OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0112

Bandet av Kol Nanotubes som Skingras av den Optiska Tweezeren på Silikoner, Ytbehandlar

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

Ta Copyrightt på AZoM.com Pty Ltd.

Denna är en Öppen AZo Tar Fram Belöningar, artikeln för Systemet som (AZo-OARS som) är utdelad under, benämner av AZo-OARSNA http://www.azonano.com/oars.asp, som oinskränkt bruk för tillstånd g det original- arbetet citeras riktigt, men begränsas till denreklamfilm fördelning och reproduktionen.

Sänt: December 26th, 2005
Postat: Juni 10th, 2006

Täckte Ämnen

Abstrakt begrepp
Bakgrund
Applikation av Kol Nanotubes i Metrology
Isolering av IndividKol Nanotubes
Functionalization
Material och Metoder
Skingra Mång--Walled Kol Nanotubes
Avbilda Analys
Extraktion av Kolet Nanotubes
Characterisation
Resultat och Diskussion
Spridning av Kol Nanotubes
Avbilda Analys
FTIR-Characterisation av Functionalised Kol Nanotubes
Bindande Kol Nanotubes till SilikonSubstraten
Avslutning
Bekräftelse
Hänvisar till
Kontakten Specificerar

Abstrakt begrepp

Effektiv spridning och den selektiva positioneringen av kolnanotubes är nödvändiga för framtida integration med konventionell microelectronics såväl som utvecklingen av nya funktionella apparater. Inskränkt framsteg har anmälts i spridningen och den kontrollerade placeringen av kolnanotubes. I den närvarande studien skingrade vi kolnanotubes genom att använda en optisk tweezer cum microdissectorsystem, och därefter binded dem på en silikon ytbehandla. - OH-grupper skapades på silikonerna ytbehandlar. Kolnanotubes bearbetades för att bilda en carboxylic grupp på deras avslutar. Fourier omformar infraröda (FTIR) spectra antecknades för att bekräfta functionalizationen. Dessa kolnanotubes gjordes för att reagera med silikoner ytbehandlar. Silikonerna ytbehandlar utforskades under scanningelektronmikroskopet (SEM). Avbilda visade att närvaroen av ett nummer av kolnanotubes binded till silikonerna ytbehandlar. Denna sort av bandet på ska substrates öppnar upp banan till kemiska avkännare för applikationnågot liknande som avläser sondspetsar Etc. som baseras på kolnanotubes.

Bakgrund

Kolnanotubes har brett utforskats som ett nödvändigt del- för att fabricera nanoelectronic apparater. Existensen av metalliska såväl som semiconducting kolnanotubes har lyftt teknologier för utveckling för hopp inför framtiden baserade allra kol som aktivapparater göras i av semiconducting nanotubes, och elkraften som binder (interconnects) består av metalliska kolnanotubes.

Applikation av Kol Nanotubes i Metrology

Den unika elektriska, mekaniska och kemiska rekvisitan av dessa nya tubular strukturerar har gjort dem intensivt utstuderade material i sätta in av nanotechnology [1-4]. Ett nummer av apparatapplikationer av dessa nanoscalematerial har föreställa sig [5-8]. På grund av deras böjlighet kan nanotubes användas, som spetsar i scanningsond instrumenterar för att få förbättrad upplösning i jämförelse med konventionella spetsar, och också dessa spetsar inte lider från kraschar med ytbehandlar på grund av deras kickspänst. Nanotube spetsar kan ändras chemically av tillbehöret av funktionella grupper och kan användas som molekylära sonder med potentiella applikationer i kemi och biologi.

Isolering av IndividKol Nanotubes

Emellertid är en brist av tekniker som ordnar kolnanotubes på önskat läge, en ha som huvudämnehäck. Det finns inte något riktigt långt att behandla läkarundersökningen, och kemiska kännetecken av kolnanotubes i kontrollerad danar. På ögonblicket försvårar otillräcklig kunskap av bruk av singelnanotubes och att utföra mätningar på dem den praktiska utredningen av deras läkarundersökningrekvisita. För utredning av endast ett singelkol Nanotube, måste andra nanotubes väl att avskiljas i ta prov. Annorlunda ska olika nanotubes påverkan varje - annan läkarundersökningrekvisita. Den är inte rättfram till isolatnanotubes sedan dem försök att bunta.

