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Nanoelectromechanical-Anlagen (NEMS) - Einleitung, Anwendung und Herausforderungen von Nanoelectromechanical-Anlagen

Professor Burhanuddin Y. Majlis und Professor Ille C. Gebeshuber, Institut des Mikroingenieurwesens und Nanoelectronics (IMEN), Universiti Kebangsaan Malaysia; Institut der Angewandten Physik, Wien-Technische Hochschule und Österreichische Mitte der Kompetenz für Tribologie, Wiener Würstchen Neustadt.
Entsprechender Autor: gebeshuber@iap.tuwien.ac.at

NanoElectroMechanical-Anlagen (NEMS) haben kritische strukturelle Elemente bei oder unter 100 nm. Dieses unterscheidet sie von MicroElectroMechancial-Anlagen (MEMS), wo die kritischen strukturellen Elemente auf der Mikrometerlängenschuppe sind. Verglichen mit MEMS, sind kleinere Masse NEMS-Mähdreschers mit höherer Fläche mit Volumenverhältnis und deshalb für Anwendungen betreffend Hochfrequenzresonatore und ultrasensitive Fühler am interessantesten.

Atomkraftmikroskopie: Atomkraftmikroskopie ist ein Baumuster Scannenfühlermikroskopie. Eine scharfe Spitze, die oben auf einen flexiblen Kragbalken montiert wird, ist der Raster, der über einer Oberfläche gescannt wird, und verschiedene Oberflächenparameter wie Topographie und viskoelastische Eigenschaften können aufgezeichnet werden. Die Schärfe der Spitze trägt zur Auflösung des Mikroskops bei; deshalb werden Kohlenstoff nanotubes mit ihrem und hohen Längenverhältnis mit kleinem Durchmesser, das zur Spitze montiert wird, für spezifische Anwendungen verwendet.

Kohlenstoff nanotubes: Kohlenstoff nanotubes sind die molekularen Gefäße, die vom Kohlenstoff, mit einem Durchmesser zwischen 1nm und 50nm hergestellt werden, und verschiedene Längen. Es gibt einzelne ummauerte Kohlenstoff nanotubes, doppel-wandige Kohlenstoff nanotubes und multiwall Kohlenstoff nanotubes. Kohlenstoff nanotubes können für functionalization von FLUGHANDBUCH-Spitzen, in den nanocomposites und als Kabel in den nanotechnological Anwendungen zum Beispiel verwendet werden.

Graphene: Graphene-Blätter sind einzelne Schichten des Graphits mit einheitlicher Bienenwabe ähnlicher Zelle. Sie sind starke und stabile und ausgezeichnete Transportunternehmer der elektrischen Ladung.

MEMS: MEMS steht für MicroElectroMechanical Anlagen. Aktuell bezeichnet das Wort MEMS künstliche mechanische Elemente, Fühler, Stellzylinder und Elektronik, die das integriert auf einer Silikonsubstratfläche produziert unter Verwendung microfabrication Technologie und sind wurden. In Zunehmendem Maße wird das Wort MEMS für miniaturisierte Einheiten verwendet, die auf Silikontechnologie oder traditioneller Feinmechanik basieren, chemisch oder mechanisch.

Nanoelectronics: Nanoelectronics dehnt Miniaturisierung weiter in Richtung zur äußersten Grenze von einzelnen Atomen und von Molekülen aus. Auf solch einem kleinem Maßstab konnten Milliarden Einheiten in eine einzelne nanoelectronical Anlage integriert sein. Nanoelectronics gilt häufig als eine Schädliche Technologie, weil anwesende Kandidaten für nanoelectronical Funktionselemente zu traditionellen Transistoren beträchtlich unterschiedlich sind.

Nanofabrikation: Nanofabrikation spricht die Fälschung von Materialien, von körperlichen Zellen oder von Einheiten mit einer mindestens ihrer Abmessungen im Bereich von 1-100 nm an. Verschiedene nanofabricated Einheiten weisen Funktionseigenschaften, Phänomene und Verhalten auf, die sie offenbar von ihren Makroskalakollegen unterscheiden.

NEMS: NEMS steht für NanoElectroMechanical-Anlagen. NEMS dehnen Miniaturisierung weiter in Richtung zur äußersten Grenze von einzelnen Atomen und von Molekülen aus. NEMS sind künstliche Einheiten mit Funktionseinheiten auf einer Längenschuppe zwischen 1 und 100 nm. Einige NEMS basieren auf der Bewegung von Nmschuppe Bauteilen.

NEMS-Anwendungen werden im Ermittlen, in den Bildschirmanzeigen, in der tragbaren Stromerzeugung beabsichtigt, in der erntenden Energie, in der Medikamentenverabreichung und in der Darstellung1. Beispiele für NEMS enthalten nanoresonators2,3 und nanoaccelerometers4, integrierte peizoresistive Befundeinheiten5. Anwendungen, die entweder bereits haben, erreichten den Markt oder sind erhältlich, wie Forschungsprototypen ultrasharp Spitzen für Atomkraftmikroskopie (z.B., einzel-ummauerte Kohlenstoff nanotubes montiert an der Spitze eines Atomkraftmikroskopiekragbalkens), ein6nichtflüssiger NEMS-Speicher, NEMS-7Fühler, Kohlenstoff8,9nanotube einzelne Elektrontransistoren, nanoelectrometers10, Relais11und Schalter mit nanotubes, pH-12,13Fühler, Protein14konzentrationsdetektoren, Usw.15enthalten.

