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DOI : 10.2240/azojono0112

在硅表面的光學鑷子碳 Nanotubes 分散的束縛

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

版權 AZoM.com 有限公司 Pty。

這是在許可證無限制的使用提供原始工作適當地被援引,但是被限制到非商業配電器和再生產的 AZo 槳被分配的一個偶氮開路獎勵系統 (AZo 槳) 條款 http://www.azonano.com/oars.asp 條件下

提交: 2005年 12月 26日,
張貼: 2006年 6月 10日,

包括的事宜

摘要
背景
碳 Nanotubes 的應用在計量學方面
查出單個碳 Nanotubes
Functionalization
材料和方法
分散的多被圍住的碳 Nanotubes
圖像分析
碳 Nanotubes 的提取
描述特性
結果和論述
碳 Nanotubes 散射
圖像分析
Functionalised 碳 Nanotubes 的 FTIR 描述特性
對硅體的約束碳 Nanotubes
結論
鳴謝
參考
聯絡詳細資料

摘要

有效散射和有選擇性確定碳 nanotubes 為與常規微電子學的將來的綜合化以及新穎的功能設備的發展是必要的。 有限進展在碳 nanotubes 的散射和受控制位置報告了。 在本研究中,我們分散了碳 nanotubes 使用附帶 microdissector 系統的一把光學鑷子然後 binded 他們在硅表面上。 - OH 組在硅表面創建了。 碳 nanotubes 被處理形成一個羥基組在他們的末端。 傅立葉變換 (FTIR)紅外波譜被記錄確認 functionalization。 這些碳 nanotubes 做起反應與硅表面。 硅表面調查在掃描電子顯微鏡下 (SEM)。 這個圖像顯示了一定數量的碳 nanotubes 出現 binded 對硅表面。 這種束縛在基體上對像化工傳感器的應用將打開路徑,瀏覽在碳 nanotubes 基礎上等的探測技巧。

背景

碳 nanotubes 廣泛調查作為製造的 nanoelectronic 設備一個重要要素。 金屬以及半導體的碳 nanotubes 的存在提出了對有效的設備由半導體的 nanotubes 做成,并且電接線所有碳基於技術的將來的發展的希望 (互聯) 包括金屬碳 nanotubes。

碳 Nanotubes 的應用在計量學方面

這些新穎的筒形結構唯一電子,機械和化工屬性在領域做他們密集被學習的材料的納米技術 [1-4]。 這些 nanoscale 材料的一定數量的設備應用被構想了 [5-8]。 由於他們的靈活性,可以使用 nanotubes 由於他們的高彈性,在掃描獲得被改進的解決方法的探測儀器的技巧與常規技巧比較並且這些技巧不遭受與表面的失敗。 Nanotube 技巧被官能團的附件修改化工,并且可以使用作為與潛在的應用的分子探測在化學和生物。

查出單個碳 Nanotubes

然而,安排碳 nanotubes 的缺乏技術在期望地點是一個主要障礙。 沒有適當的方式操作碳 nanotubes 的實際和化工特性一個受控方式。 在,處理唯一 nanotubes 和進行在他們的評定不足的知識複雜化他們的物理屬性的實用的調查時。 对仅唯一碳 Nanotube 的調查,其他 nanotubes 在這個範例必須很好分隔。 否則,不同的 nanotubes 將影響彼此的物理屬性。 因為他們設法捆綁,它不是直接的查出 nanotubes。

Functionalization

碳 nanotubes Functionalization 和捆綁在表面的可能達到許多潛在的應用,但是像化工惰性和低可溶性的系數在溶劑使它繁瑣。 不管這個,幾個報表是可用的在工作成績附有分子碳 nanotubes 通過共價 [9-12] 以及非共價感覺應用的交往 [13-16] 與在生物的特定目標和化學製品。 在本論文,我們著重束縛在硅表面的多被圍住的碳 nanotubes。 光學鑷子 [17, 18] 用於分散碳 nanotubes 到小的捆綁。

材料和方法

與純度級別的多被圍住的碳 nanotubes 在 95% 上,長度 0.2-200 ìm 和直徑 50 毫微米從 Nanostructured 和無定形的材料,美國 獲得了。 這些使用了,不用進一步洗淨在我們的實驗。 其他分子生物學等級化學製品從斯格碼 Aldrich,美國獲得了。 18 MÙ cm 從微孔系統的水為漂洗範例使用了。 使用了與取向 [100 的] 硅表面。

