверхности кремния была изучена используя электронную микроскопию скеннирования.

Результаты и Обсуждение

Рассеивание Углерода Nanotubes

Рассеивание распределения nanotubes углерода т.е. пачек nanotube или разделять пачек в индивидуальные пробки продолжается представить главную возможность. Их тенденция существовать в форме пачек должных к их очень сильным взаимодействиям фургона der Waals остает главным барьером к осуществлять их потенциал в зоне нанотехнологии. Dispersability, т.е. степень и легкость устанавливать nanotubes в подвесе, и стабилности рассеивания над временем первоначальные множители заботы. Исследователя во всем мире используют различные способы как ultrasonication, механически активность, обработка с DMF [19], дихлорэтан [20] etc для того чтобы отжать эту проблему. Однако, в настоящее время отсутсвие согласования на что образовывает хорошее против плохого рассеивания. Мы использовали оптически щипчик cum microdissector для того чтобы принять преимущество фотонных усилий для выполнения рассеивания nanotubes углерода.

UV лазер используемый в этом эксперименте поставил больше чем достаточную энергию для того чтобы отжать взаимодействия Waals der фургона которые держат группы совместно. UV лазер был сделан для того чтобы impinge на пуке multi-огороженных nanotubes углерода и это привело к в разделять пука в более малые части. Более малые пуки после этого были бомбардированы снова с повторенным применением UV лазера и nanotubes были разметаны как показано в FIG. 1 (a) - 1 (e). Смоква 1 (a) представляет первоначально пук MWCNTs и 1 (b) показывает влияние UV лазера после 3 съемок. Смоква 1 (c) к смокве 1 (e) была записана после 7 съемок каждого.

Диаграмма 1 (a-e). Рассеивание nanotubes углерода используя оптически щипчик cum система combi microdissection (область видимости 80µm).

Анализ Изображения

Используя анализ изображения, предметы были подсчитаны и классифицировано на основании поверхностной области покрытой как показано в представлении таблицы 1. Графическом данных показывает в смокве 2 которая ясно демонстрирует рассеивание nanotubes.

Зона Таблицы 1. Поверхностная предусматриванная различным предметом колебается после последующей обработки с UV лазером

Зона Предмета в µ2

Изображение 1

Изображение 2

Изображение 3

Изображение 4

Изображение 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

Диаграмма 2. Изменение количества предметов (более малых пуков nanotube) с их размером как получено после повторенного применения UV лазера после различных интервалов времени.

Характеризация FTIR Углерода Nanotubes Functionalised

Multi-Огороженные nanotubes углерода разметанные оптически щипчиками были functionalized как очевидно их спектрами FTIR показанными в Смокве (3). Спектры FTIR functionalized multi-огороженных nanotubes углерода показали 3 дополнительных пика пропускаемости на 1739,4 cm-1, 3430,9 cm-1, 1638,2 cm-1 сравненное с спектром управления.

Диаграмма 3. спектры FTIR functionalized nanotubes углерода используя KBr pellet метод.

Эти 3 пика соответствуют к карбоксильной группе (протягивать), группе гидроксила (протягивать) и группам карбонила (протягивать) функциональным соответственно. Пик на 3430 cm-1 (более низкая интенсивность) также наблюдался в спектре управления и причинен влагой в образце. 2 главных пика на 2919,2 cm-1 и 2354,8 cm-1 также были увидены в спектре. Начало этих пиков покрытие parylene и2 CO оптики ИК в спектрометре соответственно.

Binding Углерод Nanotubes к Субстрату Кремния

Когда поверхность кремния была imaged под электронным кинескопом скеннирования, она показала несколько multi-огороженных прыгнутых nanotubes к поверхности. (Смоква 4 (a) и 4 (b)).

Диаграмма 4 (a-b). Multi-Огороженные nanotubes углерода прыгают на поверхности кремния.

Она также очевидна что общей поверхностной шершавости увеличил в результате химиката обрабатывая с кислотами. Такая же поверхность кремния когда imaged нижний электронный кинескоп скеннирования без обработки2 SOCl не показал никакие multi-огороженные nanotubes лежа на своей поверхности. Связь MWCNTs к кремнию только после создаваться - группа COCl используя обработку2 SOCl как описано в диаграммой 5.


