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Sistemas de Nanoelectromechanical (NEMS) - Introducción, Aplicación y Retos de los Sistemas de Nanoelectromechanical

Profesor Burhanuddin Y. Majlis y Profesor Ille C. Gebeshuber, Instituto de la Microingeniería y Nanoelectronics (IMEN), Universiti Kebangsaan Malasia; Instituto de la Física Aplicada, Universidad Tecnológica y Centro Austríaco de la Capacidad para la Tribología, Salchicha De Frankfurt Neustadt de Viena.
Autor Correspondiente: gebeshuber@iap.tuwien.ac.at

Los Sistemas de NanoElectroMechanical (NEMS) tienen elementos estructurales críticos en o por debajo de 100 nanómetro. Esto los distingue de los Sistemas de MicroElectroMechancial (MEMS), donde están los elementos estructurales críticos en la escala de la longitud del micrómetro. Comparado a MEMS, una masa más pequeña de la cosechadora de NEMS con una superficie más alta a la relación de transformación del volumen y es por lo tanto la más interesante para las aplicaciones con respecto resonadores de alta frecuencia y a sensores ultrasensibles.

Microscopia Atómica de la fuerza: La microscopia Atómica de la fuerza es un tipo de microscopia de la antena de la exploración. Una punta sostenida montada encima de un voladizo flexible es retículo explorado sobre una superficie, y los diversos parámetros superficiales tales como topografía y las propiedades viscoelásticas pueden ser registrados. La agudeza de la punta contribuye a la resolución del microscopio; por lo tanto, los nanotubes del carbón con su relación de aspecto de diámetro bajo y alta montada a la punta se utilizan para las aplicaciones específicas.

Nanotubes del Carbón: Los nanotubes del Carbón son tubos moleculares hechos del carbón, con un diámetro entre 1nm y 50nm, y diversas longitudes. Hay únicos nanotubes emparedados del carbón, nanotubes dobles del carbón de la pared y los nanotubes del carbón del multiwall. Los nanotubes del Carbón se pueden por ejemplo utilizar para el functionalization de las puntas del AFM, en nanocomposites, y como los cables en aplicaciones nanotechnological.

Graphene: Las hojas de Graphene son únicas capas del grafito con el uniforme panal-como la estructura. Son ondas portadoras eléctricas fuertes y estables, y excelentes.

MEMS: MEMS representa Sistemas Microelectromecánicos. Actualmente, la palabra MEMS denota los elementos, los sensores, los actuadores y la electrónica mecánicos artificiales que eso fue producida usando tecnología del microfabrication y es integrado en un substrato de silicio. Cada Vez Más, la palabra MEMS se utiliza para los dispositivos miniaturizados que se basan en tecnología del Silicio o la ingeniería de precisión tradicional, químico o mecánico.

Nanoelectronics: Nanoelectronics amplía la miniaturización más lejos hacia el límite final de átomos y de moléculas individuales. En tal pequeña escala, los mil millones de dispositivos podían ser integrados en un único sistema nanoelectronical. Nanoelectronics a menudo se considera una tecnología disruptiva porque los actuales candidatos a elementos funcionales nanoelectronical son importante diferentes de los transistores tradicionales.

Nanofabricación: La Nanofabricación refiere a la fabricación de materiales, de estructuras físicas o de dispositivos con por lo menos una de sus dimensiones en el rango de 1-100 nanómetro. Los Diversos dispositivos nanofabricated exhiben las propiedades, los fenómenos y el comportamiento funcionales que los distinguen sin obstrucción de sus contrapartes de la macroescala.

NEMS: NEMS representa los Sistemas de NanoElectroMechanical. NEMS amplían la miniaturización más lejos hacia el límite final de átomos y de moléculas individuales. NEMS son dispositivos artificiales con las unidades funcionales en una escala de la longitud entre 1 y 100 nanómetro. Algunos NEMS se basan en el movimiento de los componentes de la nanómetro-escala.