Functionalization

Functionalization och bandet av kolnanotubes ytbehandlar på kunde komma med om talrika potentiella applikationer men dela upp i faktorer lik kemisk inertness, och låg solubility i vätskor gör den tröttande. Trots är detta, flera rapporter tillgängligt på försök att fästa molekylar till kolnanotubes till och med covalent [9-12] såväl som non-covalent växelverkan [13-16] med specifika mål i biologiska och kemiska avkännande applikationer. I det närvarande pappers- fokuserade vi på bandet av mång--walled kolnanotubes på en silikon ytbehandlar. Optisk pincett [17, 18] var van vid skingrar kolnanotubes in i lilla packar.

Material och Metoder

Mång--Walled kolnanotubes med renhet jämnar ovanför 95%, ìm för längd 0.2-200, och diameter 50 nm uppbringades upp till från Nanostructured och Amorphous Material, USA. Dessa användes utan mer ytterligare purification i våra experiment. All annan molekylär biologi graderar kemikalieer uppbringades från Sigmaen Aldrich, USA. 18 MÙ-cm bevattnar från Milliporesystem användes för att skölja tar prov. Silikon ytbehandlar med riktning [100] användes.

Skingra Mång--Walled Kol Nanotubes

Ett litet antal av mång--walled kolnanotubes (MWCNTs) togs i 1 ml av destillerat bevattnar och sonicated för 2 timmar.

Att uppnå bättre spridning, togs bearbetades en tappa av sonicated MWCNTs därefter och genom att använda en optisk tweezer cum microdissectioncombisystem (Gömma i handflatan systemet, Tysklandet). En grupp av dewalled nanotubesna delades och skingrades in i mindre delar genom att använda den Ultravioletta UV) laseren för laser (av den optiska pincetten.

UV laseren strålar, med en våglängd av 337 som nm applicerades till grupper av mång--walled kolnanotubes bevattnar in. 60% av den original- energin (µJ 300) användes, och efter förluster (86,67%) i mikroskopet, den tillgängliga energin på ta prov var runt om 24µJ. Laseren hade en pulseravaraktighet av 4 nanosekunder. och frekvens av 33 Hertz. Så driver det maximalt per pulserar är mycket kicken (omkring 75 kW ut ur som 10 kW är tillgängligt på mål).

Avbilda Analys

Dessa mindre grupper delades därefter igen in i stilla mindre delar genom att använda upprepad applikation av UV laseren.  Avbilda analys av erhållande avbildar var utfört använda hem - fullvuxet avbilda analysprogramvara för att kvantifiera CNT-ruggar, med manuellt övervakad thresholding på 24 bet avbildar.

Extraktion av Kolet Nanotubes

Ett litet antal av dessa mer skingrade och mer avskilda MWCNTs drogs ut. Dessa inställdes därefter i en koncentrerad sulphuric syra - den nitric syrliga blandningen (3:1 v/v) för 24 timmar. Detta resulterar i ytbehandlaoxidationen av MWCNTsen och bildandet av carboxylic syrliga grupper. Lösningen centrifugerades därefter på 13000 r/min. för 10 noterar. Restna tvättades med destillerat bevattnar tre gånger följt av centrifugation för att ta bort syran fullständigt. Slutligen torkades nanotubesna i en ugn på 80°C.

Characterisation

Bildandet av funktionella grupper som fästes på MWCNTs, bekräftades av FTIR (system för den Perkin Elmer spectrumen RXI FTIR). FTIR-spectra antecknades genom att använda en KBrkulametod. MWCNTsen med den carboxylic syrliga gruppen konverterades in i syrliga chlorides, genom att behandla med thionylchloriden (SOCl2) för 24 timme. Dessa functionalized MWCNTs skingrades i pyridine genom att använda en ultrasonicator och betvingades därefter till - OH functionalized silikoner ytbehandlar. Silikon ytbehandlar gjordes ultrasonically ren i aceton, och methanol för 10 noterar varje, innan det functionalizing dem med - OH-grupper [Ulman et al, Zhang et al]. Efter avslutning av reaktionen tvättades ytbehandla försiktigt med deionized bevattnar och torkade på 75°C. Ett kontrolleraexperiment förades också utan SOCl2 behandling för att utforska huruvida nanotubesna sättas in enkelt på ytbehandla eller, om de är chemically destinerade. Bandet av mång--walled kolnanotubes på silikonerna ytbehandlar var utstuderat genom att använda scanningelektronmicroscopy.