Вычисляйте 5.Mechanism для связывать MWCNTs на поверхности кремния.

Это показывает что multi-огороженные nanotubes прыгнуты к поверхности в результате обработки2 SOCl и просто физически не адсорбированы. Мы повторили это много времен и смогли получить nanotubes на поверхности кремния только когда было унесен промежуточный обрабатывать с хлоридом thionyl. В FIG. 4 (b), большое количество nanotubes различных длин прыгнуты на поверхности кремния. Было никакое преференциальное управление ориентации и nanotubes были депозированы в случайном способе через поверхность субстрата. Похоже как Nanotubes равномерно распределенное над поверхностью. Мы следовать такой же процедурой для связывать multi-огороженных nanotubes но без рассеивания используя оптически щипчики. Микрорисунки электрона скеннирования показывая связывать nanotubes на поверхности кремния показаны в FIG. 6 (a-b).

Диаграмма. 6 (a-b). Multi-Огороженные nanotubes углерода прыгнутые на поверхности кремния без их рассеивания используя оптически щипчики.

От вышеуказанных изображений ясно, MWCNTs прыгает в форме комков/групп или компоситов. Этот эксперимент был повторен несколько времен и аналогичные результаты были получены.

Заключение

Цель этого изучения была расследовать рассеивание и вязку nanotubes углерода на субстрате кремния. Оптически щипчики cum combi microdissection были использованы для рассеивания вместе с анализом изображения для квантификации. Изображения электронного кинескопа (SEM) Скеннирования показали что nanotubes прыгают в форме комков без пользы оптически щипчиков. Мы были успешны в разметывая и депозируя nanotubes нашим методом. Контролируемая вязка nanotubes к поверхностям в конечном счете повысит пользу этих материалов в электродах nanoscale и других микроэлектронных приборах. Преимущества MWCNTs что эти главным образом металлические, имеют низкое контактное сопротивление к электродам и также очень робастны и нечувствительны к образованию зубчика.

Подтверждение

Авторы значительно подтверждают финансовую поддержку обеспеченную Отделом Информационной Технологии, Правительства Индии. Sandeep Kumar и Ranvinder Singh благодарят Совета Научной и Исследований в Области Промышленности для их стипендии исследования. Авторы благодарный к Организации Научных Приборов Директора Центральн (CSIO), Чандигарху, для обеспечивать необходимые средства. Мы подтверждаем помощь и поддерживаем от Др. G.Mitra и других членов исследовательской группы