Las aplicaciones de NEMS se consideran en detectar, visualizaciones, la producción de energía portátil, la cosecha de la energía, la salida de la droga y la proyección de imagen1. Los Ejemplos para NEMS comprenden los nanoresonators2,3 y los nanoaccelerometers4, dispositivos de detección peizoresistive integrados5. Las Aplicaciones que tienen ya alcanzaron el mercado o están disponibles como los prototipos de la investigación comprenden las puntas del ultrasharp para la microscopia atómica de la fuerza (e.g., nanotubes único-emparedados del carbón montados en la punta de un voladizo atómico de la microscopia de la fuerza), 6una memoria no volátil de NEMS, 7los sensores de NEMS, 8,9transistores del electrón del nanotube del Carbón los únicos, 10los nanoelectrometers, 11los relevos y los interruptores con los nanotubes, 12,13los sensores del pH, 14los detectores de la concentración de la proteína, 15Etc.

NEMS puede ser ascendente producido (e.g los métodos químicos del ensamblaje del uno mismo, los métodos del CVD, técnica de la placa caliente), (e.g las películas finas metálicas o las capas grabadas el ácido del semiconductor con las cuales se producen con la ayuda de la aguafuerte, las herramientas de arriba hacia abajo de la antena de la exploración o con métodos del nanolithography) o vía métodos combinados donde están integradas las moléculas en un marco de arriba hacia abajo. El Carbón16(graphene, nanotubes del carbón) es un material importante usado en NEMS actual.

Los retos Actuales en NEMS se refieren a la producción adaptada de nanotubes del Carbón así como de ediciones metálicos17 o semiconductores del stiction y de la lubricación18. Las películas Monomoleculares del lubricante son un asunto actual de investigación19.

Bioinspiration: En la tecnología de MEMS y de NEMS - comparable a la biología - un número limitado de materias primas se utiliza, proporcionando a una amplia gama de propiedades funcionales y estructurales. La complejidad de la aproximación (en biología así como en la ingeniería) aumenta con el número de disminución de materias primas. Biomimetics, es decir, transferencia de tecnologías de la biología a dirigir, es especialmente prometedor en el revelado de MEMS debido a los apremios materiales en ambos campos. 20

Las Diatomeas21 son los únicos organismos celulados que tienen piezas móviles en el movimiento relativo en el nanoscale. Son los sistemas biológicos del alto-potencial que pueden inspirar tecnologías emergentes de NEMS: Las Diatomeas tales como sudetica de Eunotia, paxillifer de Bacillaria y especies de Ellerbeckia tienen charnelas y los dispositivos que entrelazan en los varios escala de 100 nanómetros20, el pennatum de Corethron de las diatomeas y criophilum de Corethron exhiben mecanismos del tecleo-tope en el lengthscale del micrómetro y abajo y el despliegue de las células de estas especies después de que la división celular sea un ejemplo excelente en cómo obtener las estructuras 3D de las 2.as estructuras fabricadas20. Incluso los muelles y los micropumps se pudieron observar en el micro y el nanoscale, e.g en el grevilleana de Rutilaria de las diatomeas y el philipinnarum de Rutilaria, 22,23aunque éstos sigan siendo temas de la discusión.

Perspectiva

Las aplicaciones Futuras de NEMS son duras de predecir. El prototipo NEMS que sería económicamente el más interesante es los que son la más duros ser comercializado. Las Aplicaciones que combinan biología y la nanotecnología parecen ser las más prometedoras24. Nanoresonators tendría consecuencias directas para las tecnologías de comunicación inalámbricas.