Resultat och Diskussion

Spridning av Kol Nanotubes

Spridning av kolnanotubesdvs. fördelning av nanotubepackar eller dela av packar in i individrör fortsätter för att posera en ha som huvudämneutmaning. Deras tendens att finnas i form av packar deras mycket starka skåpbil der Waals växelverkan återstår tack vare en ha som huvudämnehäck in mot realisering deras potentiellt i området av nanotechnology. Dispersability dvs. graden och lindra av att förlägga nanotubesna i upphängning och spridningstabilitet är med tiden början dela upp i faktorer av bekymmer. Forskare all över världen använder olika metoder liksom ultrasonication, mekanisk stirring, behandling med DMF [19], dichloroethane [20] etc. till betaget detta problem. Emellertid finns det för närvarande en brist av överenskommelse på vad utgör fattig spridning för godan kontra. Vi har använt en optisk tweezer cum microdissector för att ta fördel av photonic styrkor för att utföra spridningen av kolnanotubes.

UV laseren som användes i detta experiment, levererade mer, än tillräcklig energi till betaget skåpbilderWaals växelverkan, som är hållande, samla i en klunga tillsammans. UV laseren gjordes för att impinge på en grupp av mång--walled kolnanotubes, och denna resulterade i dela av gruppen in i mindre delar. De mindre grupperna bombarderades därefter igen med den upprepade applikationen av UV laser, och nanotubesna skingrades som visat i Fig. 1 (a) - 1 (e). Fig 1 (a) föreställer den original- gruppen av MWCNTs och 1 (b) visar verkställa av UV laser efter tre shots. Fig 1 (c) till fig 1 (e) antecknades efter sju shots varje.

Figurera 1 (a-e). Spridning av kolnanotubes genom att använda den optiska tweezeren cum microdissectioncombisystem (sätta in av beskådar 80µm).

Avbilda Analys

Genom Att Använda avbilda analys, anmärker räknades, och kategoriserat på basen av ytbehandla täckt område, som visat in bordlägga 1. Den Grafiska framställningen av data visas i fig 2 som visar klart spridning av nanotubes.

Bordlägga 1. Ytbehandla område som täckas av olikt, anmärker spänner efter följande behandling med UV laser

Anmärka Område i µ2

Avbilda 1

Avbilda 2

Avbilda 3

Avbilda 4

Avbilda 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

Figurera 2. Variation av numrerar av anmärker (mindre nanotubegrupper) med deras storleksanpassar som erhållande efter upprepad applikation av UV laser efter olika tidmellanrum.

FTIR-Characterisation av Functionalised Kol Nanotubes

Mång--Walled kolnanotubes som skingrades av optisk pincett, functionalized som tydliga av deras FTIR-spectra som visades i Fig (3). FTIR-spectrana av functionalized mång--walled kolnanotubes visade att extra transmittance tre nå en höjdpunkt på 1739,4 cm-1, 3430,9 cm-1, 1638,2 som cm som-1 jämförs med, kontrollerar spectrum.

Figurera 3. FTIR-spectra av functionalized kolnanotubes genom att använda KBrkulametod.

Dessa tre nå en höjdpunkt motsvarar till den carboxyl gruppen (sträckning), hydroxylgruppen (sträckning) och funktionella grupper för carbonyl (sträckning) respektive. Det maximalt på 3430 cm-1 (lägre styrka) observerades i kontrolleraspectrumen och orsakas också av fuktighet i ta prov. Två ha som huvudämne nå en höjdpunkt på 2919,2 cm, -1 och 2354,8 cm-1 sågs också i spectrumen. Beskärningen av dessa nå en höjdpunkt är parylene och för CO2 täcka av IR-optiken i spectrometeren respektive.

Bindande Kol Nanotubes till SilikonSubstraten

När silikonerna ytbehandlar, avbildades under scanningelektronmikroskopet, det avslöjde ett nummer av mång--walled nanotubes som var destinerade till ytbehandla. (Fig 4 (a) och 4 (b)).

Figurera 4 (aen-b). Mång--Walled kolnanotubes som är destinerade på silikonerna, ytbehandlar.