散開多圍住了碳 Nanotubes

多被圍住的碳 nanotubes 的少量 (MWCNTs)在 1 ml 蒸餾水被採取了和被聲波了處理 2 時數。

要達到更好的散射,被聲波處理的 MWCNTs 下落然後被採取并且被處理了使用附帶 microdissection combi 系統 (掌上型計算機系統,德國) 的一把光學鑷子。 使用光學鑷子的紫外激光 (紫外) 激光,多被圍住的 nanotubes 的一束被分裂了并且被分散了到更小的零件。

紫外激光,與波長 337 毫微米在水中適用於束多被圍住的碳 nanotubes。 60% 原始能源 (300 µJ) 在損失 (86.67%) 以後使用了,和在顯微鏡,這種有效能在這個範例是在 24µJ 附近。 激光有 4 nsec 的脈衝期限。 并且 33 Hz 頻率。 因此,峰值功率每脈衝非常高 (大約在外面的 75 千瓦 10 千瓦是可用的在目的)。

圖像分析

使用紫外激光的被重複的應用,這些更小的束再然後被分裂了成更小的零件。  對得到的圖像的圖像分析執行使用家種的圖像分析軟件定量 CNT 叢,與在 24 位圖像的手動地被監督的閾值化。

碳 Nanotubes 的提取

被分散的這些的少量和分隔的 MWCNTs 被提取了。 這些在集中的硫酸 - 硝酸混合物 (3:1 v/v) 然後被暫停了 24 時數。 這導致 MWCNTs 的表面氧化作用和羧酸組的形成。 這個解決方法然後被分離了在 13000 个轉每分鐘 10 分鐘。 殘滓洗滌了與離心法三倍跟隨的蒸餾水完全地取消酸。 最終 nanotubes在 80°C. 的一個烤箱被烘乾了。

描述特性

官能團的形成附有在 MWCNTs 由 FTIR (Perkin Elmer 光譜 RXI FTIR 系統) 確認。 使用溴化鉀藥丸方法, FTIR 光譜被記錄了。 與羧酸組的 MWCNTs 被轉換了成酸氯化物被對待與亞硫酰氯 (SOCl2) 24 時數。 這些 functionalized MWCNTs 在吡啶被分散了使用 ultrasonicator 然後從屬於對 - OH functionalized 硅表面。 硅表面在丙酮和甲醇 10 分鐘其中每一超音波地被清洗了在 functionalizing 他們前與 - OH 組 [Ulman 等,張等]。 在完成這種回應後,表面用被去離子的水仔細洗滌了并且被烘乾了在 75°C。 控制實驗也執行,不用 SOCl2 處理調查 nanotubes 是否在表面存款或,如果他們化工一定。 使用掃描電子顯微鏡術,多被圍住的碳 nanotubes 捆綁在硅表面的被學習了。

結果和論述

碳 Nanotubes 散射

即散射碳 nanotube 捆綁的 nanotubes 配電器或分裂捆綁到各自的管裡繼續形成一個主要挑戰。 他們的傾向存在以捆綁的形式由於他們的非常嚴格的 van der Waals 交往在領域依然是往發揮他們的潛在的一個主要障礙的納米技術。 Dispersability,即這個程度和方便懸浮中安置 nanotubes 和散射穩定性隨著時間的推移是關心主因。 全世界研究員使用不同的方法例如 ultrasonication、機械攪拌、處理與 DMF [19],二氯乙烷 [20 个] 等克服此問題。 然而,當前有缺乏關於什麼的協議構成好與粗劣的散射。 我們使用附帶 microdissector 的一把光學鑷子利用光子的強制完成碳 nanotubes 散射。

用於此實驗的紫外激光提供更多比滿足的能源解決結合在一起使字符串的有篷貨車 der Waals 交往。 紫外激光在一束做衝擊多被圍住的碳 nanotubes,并且這導致分裂束到更小的零件。 更小的束再然後砲擊了與紫外激光的被重複的應用,并且 nanotubes 被分散了如圖 1 (a) - 1 所顯示 (e)。 圖 1 (a) 表示原始束 MWCNTs,并且 1 (b) 在三射擊以後顯示紫外激光的作用。 圖 1 對圖 1 (e) 的 (c) 在七射擊中的每一以後被記錄了。

