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Systèmes de Nanoelectromechanical (NEMS) - Introduction, Application et Défis des Systèmes de Nanoelectromechanical

Professeur Burhanuddin Y. Majlis et Professeur Ille C. Gebeshuber, Institut de la Micro-ingénierie et Nanoelectronics (IMEN), Universiti Kebangsaan Malaisie ; Institut de la Physique Appliquée, Université De Technologie de Vienne Et Centre Autrichien de la Compétence pour la Tribologie, Saucisse Neustadt.
Auteur Correspondant : gebeshuber@iap.tuwien.ac.at

Les Systèmes de NanoElectroMechanical (NEMS) ont les éléments structurels critiques à ou en dessous de 100 nanomètre. Ceci les discerne des Systèmes de MicroElectroMechancial (MEMS), où les éléments structurels critiques sont sur l'échelle de longueur de micromètre. Comparé à MEMS, masse de cartel de NEMS la plus petite avec une surface plus élevée au taux de volume et soyez pour cette raison le plus intéressant pour des applications concernant les résonnateurs à haute fréquence et les senseurs ultra-sensibles.

Microscopie Atomique de force : La microscopie Atomique de force est un type de microscopie de sonde de lecture. Une extrémité tranchante montée sur un encorbellement flexible est trame balayée au-dessus d'une surface, et des paramètres extérieurs variés tels que la topographie et les propriétés visco-élastiques peuvent être enregistrés. La netteté de l'extrémité contribue à la définition du microscope ; pour cette raison, des nanotubes de carbone avec leur rapport hauteur/largeur de faible diamètre et élevé monté à l'extrémité sont utilisés pour des applications particulières.

Nanotubes de Carbone : Les nanotubes de Carbone sont les tubes moléculaires faits de carbone, avec un diamètre entre 1nm et 50nm, et les longueurs variées. Il y a des nanotubes murés uniques de carbone, de doubles nanotubes de carbone de paroi et des nanotubes de carbone de multiwall. Des nanotubes de Carbone peuvent par exemple être utilisés pour le functionalization des extrémités d'AFM, dans les nanocomposites, et comme fils dans des applications nanotechnological.

Graphene : Les feuilles de Graphene sont de seules couches de graphite avec la structure comme un nid d'abeilles uniforme. Elles sont les porteurs de charge électriques intenses et stables, et excellents.

MEMS : MEMS représente les Systèmes MicroElectroMechanical. Actuel, le mot MEMS indique les éléments, les senseurs, les déclencheurs et l'électronique mécaniques fabriqués par l'homme que cela ont été produits utilisant la technologie de microfabrication et sont intégré sur un substrat de silicium. De Plus En Plus, le mot MEMS est utilisé pour les dispositifs miniaturisés qui sont basés sur la technologie de Silicium ou l'ingénierie de précision traditionnelle, chimiques ou mécaniques.

Nanoelectronics : Nanoelectronics étend la miniaturisation davantage vers la limite éventuelle de différents atomes et molécules. Sur une si petite échelle, des milliards de dispositifs ont pu être intégrés dans un système nanoelectronical unique. Nanoelectronics est souvent considéré une technologie disruptive parce que les candidats actuels pour les éléments fonctionnels nanoelectronical sont sensiblement différents des transistors traditionnels.

Nanofabrication : La Nanofabrication se rapporte à la fabrication des matériaux, des structures matérielles ou des dispositifs avec au moins une de leurs cotes de l'ordre de 1-100 nanomètre. Les dispositifs nanofabricated Variés montrent les propriétés, les phénomènes et le comportement fonctionnels qui les discernent de manière dégagée de leurs homologues de macro-échelle.

NEMS : NEMS représente des Systèmes de NanoElectroMechanical. NEMS étendent la miniaturisation davantage vers la limite éventuelle de différents atomes et molécules. NEMS sont les dispositifs fabriqués par l'homme avec les ensembles fonctionnels sur une échelle de longueur entre 1 et 100 nanomètre. Quelques NEMS sont basés sur le mouvement des composants de nanomètre-échelle.

Des applications de NEMS sont envisagées en se sentant, les affichages, la production d'électricité portative, la moisson d'énergie, l'accouchement de médicament et la représentation1. Les Exemples pour NEMS comportent des nanoresonators2,3 et des nanoaccelerometers4, dispositifs de dépistage peizoresistive intégrés5. Les Applications qui ont déjà ont atteint le marché ou sont disponibles comme les prototypes de recherches comportent des extrémités d'ultrasharp pour la microscopie atomique de force (par exemple, nanotubes unique-murés de carbone montés sur l'extrémité d'un encorbellement atomique de microscopie de force), 6une mémoire non-volatile de NEMS, 7des senseurs de NEMS, 8,9les transistors uniques d'électron de nanotube de Carbone, 10les nanoelectrometers, 11les relais et les contacts avec des nanotubes, 12,13les senseurs de pH, 14les détecteurs de concentration protéique, 15Etc.