Det är också tydligt att av overallen ytbehandla roughness ökades som ett resultat av kemiskt bearbeta med syror. De samma silikonerna ytbehandlar, när de avbildas under scanningelektronmikroskopet utan SOCl2 behandling, visade inte att några mång--walled nanotubes som ligger på dess ytbehandla. Den MWCNTs röran till silikoner endast når den har skapat - den COCl gruppen som använder den SOCl2 behandlingen som beskriven in, figurerar 5.


Figurera 5.Mechanism för band av MWCNTs på silikoner ytbehandlar.

Detta indikerar att mång--walled nanotubes är destinerade till ytbehandla som ett resultat av den SOCl2 behandlingen och inte adsorberas bara fysiskt. Vi upprepade detta många tider och var kompetent att få nanotubes på ytbehandla av silikoner, då endast mellanliggande bearbeta med thionylchloriden bars ut. I Fig. 4 (b), är stort antal av nanotubes av olika längder destinerade på silikonerna ytbehandlar. Det fanns inte någon preferens- riktning kontrollerar, och nanotubes sattes in i ett slumpmässigt danar över ytbehandla av substraten. Nanotubes verkade att vara jämnt utdelad över ytbehandla. Vi har följt det samma tillvägagångssättet för bandet av mång--walled nanotubes men utan spridning genom att använda optisk pincett. Scanningelektronmicrographsna visning sombandet av nanotubes på silikoner ytbehandlar, visas i Fig. 6 (a-b).

Figurera. 6 (a-b). Mång--Walled kolnanotubes som är destinerade på silikoner, ytbehandlar utan deras spridning genom att använda optisk pincett.

Från det ovannämnt avbildar klart, samla i en klunga samlar MWCNTs som är destinerad i form av ruggar/, eller. Detta experiment upprepades flera tider, och liknande resultat erhölls.

Avslutning

Syftet av denna studie var att utforska spridning och bandet av kolnanotubes på en silikonsubstrate. Den Optiska pincetten cum microdissectioncombi användes för spridning tillsammans med avbildar analys för quantification. Scanningelektronmikroskopet (SEM) avbildar visat att nanotubes begränsar i form av ruggar utan bruket av optisk pincett. Vi var lyckade, i att skingra och att sätta in nanotubes vid vår metod. Det kontrollerade bandet av nanotubes ytbehandlar ska främjar ultimately bruket av dessa material i nanoscaleelektroder och andra microelectronic apparater. Fördelarna av MWCNTs är, att dessa är mestadels metalliska, har lågt kontaktmotstånd till elektroderna och är också mycket robustt och okänsliga att vrida bildande.

Bekräftelse

Författarna bekräftar väldeliga ekonomisk hjälp förutsatt att av Avdelning av Informationsteknik, Regering av Indien. Sandeep Kumar och Ranvinder Singh tackar Rådet av Vetenskaplig och Industriell Forskning för deras forskninggemenskap. Författare är tacksamma till Direktören som den Vetenskapliga Centralen Instrumenterar Organisation (CSIO), Chandigarh, för att ge nödvändiga lättheter. Vi bekräftar hjälpen och stöttar från Dr.en G.Mitra och andra medlemmar av forskninggruppen