Справки

  1. Dresselhaus M.S., G. Dresselhaus, Eklund P.C., «Наука Fullerenes и Углерод Nanotubes; » Академическая Пресса»; Нью Йорк, 1996.
  2. B.I. Yakobson, Smalley R.E., «Fullerene Nanotubes: C1,000,000 и За Пределами. », Am. Sci., 85, 324-337, 1997.
  3. Ajayan P.M., «Nanotubes от Углерода», Chem. Rev. 99, 1787-99, 1999.
  4. J.H. Dai, «Углерод Nanotubes: Возможности и Возможности», Прибой. Sci., 500, 218-241, 2002.
  5. R.H. Baughman, A.A. Zakhidov, A. de Heer W., «Углерод Nanotubes--Трасса к Применениям», Наука 297, (5582), 787-792, (2002).
  6. J.M. Bonard, Добросердечное H., Stockli T., A.L. Nilsson, «Излучение Поля от Углерода Nanotubes: Первые 5 Лет», Полупроводниковая Электроника 45, 893 до 914, (2001).
  7. G. Maurin, F. Henn, B. Simon, Надь J.B., «Давать Допинг Лития Углерода Nanotubes Multiwalls Произведенного Каталитическим Разложением», Nano Lett., 1, 75-79, 2001.
  8. J. Kong, Франклин N.R., Zhou C.W., Chapline M.G., Peng S., Cho K.J., Dai H.J., «Проводы Nanotube Молекулярные как Химические Датчики,» Наука (Вашингтон, D.C.), 287, 622-625, 2000.
  9. Georgakilas V., K. Kordatos, PratoM., D.M. Guldi, Holzinger M., и A. Hirsch, «Органическое Functionalization Углерода Nanotubes», J. Am. Chem. SOC. 124, 760 -761, 2002.
  10. W.L. Qu, B.R. Мартина, J.W. Huang, F.K. Fu, D. Zweifel, Lin Y., P. Солнця Y., C.E. Дзота, A.B. Harruff, R.J. Gord, и F.L. Allard, «Взаимодействия Углерода Nanotubes Functionalized с Привязанным Pyrenes в Разрешении», J. Chem. Phys. 117, 8089-8094, 2002.
  11. J.E., Guo Z.X., L.D. Кэрролла, и P. Riggs Солнця Y., «Сильная Люминесценция Солюбилизированного Углерода Nanotubes» J. Am. Chem. SOC. 122, 5879-5880, 2000
  12. J.W. Huang, Тейлор S., F.K. Fu, Lin Y., H.D. Zhang, W.T. Моточков, Rao A.M., и P. Солнця Y., «Прикрепляющ Протеины к Углероду Nanotubes Через Diimide-Активированное Amidation», Nano Lett. 2, 311-314, 2002
  13. K. Otobe, H. Nakao, H. Hayashi, F. Nihey, Yudasaka M., и Iijima S., «Визуализирование Флуоресцирования Углерода Nanotubes Изменением с Кремни-Основанным Полимером», Nano Lett. 2, 1157-1160, 2002.
  14. Шимма M., W.S.N. Kam, J.R. Chen, Li Y.M., и J.H. Dai, «Functionalization Углерода Nanotubes для Biocompatibility и Биомолекулярное Опознавание», Nano Lett. 2, 285 -288, 2002.
  15. J.R. Chen, G. Zhan Y., W.D. Wang, и J.H. Dai, «Non-Ковалентная Стенка Functionalization Одиночн-Огороженного Углерода Nanotubes для Обездвиживания Протеина,» J. Am. Chem. SOC. 123, 3838-3839, 2001.
  16. F. Balavoine, P. Schultz, C. Ричарда, Mallouh V., W. Ebbesen T., и C. Mioskowski, «Спиральная Кристаллизация Протеинов на Углероде Nanotubes», Angew. Chem., Int. Ed. 38, 1912-1915, 1999.
  17. P. Kral и R.H. Sadeghpour, «Закручивать Лазера Nanotubes: Путь к Быстр-Поворачивать Microdevices,» Phys. Rev. B 65, 161.401 (2002).
  18. D.G Grier, «Виток в Оптически Манипуляции,» Природа 424, 810-816, (2003).
  19. A. Ulman, «Введение к Ультратонким Органическим Фильмам от Langmuir-Blodgett к Собственн-Агрегату», Академическая Пресса, Бостон, 1991.
  20. A. Nikitin, H. Ogasawara, D. Mann, R. Denecke, Zhang Z., Dai H, K. Cho, и A. Nilsson, «Гидрогенизация Одиночн-Огороженного Углерода Nanotubes», Физическое Просмотрение Помечают Буквами 95, 225507 (2005)
  21. G. Huaizhi, R. Rachel, Bo Z., Hideo S., F. Les, Jie L, и Оттон Z., «Изготовление и Свойства Смесей Углерода Nanotubes Поли (окись этилена) и Functionalized», Предварительные Материалы, 14, Номер 19, 1387-1390, 2002.
  22. Bockrath M., H.D. Cobden, J. Lu, G.A. Rinzler, R.E. Smalley, L. Balents и L. «поведение P. McEuen Luttinger-Жидкости в nanotubes углерода», Природа, 397, 598-601, Февраль 1999.

Детали Контакта

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

Биомолекулярное Разделение Электроники и Нанотехнологии (ЗАГИБ)
Центральная Организация Научных Приборов (CSIO)
Участок 30-C, Chandigarh-160030, Индия
Электронная Почта:
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

Отдел Физики,
Университет Panjab,
Чандигарх

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

Last Update: 13. June 2013 07:12

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