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DOI : 10.2240/azojono0112

在硅表面的光学镊子碳 Nanotubes 分散的束缚

Sandeep Kumar, Rajesh Kumar, Ranvinder 辛哈, Rakesh Kumar, Awdhesh Kumar Shukla, V.K. Jindal 和 Lalit M. Bharadwaj

版权 AZoM.com 有限公司 Pty。

这是在许可证无限制的使用提供原始工作适当地被援引,但是被限制到非商业配电器和再生产的 AZo 桨被分配的一个偶氮开路奖励系统 (AZo 桨) 条款 http://www.azonano.com/oars.asp 条件下

提交: 2005年 12月 26日,
张贴: 2006年 6月 10日,

包括的事宜

摘要
背景
碳 Nanotubes 的应用在计量学方面
查出单个碳 Nanotubes
Functionalization
材料和方法
分散的多被围住的碳 Nanotubes
图象分析
碳 Nanotubes 的提取
描述特性
结果和论述
碳 Nanotubes 散射
图象分析
Functionalised 碳 Nanotubes 的 FTIR 描述特性
对硅体的约束碳 Nanotubes
结论
鸣谢
参考
联络详细资料

摘要

有效散射和有选择性确定碳 nanotubes 为与常规微电子学的将来的综合化以及新颖的功能设备的发展是必要的。 有限进展在碳 nanotubes 的散射和受控制位置报告了。 在本研究中,我们分散了碳 nanotubes 使用附带 microdissector 系统的一把光学镊子然后 binded 他们在硅表面上。 - OH 组在硅表面创建了。 碳 nanotubes 被处理形成一个羟基组在他们的末端。 傅立叶变换 (FTIR)红外波谱被记录确认 functionalization。 这些碳 nanotubes 做起反应与硅表面。 硅表面调查在扫描电子显微镜下 (SEM)。 这个图象显示了一定数量的碳 nanotubes 出现 binded 对硅表面。 这种束缚在基体上对象化工传感器的应用将打开路径,浏览在碳 nanotubes 基础上等的探测技巧。

背景

碳 nanotubes 广泛调查作为制造的 nanoelectronic 设备一个重要要素。 金属以及半导体的碳 nanotubes 的存在提出了对有效的设备由半导体的 nanotubes 做成,并且电接线所有碳基于技术的将来的发展的希望 (互联) 包括金属碳 nanotubes。

碳 Nanotubes 的应用在计量学方面

这些新颖的筒形结构唯一电子,机械和化工属性在领域做他们密集被学习的材料的纳米技术 [1-4]。 这些 nanoscale 材料的一定数量的设备应用被构想了 [5-8]。 由于他们的灵活性,可以使用 nanotubes 由于他们的高弹性,在扫描获得被改进的解决方法的探测仪器的技巧与常规技巧比较并且这些技巧不遭受与表面的失败。 Nanotube 技巧被官能团的附件修改化工,并且可以使用作为与潜在的应用的分子探测在化学和生物。

查出单个碳 Nanotubes

然而,安排碳 nanotubes 的缺乏技术在期望地点是一个主要障碍。 没有适当的方式操作碳 nanotubes 的实际和化工特性一个受控方式。 在,处理唯一 nanotubes 和进行在他们的评定不足的知识复杂化他们的物理属性的实用的调查时。 对仅唯一碳 Nanotube 的调查,其他 nanotubes 在这个范例必须很好分隔。 否则,不同的 nanotubes 将影响彼此的物理属性。 因为他们设法捆绑,它不是直接的查出 nanotubes。

Functionalization

碳 nanotubes Functionalization 和捆绑在表面的可能达到许多潜在的应用,但是象化工惰性和低可溶性的系数在溶剂使它繁琐。 不管这个,几个报表是可用的在工作成绩附有分子碳 nanotubes 通过共价 [9-12] 以及非共价感觉应用的交往 [13-16] 与在生物的特定目标和化学制品。 在本论文,我们着重束缚在硅表面的多被围住的碳 nanotubes。 光学镊子 [17, 18] 用于分散碳 nanotubes 到小的捆绑。

材料和方法

与纯度级别的多被围住的碳 nanotubes 在 95% 上,长度 0.2-200 ìm 和直径 50 毫微米从 Nanostructured 和无定形的材料,美国 获得了。 这些使用了,不用进一步洗净在我们的实验。 其他分子生物学等级化学制品从斯格码 Aldrich,美国获得了。 18 MÙ cm 从微孔系统的水为漂洗范例使用了。 使用了与取向 [100 的] 硅表面。