NEMS peut être ascendant produit (par exemple des méthodes chimiques d'assemblage d'individu, des méthodes de CVD, technique de plaque chaude), (par exemple les films minces métalliques ou les couches corrodées de semi-conducteur avec lesquelles sont produits avec l'aide gravure, les outils hiérarchisés de sonde de lecture ou avec des méthodes de nanolithography) ou par l'intermédiaire des méthodes combinées où des molécules sont intégrées dans un cadre hiérarchisé. Le Carbone16(graphene, nanotubes de carbone) est une matière importante employée dans NEMS actuel.

Les défis Actuels dans NEMS concernent la production réglée des nanotubes de Carbone ainsi que des délivrances métalliques17 ou semi-conducteurs de stiction et de graissage18. Les films Monomoléculaires de lubrifiant sont un thème d'actualité de recherche19.

Bioinspiration : En technologie de MEMS et de NEMS - comparable à la biologie - un numéro limité des matières premières est utilisé, fournissant un large éventail de propriétés fonctionnelles et structurelles. La complexité de l'élan (dans la biologie ainsi que dans le bureau d'études) augmente avec le numéro décroissant des matières premières. Biomimetics, c.-à-d., transfert de technologie à partir de biologie à concevoir, est particulièrement prometteur dans le développement de MEMS à cause des contraintes matérielles dans les deux domaines. 20

Les Diatomées21 sont des organismes celled uniques qui ont les pièces mobiles dans le mouvement relatif sur le nanoscale. Elles sont des systèmes biologiques de haut-potentiel qui peuvent inspirer des technologies apparaissantes de NEMS : Les Diatomées telles que le sudetica d'Eunotia, le paxillifer de Bacillaria et les substances d'Ellerbeckia ont des charnières et les dispositifs de verrouillage sur l'échelle du nanomètre multiples 10020, le pennatum de Corethron de diatomées et le criophilum de Corethron montrent des mécanismes de claquement-arrêt sur le lengthscale de micromètre et ci-dessous et le déploiement des cellules de ces substances après que la division cellulaire soit un excellent exemple sur la façon dont obtenir les structures 3D des 2D structures fabriquées20. Même des sources et les micropumps pourraient être réalisés sur le micro et le nanoscale, par exemple dans le grevilleana de Rutilaria de diatomées et le philipinnarum de Rutilaria, 22,23bien que ce soient toujours des sujets de discussion.

Outlook

Il est difficile de prévoir de Futures applications de NEMS. Le prototype NEMS qui serait économiquement le plus intéressant sont celui qui sont le plus dur pour être commercialisé. Les Applications qui combinent la biologie et la nanotechnologie semblent être les plus prometteuses24. Nanoresonators aurait des effets directs pour les technologies de communication sans fil.

Les applications Possibles des nanomotors pourraient être les pompes nanofluidic pour des biopuces ou des senseurs. Selon Alex Zettl d'Université de Berkeley, CA, ETATS-UNIS, NEMS apparaissant pourrait également chemin la voie pour les Systèmes MicroElectroMechanical nouveaux (MEMS) qui ont actuel des problèmes majeurs avec le stiction ; les systèmes intégrés de NEMS et de MEMS pourraient être d'importance élevée (telle que des senseurs de MEMS avec NEMS comme composants de noyau), comparé avec les systèmes naturels dans la biologie, où des cellules, rectifient des micro-objectifs, ont les nanoparts variés en tant que composants intégrateurs.

Les travaux Récents à côté du service de la Science et Technologie de Transducteurs de l'Université de Twente, Hollande, sont concentrés sur la construction des nanostructures véritablement en trois dimensions. Les champs des applications ne sont pas encore entièrement explorés mais les premières études sur le piégeage de cellules dans les objectifs nanoconfined par 3D et les nanoparticles à organisation autonome sont en cours. Les Études récentes dans la sculpture 3D sont sur la lithographie faisante le coin pour le sondage avancé (des smarticles) et les extrémités éventuel tranchantes de sonde25. Cette recherche pourrait mener à MEMS apparaissant intéressant.


Références

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Droit d'auteur AZoNano.com, Professeur Ille C. Gebeshuber (Universiti Kebangsaan Malaisie)

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

Last Update: 13. June 2013 23:10

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