Hänvisar till

  1. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Eklund P.C., ”Vetenskap av Fullerenes och Kol Nanotubes; ” Akademisk Press”; New York 1996.
  2. Yakobson B.I., Smalley R.E., ”Fullerene Nanotubes: C1,000,000 och Det okända. ” Förmiddag. Sci., 85, 324-337, 1997.
  3. Ajayan P.M., ”Nanotubes från Kol”, Chem. Rev. 99, 1787-99, 1999.
  4. Dai H.J., ”Kol Nanotubes: Tillfällen och Utmaningar”, Bränning. Sci., 500, 218-241, 2002.
  5. Baughman R.H., Zakhidov A.A., de Heer W.A., ”Kol Nanotubes--Rutten in mot Applikationer”, Vetenskap 297, (5582), 787-792, (2002).
  6. Bonard J.M., Sorten H., Stockli T., Nilsson L.A., ”Sätter In Utsläpp från Kol Nanotubes: De Första Fem Åren”, Halvledar- Elektronik 45, 893 - 914, (2001).
  7. Maurin G., Henn F., Simon B., Nagy J.B., ”Dopa för Lithium av Multiwalls Kol Nanotubes som Produceras av Katalytisk Upplösning”, Nano Lett., 1, 75-79, 2001.
  8. Kong J., Franklin N.R., Zhou C.W., Chapline M.G., Peng S., Cho K.J., Dai H.J., ”Molekylära Nanotube Binder som Kemiska Avkännare,” Vetenskap (Washington, D.C.), 287, 622-625, 2000.
  9. Georgakilas V., Kordatos K., PratoM., Guldi D.M., Holzinger M. och Hirsch A., ”Organiska Functionalization av Kol Nanotubes”, J. Förmiddag. Chem. Soc. 124 760 -761, 2002.
  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. och Allard L.F., ”Växelverkan av Functionalized Kol Nanotubes med Tjudrade Pyrenes i Lösning”, J. Chem. Phys. 117 8089-8094, 2002.
  11. Riggs J.E., Guo Z.X., Carroll D.L. och Sun Y.P., ”Stark Luminescence av Solubilized Kol Nanotubes” J. Förmiddag. Chem. Soc. 122 5879-5880, 2000
  12. Huang W.J., Taylor S., Fu K.F., Lin Y., Zhang D.H., Härvor T.W., Rao A M. och Sun Y.P., ”Fästa Proteiner till Kol Nanotubes Via Diimide-Aktiverade Amidation”, Nano Lett. 2 311-314, 2002
  13. Otobe K., Nakao H., Hayashi H., Nihey F., Yudasaka M. och Iijima S., ”FluorescenceVisualization av Kol Nanotubes vid Ändring med denBaserade Polymern”, Nano Lett. 2 1157-1160, 2002.
  14. Fyllnad M., Kam N.W.S., Chen R.J., Li Y.M., och Dai H.J., ”Functionalization av Kol Nanotubes för Biocompatibility och Biomolecular Erkännande”, Nano Lett. 2 285 -288, 2002.
  15. Chen R.J., Zhan Y.G., Wang D.W. och Dai H.J., ”Non-Covalent Sidovägg Functionalization av Singel-Walled Kol Nanotubes för ProteinImmobilization,” J. Förmiddag. Chem. Soc. 123 3838-3839, 2001.
  16. Balavoine F., Schultz P., Richard C., Mallouh V., Ebbesen T.W. och Mioskowski C., ”Spiralformig Kristallisering av Proteiner på Kol Nanotubes”, Angew. Chem., Int. Ed. 38 1912-1915, 1999.
  17. Kral P. och Sadeghpour H.R., ”Laser-Snurr av Nanotubes: En bana till Fasta-Att rotera Microdevices,” Phys. Rev. B 65, 161.401 (2002).
  18. Grier D.G., ”En Rotation i Optisk Behandlig,” Natur 424, 810-816, (2003).
  19. Ulman A., ”En Inledning till Ultrathin Organiskt Filmar från Langmuir-Blodgett till Själv-Enheten”, Akademiska Press, Boston, 1991.
  20. Nikitin A., Ogasawara H., Mann D., Denecke R., Zhang Z., Dai H, Cho K. och Nilsson A., ”Hydrogenation av Singel-Walled Kol Nanotubes”, Läkarundersökningen Granskar Märker 95, 225507 (2005)
  21. Huaizhi G., Rachel R., Bo Z., Hideo S., Les F., Jie L och Otto Z., ”Fabricering och Rekvisita av Komposit av Poly (ethyleneoxiden) och Functionalized Kol Nanotubes”, Avancerade Material, 14, Nr. 19, 1387-1390, 2002.
  22. Bockrath M., Cobden D.H., Lu J., Rinzler A.G., Smalley R.E., Balents L. och McEuen P.L. ”Luttinger-Flytande uppförande i kolnanotubes”, Natur, 397, 598-601, Februari 1999.

Kontakten Specificerar

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

Biomolecular Elektronik- och NanotechnologyUppdelning (KRÖKNINGEN)
Den Vetenskapliga Centralen Instrumenterar Organisation (CSIO)
Sektor 30-C, Chandigarh-160030, Indien
E-post:
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

Avdelning av Fysik,
Panjab Universitetar,
Chandigarh

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

Last Update: 13. June 2013 07:22

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