散开多围住了碳 Nanotubes

多被围住的碳 nanotubes 的少量 (MWCNTs)在 1 ml 蒸馏水被采取了和被声波了处理 2 时数。

要达到更好的散射,被声波处理的 MWCNTs 下落然后被采取并且被处理了使用附带 microdissection combi 系统 (掌上型计算机系统,德国) 的一把光学镊子。 使用光学镊子的紫外激光 (紫外) 激光,多被围住的 nanotubes 的一束被分裂了并且被分散了到更小的零件。

紫外激光,与波长 337 毫微米在水中适用于束多被围住的碳 nanotubes。 60% 原始能源 (300 µJ) 在损失 (86.67%) 以后使用了,和在显微镜,这种有效能在这个范例是在 24µJ 附近。 激光有 4 nsec 的脉冲期限。 并且 33 Hz 频率。 因此,峰值功率每脉冲非常高 (大约在外面的 75 千瓦 10 千瓦是可用的在目的)。

图象分析

使用紫外激光的被重复的应用,这些更小的束再然后被分裂了成更小的零件。  对得到的图象的图象分析执行使用家种的图象分析软件定量 CNT 丛,与在 24 位图象的手动地被监督的阈值化。

碳 Nanotubes 的提取

被分散的这些的少量和分隔的 MWCNTs 被提取了。 这些在集中的硫酸 - 硝酸混合物 (3:1 v/v) 然后被暂停了 24 时数。 这导致 MWCNTs 的表面氧化作用和羧酸组的形成。 这个解决方法然后被分离了在 13000 个转每分钟 10 分钟。 残滓洗涤了与离心法三倍跟随的蒸馏水完全地取消酸。 最终 nanotubes在 80°C. 的一个烤箱被烘干了。

描述特性

官能团的形成附有在 MWCNTs 由 FTIR (Perkin Elmer 光谱 RXI FTIR 系统) 确认。 使用溴化钾药丸方法, FTIR 光谱被记录了。 与羧酸组的 MWCNTs 被转换了成酸氯化物被对待与亚硫酰氯 (SOCl2) 24 时数。 这些 functionalized MWCNTs 在吡啶被分散了使用 ultrasonicator 然后从属于对 - OH functionalized 硅表面。 硅表面在丙酮和甲醇 10 分钟其中每一超音波地被清洗了在 functionalizing 他们前与 - OH 组 [Ulman 等,张等]。 在完成这种回应后,表面用被去离子的水仔细洗涤了并且被烘干了在 75°C。 控制实验也执行,不用 SOCl2 处理调查 nanotubes 是否在表面存款或,如果他们化工一定。 使用扫描电子显微镜术,多被围住的碳 nanotubes 捆绑在硅表面的被学习了。

结果和论述

碳 Nanotubes 散射

即散射碳 nanotube 捆绑的 nanotubes 配电器或分裂捆绑到各自的管里继续形成一个主要挑战。 他们的倾向存在以捆绑的形式由于他们的非常严格的 van der Waals 交往在领域依然是往发挥他们的潜在的一个主要障碍的纳米技术。 Dispersability,即这个程度和方便悬浮中安置 nanotubes 和散射稳定性随着时间的推移是关心主因。 全世界研究员使用不同的方法例如 ultrasonication、机械搅拌、处理与 DMF [19],二氯乙烷 [20 个] 等克服此问题。 然而,当前有缺乏关于什么的协议构成好与粗劣的散射。 我们使用附带 microdissector 的一把光学镊子利用光子的强制完成碳 nanotubes 散射。

用于此实验的紫外激光提供更多比满足的能源解决结合在一起使字符串的有篷货车 der Waals 交往。 紫外激光在一束做冲击多被围住的碳 nanotubes,并且这导致分裂束到更小的零件。 更小的束再然后炮击了与紫外激光的被重复的应用,并且 nanotubes 被分散了如图 1 (a) - 1 所显示 (e)。 图 1 (a) 表示原始束 MWCNTs,并且 1 (b) 在三射击以后显示紫外激光的作用。 图 1 对图 1 (e) 的 (c) 在七射击中的每一以后被记录了。