Las aplicaciones Posibles de nanomotors pudieron ser bombas nanofluidic para los biochips o los sensores. Según Alex Zettl de la Universidad de Berkeley, el CA, los E.E.U.U., NEMS emergente pudo también camino la manera para los Sistemas Microelectromecánicos nuevos (MEMS) que tienen actualmente problemas graves con el stiction; los sistemas integrados de NEMS y de MEMS pudieron ser de alta importancia (tal como sensores de MEMS con NEMS como componentes de la base), comparado a los sistemas naturales en la biología, donde las células, verdad micro-objetos, tienen diversos nanoparts como componentes integrantes.

El trabajo Reciente por el departamento de la Ciencia de los Transductores y de la Tecnología de la Universidad de Twente, Holanda, se concentra en la construcción de nanostructures verdaderamente tridimensionales. Los campos de aplicaciones no se exploran todavía completo pero los primeros estudios en la interceptación de la célula en objetos nanoconfined 3D y nanoparticles de auto-organización están en curso. Los estudios Recientes en esculpir 3D están en la litografía de la esquina para el sondeo avanzado (los smarticles) y las puntas final sostenidas de la antena25. Esta investigación pudo llevar a MEMS emergente interesante.


Referencias

1. Cimalla V., Niebelschütz F., Tonisch K., Foerster Ch., dispositivos de Brueckner K., de Cimalla I., del T., de Friedrich, de Pezoldt J., de Stephan R., de Hein M. y de Ambacher O. Nanoelectromechanical para detectar aplicaciones, los Materiales Funcionales para el Micrófono y Nanosystems - EMRS, los Sensores y los Actuadores B: Substancia Química 126(1), 2007, 24-34, doi: 10.1016/j.snb.2006.10.049
2. LaHaye M.D., Buu O., Camarota B. y Schwab K.C. Approaching el límite del quantum de un resonador nanomechanical, Ciencia 304(5667), 2004, 74-77, doi: 10.1126/science.1094419
3. Peng H.B., Chang C.W., S Aloni., resonador electromecánico de Yuzvinsky T.D. y de Zettl A. Microwave que consiste en nanotubes embridados del carbón en una ordenación del ábaco, Phys. Rev. B 76(3), 2007, 035405 (5p)
4. Fennimore Mañana, Yuzvinsky T.D., Han W. - Q., actuadores de Fuhrer M.S., de Cumings J. y de Zettl A. Rotational basados en los nanotubes del carbón, Naturaleza 424, 2003, 408-410, doi: 10.1038/nature01823
5. Voladizos NEMS-basados Ultra-sensitive de Li M., de la Espiga H.X. y de Roukes M.L. para detectar, antena explorada y aplicaciones muy de alta frecuencia, Naturaleza Nanotech. 2, 2006, 114-120, doi: 10.1038/nnano.2006.208
6. Proyección de imagen del Manojo J.S., de Rhodin T.N. y de McEuen P.L. SIN CONTACTO-AFM de superficies moleculares usando la tecnología de un sólo recinto del nanotube del carbón, Nanotecnología 15, 2004, S76-S78
7. Puntos de incorporación del Si del nanocrystalline del dispositivo de memoria no volátil de Tsuchiya Y., de Takai K., de Momo N., de Nagami T., de Mizuta H. y del Oda S. Nanoelectromechanical, J. Appl. Phys. 100(9), 2006, 094306
8. Besteman K., Lee J.O., Wiertz F.G.M., nanotubes Enzima-Revestidos del carbón de Heering H.A. y de Dekker C. como biosensores de la único-molécula, Letras Nanas 3(6), 2003, 727-730
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16. Mahalik N.P. Micromanufacturing y Nanotecnología, Saltador 2006
17. Ebbesen T.W., Lezec H.J., Hiura H., Bennett J.W., Ghaemi H.F. y conductividad Eléctrica Tia de los nanotubes individuales del carbón, Naturaleza 382, 1996, Págs. 54 - del T. doi 56: 10.1038/382054a0
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Derechos De Autor AZoNano.com, Profesor Ille C. Gebeshuber (Universiti Kebangsaan Malasia)

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

Last Update: 13. June 2013 23:42

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