圖 1 (a-e)。碳 nanotubes 散射使用光學鑷子的附帶 microdissection combi 系統 (視野 80µm)。

圖像分析

使用圖像分析,對象計數了,并且分類根據表面包括如數據的表 1. 圖形式表示所顯示在明顯地展示 nanotubes 散射的圖 2 表示。

另外對象包括的表 1. 表面在與紫外激光的後繼處理以後排列

在 µ 的對象地區2

圖像 1

圖像 2

圖像 3

圖像 4

圖像 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

圖 2. 對象 (更小的 nanotube 束) 的編號差異與他們的範圍如獲得在紫外激光的被重複的應用以後在不同的時間間隔以後。

Functionalised 碳 Nanotubes 的 FTIR 描述特性

光學鑷子分散的多被圍住的碳 nanotubes functionalized 如明顯由在圖顯示的他們的 FTIR 光譜 (3)。 FTIR 範圍 functionalized 多被圍住的碳 nanotubes 顯示了三個另外的透射率峰頂在 1739.4 cm-1, 3430.9 cm-1, 1638.2 cm-1 比較控制光譜。

圖 3. FTIR 範圍使用溴化鉀的 functionalized 碳 nanotubes 射擊方法。

這三個峰頂對應於各自羧基 (舒展),羥基 (舒展) 和含羰基之金屬化合物 (舒展) 官能團。 在 3430 cm (更低的-1 強度) 的峰頂在控制光譜被觀察了和也是由濕氣造成的在這個範例。 在 2919.2 cm 和 2354.8 cm 的-1 二個主要峰頂-1 在這個光譜也被看到了。 這些峰頂的始發地分別為紅外線光學的2 聚對二甲苯基和 CO 塗層在分光儀的。

對硅體的約束碳 Nanotubes

當硅表面是印象的在掃描電子顯微鏡下,它顯示了一定數量的多被圍住的 nanotubes 一定對表面。 (圖 4 (a) 和 4 (b))。

圖 4 (a至b)。多被圍住的碳 nanotubes 在硅表面限制。

也是明顯的整體地面粗糙度被增加了由於處理與酸的這種化學製品。 同一硅表面,當沒有 SOCl 處理的印象的下面2 掃描電子顯微鏡沒有顯示位於在其表面的任何多被圍住的 nanotubes。 對硅的 MWCNTs 困境在創建之後 - 使用 SOCl 處理的 COCl2 組正如圖 5. 所描述。


束縛的 5.Mechanism 在硅表面的 MWCNTs。

這表明多被圍住的 nanotubes 一定對表面由於 SOCl2 處理和僅僅實際上沒有被吸附。 只有當半成品處理與亞硫酰氯被執行了,我們重複了此許多次并且能獲得在硅表面的 nanotubes。 在圖 4 (b),不同的長度很大數量的 nanotubes 在硅表面一定。 沒有優先取向控制,并且 nanotubes 存款在這個基體的表面的間一個任意方式。 Nanotubes 看上去統一被分配在表面。 使用光學鑷子,我們仿效束縛的同一種做法多被圍住的 nanotubes,但是沒有散射。 顯示束縛在硅表面的 nanotubes 的掃描電子顯微照片在圖 6 (a至b) 顯示。

圖。 6 (a至b)。在硅表面一定的多被圍住的碳 nanotubes,不用他們的散射使用光學鑷子。

以叢/字符串或者綜合的形式,從清楚上述圖像, MWCNTs 限制。 此實驗被重複了幾次,并且近似結果得到了。

結論

此研究的目標將調查碳 nanotubes 散射和捆綁在硅體的。 附帶 microdissection combi 的光學鑷子為散射使用了以及量化的圖像分析。 掃描電子顯微鏡 (SEM)圖像向顯示 nanotubes 限制以叢的形式,不用使用光學鑷子。 我們是成功的在分散的和存款的 nanotubes 用我們的方法。 nanotubes 受控捆綁對表面的根本地將促進使用在 nanoscale 電極和其他微電子學設備的這些材料。 MWCNTs 的好處是這些是主要金屬的,有對電極的低接觸電阻並且是非常穩健和不區分的對糾纏形成。

鳴謝

作者非常地承認信息技術,印度的政府的部門提供的財政支持。 Sandeep Kumar 和 Ranvinder 辛哈感謝科學和產業研究委員會他們的研究同伴關係。 作者是感激的對 Central 主任科學儀表組織 (CSIO),昌迪加爾,提供的必要的設施。 我們承認幫助并且從成員博士 G.Mitra 和其他支持研究小組

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聯絡詳細資料

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

生物化子的電子和納米技術分部 (彎)
中央科學儀表組織 (CSIO)
部門 30-C,昌迪加爾160030, 印度
電子郵件:
lalitmbharadwaj@hotmail.com

V.K. Jindal

物理系,
Panjab 大學,
昌迪加爾

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

Last Update: 13. June 2013 06:22

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