图 1 (a-e)。碳 nanotubes 散射使用光学镊子的附带 microdissection combi 系统 (视野 80µm)。

图象分析

使用图象分析,对象计数了,并且分类根据表面包括如数据的表 1. 图形式表示所显示在明显地展示 nanotubes 散射的图 2 表示。

另外对象包括的表 1. 表面在与紫外激光的后继处理以后排列

在 µ 的对象地区2

图象 1

图象 2

图象 3

图象 4

图象 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

图 2. 对象 (更小的 nanotube 束) 的编号差异与他们的范围如获得在紫外激光的被重复的应用以后在不同的时间间隔以后。

Functionalised 碳 Nanotubes 的 FTIR 描述特性

光学镊子分散的多被围住的碳 nanotubes functionalized 如明显由在图显示的他们的 FTIR 光谱 (3)。 FTIR 范围 functionalized 多被围住的碳 nanotubes 显示了三个另外的透射率峰顶在 1739.4 cm-1, 3430.9 cm-1, 1638.2 cm-1 比较控制光谱。

图 3. FTIR 范围使用溴化钾的 functionalized 碳 nanotubes 射击方法。

这三个峰顶对应于各自羧基 (舒展),羟基 (舒展) 和含羰基之金属化合物 (舒展) 官能团。 在 3430 cm (更低的-1 强度) 的峰顶在控制光谱被观察了和也是由湿气造成的在这个范例。 在 2919.2 cm 和 2354.8 cm 的-1 二个主要峰顶-1 在这个光谱也被看到了。 这些峰顶的始发地分别为红外线光学的2 聚对二甲苯基和 CO 涂层在分光仪的。

对硅体的约束碳 Nanotubes

当硅表面是印象的在扫描电子显微镜下,它显示了一定数量的多被围住的 nanotubes 一定对表面。 (图 4 (a) 和 4 (b))。

图 4 (a至b)。多被围住的碳 nanotubes 在硅表面限制。

也是明显的整体地面粗糙度被增加了由于处理与酸的这种化学制品。 同一硅表面,当没有 SOCl 处理的印象的下面2 扫描电子显微镜没有显示位于在其表面的任何多被围住的 nanotubes。 对硅的 MWCNTs 困境在创建之后 - 使用 SOCl 处理的 COCl2 组正如图 5. 所描述。


束缚的 5.Mechanism 在硅表面的 MWCNTs。

这表明多被围住的 nanotubes 一定对表面由于 SOCl2 处理和仅仅实际上没有被吸附。 只有当半成品处理与亚硫酰氯被执行了,我们重复了此许多次并且能获得在硅表面的 nanotubes。 在图 4 (b),不同的长度很大数量的 nanotubes 在硅表面一定。 没有优先取向控制,并且 nanotubes 存款在这个基体的表面的间一个任意方式。 Nanotubes 看上去统一被分配在表面。 使用光学镊子,我们仿效束缚的同一种做法多被围住的 nanotubes,但是没有散射。 显示束缚在硅表面的 nanotubes 的扫描电子显微照片在图 6 (a至b) 显示。

图。 6 (a至b)。在硅表面一定的多被围住的碳 nanotubes,不用他们的散射使用光学镊子。

以丛/字符串或者综合的形式,从清楚上述图象, MWCNTs 限制。 此实验被重复了几次,并且近似结果得到了。

结论

此研究的目标将调查碳 nanotubes 散射和捆绑在硅体的。 附带 microdissection combi 的光学镊子为散射使用了以及量化的图象分析。 扫描电子显微镜 (SEM)图象向显示 nanotubes 限制以丛的形式,不用使用光学镊子。 我们是成功的在分散的和存款的 nanotubes 用我们的方法。 nanotubes 受控捆绑对表面的根本地将促进使用在 nanoscale 电极和其他微电子学设备的这些材料。 MWCNTs 的好处是这些是主要金属的,有对电极的低接触电阻并且是非常稳健和不区分的对纠缠形成。

鸣谢

作者非常地承认信息技术,印度的政府的部门提供的财政支持。 Sandeep Kumar 和 Ranvinder 辛哈感谢科学和产业研究委员会他们的研究同伴关系。 作者是感激的对 Central 主任科学仪表组织 (CSIO),昌迪加尔,提供的必要的设施。 我们承认帮助并且从成员博士 G.Mitra 和其他支持研究小组

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联络详细资料

Sandeep Kumar, Rajesh Kumar, Ranvinder 辛哈, Rakesh Kumar, Awdhesh Kumar Shukla 和 Lalit M. Bharadwaj

生物化子的电子和纳米技术分部 (弯)
中央科学仪表组织 (CSIO)
部门 30-C,昌迪加尔160030, 印度
电子邮件:
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

物理系,
Panjab 大学,
昌迪加尔

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

Last Update: 13. June 2013 06:17

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