NEMS kann entweder produziertes bottom-up sein (z.B. chemische Selbstbaumethoden, CVD-Methoden, Heizplattetechnik), top-down (z.B. metallische Dünnfilme oder geätzte Halbleiterschichten, denen mithilfe der Radierung, mit Scannenfühlerhilfsmittel oder mit nanolithography Methoden produziert werden) oder über kombinierte Methoden, in denen Moleküle in einen top-down Rahmen integriert sind. Kohlenstoff16(graphene, Kohlenstoff nanotubes) ist ein bedeutendes Material, das in aktuellem NEMS verwendet wird.

Aktuelle Herausforderungen in NEMS betreffen die hergestellte Produktion von metallischen oder HalbleiterKohlenstoff nanotubes17 sowie stiction und Schmierungspunkten18. Monomolekulare Schmiermittelfilme sind ein brennendes Thema der Forschung19.

Bioinspiration: In MEMS- und NEMS-Technologie - vergleichbar mit Biologie - eine beschränkte Anzahl Grundmaterialien wird verwendet und stellt eine große Auswahl von Funktions- und strukturellen Eigenschaften bereit. Die Komplexität des Anfluges (in der Biologie sowie in der Technik) erhöht mit abnehmender Zahl von Grundmaterialien. Biomimetics d.h. Technologietransfer von der Biologie auf die Technik, ist in MEMS-Entwicklung wegen der materiellen Beschränkungen auf beiden Gebieten besonders viel versprechend. 20

Diatomeen21 sind einzellige Organismen, die bewegliche Teile im relativen Antrag auf dem nanoscale haben. Sie sind Hochpotential biologische Anlagen, die auftauchende NEMS-Technologien anspornen können: Diatomeen wie Eunotia-sudetica, Bacillaria-paxillifer und Spezies von Ellerbeckia haben Scharniere und sperrende Einheiten auf einigen die 100-nm-Schuppe20, das Diatomeen Corethron-pennatum und Corethron-criophilum weisen Klickanschlag Vorrichtungen auf dem Mikrometer lengthscale und unten und dem Ausbreiten von Zellen dieser Spezies auf, nachdem Zellteilung ein ausgezeichnetes Beispiel ist auf, wie man Zellen 3D von fabrizierten 2D Zellen erhält20. Sogar Federn möglicherweise und micropumps würden auf dem mikro- und dem nanoscale, z.B. im Diatomeen Rutilaria-grevilleana und im Rutilaria-philipinnarum verwirklicht, 22,23obgleich diese noch Themen der Diskussion sind.

Aussicht

Zukünftige Anwendungen von NEMS sind hart vorauszusagen. Der Prototyp NEMS, der wirtschaftlich am interessantesten sein würde, sind die, die am härtesten sind in den Handel gebracht zu werden. Anwendungen, die Biologie und Nanotechnologie kombinieren, scheinen, zu sein viel versprechendsten24. Nanoresonators würde direkte Konsequenzen für die drahtlosen Kommunikationstechnologien haben.

Mögliche Anwendungen von nanomotors wären möglicherweise nanofluidic Pumpen für Biochips oder Fühler. Entsprechend Alex Zettl von Berkeley-Universität, könnte CA, USA, auftauchendes NEMS auch Pfad die Methode für neue MicroElectroMechanical Anlagen (MEMS) die aktuell Hauptschwierigkeiten mit stiction haben; integrierte Anlagen von NEMS und von MEMS wären möglicherweise von der hohen Relevanz (wie MEMS-Fühlern mit NEMS als Kernbauteilen), verglichen mit den natürlichen Anlagen in der Biologie, in der Zellen, ausrichten Mikronachrichten, haben verschiedene nanoparts als integrative Bauteile.

Rezente Arbeit durch die Abteilung des Wandler-Wissenschaft Und Technik der Universität von Twente, Holland, wird auf den Bau von wirklich dreidimensionalen nanostructures konzentriert. Die Anwendungsbereiche werden nicht noch völlig erforscht, aber erste Untersuchungen über Zellabfangen in 3D nanoconfined Nachrichten und in den selforganizing nanoparticles sind- laufend. Neue Studien, beim Gestalten 3D sind auf Ecklithographie für das hoch entwickelte Prüfen (smarticles) und die schließlich scharfen Fühlerspitzen25. Diese Forschung führte möglicherweise zu interessantes auftauchendes MEMS.


Bezüge

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2. LaHaye M.D., Buu O., Camarota B. und Schwab K.C. Approaching die Quantumsgrenze auf einen nanomechanical Resonator, Wissenschaft 304(5667), 2004, 74-77, doi: 10.1126/science.1094419
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Copyright AZoNano.com, Professor Ille C. Gebeshuber (Universiti Kebangsaan Malaysia)

Date Added: Dec 13, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:13

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