Sistemi di Nanoelectromechanical (NEMS) - Introduzione, Applicazione e Sfide dei Sistemi di Nanoelectromechanical

Il Professor Burhanuddin Y. Majlis ed il Professor Ille C. Gebeshuber, Istituto di Microingegneria e Nanoelectronics (IMEN), Universiti Kebangsaan Malesia; Istituto di Fisica Applicata, Università Tecnologica di Vienna e Centro Austriaco di Competenza per Tribologia, Salciccia Neustadt.
Autore Corrispondente: gebeshuber@iap.tuwien.ac.at

I Sistemi di NanoElectroMechanical (NEMS) hanno elementi strutturali critici pari o al di sotto di 100 nanometro. Ciò li distingue dai Sistemi di MicroElectroMechancial (MEMS), dove gli elementi strutturali critici sono sul disgaggio di lunghezza di micrometro. Confrontato a MEMS, massa dell'associazione di NEMS la più piccola ad più alta area al rapporto del volume ed è quindi più interessante per le applicazioni per quanto riguarda i risuonatori ad alta frequenza ed i sensori ultrasensibili.

Microscopia Atomica della forza: La microscopia Atomica della forza è un tipo di microscopia della sonda di scansione. Un suggerimento marcato montato sopra una trave a mensola flessibile è quadro televisivo scandito sopra una superficie ed i vari parametri di superficie quale la topografia ed i beni viscoelastici possono essere registrati. La nitidezza del suggerimento contribuisce alla risoluzione del microscopio; quindi, i nanotubes del carbonio con il loro allungamento di diametro basso ed alto montato al suggerimento sono usati per le applicazioni specifiche.

Nanotubes del Carbonio: I nanotubes del Carbonio sono tubi molecolari fatti di carbonio, con un diametro fra 1nm e 50nm e varie lunghezze. C'è singoli nanotubes murati del carbonio, nanotubes doppi del carbonio e nanotubes del carbonio del multiwall. I nanotubes del Carbonio possono per esempio essere utilizzati per il functionalization dei suggerimenti del AFM, nei nanocomposites e come collegare nelle applicazioni nanotechnological.

Graphene: Le lamiere sottili di Graphene sono singoli livelli di grafite con la struttura del tipo di favo costante. Sono forti e portatori di carica elettrotecnici stabili e ed eccellenti.

MEMS: MEMS corrisponde ai Sistemi MicroElectroMechanical. Corrente, la parola MEMS denota gli elementi, i sensori, gli azionatori e l'elettronica meccanici artificiali che quella è stata prodotta facendo uso della tecnologia di microfabbricazione ed è integrata su un substrato di silicio. Sempre Più, la parola MEMS è usata per le unità miniaturizzate che sono basate sulla tecnologia del Silicio o sulla meccanica di precisione tradizionale, chimico o meccanico.

Nanoelectronics: Nanoelectronics estende la miniaturizzazione più ulteriormente verso l'ultimo limite di diversi atomi e molecole. Su una tal piccola scala, miliardi di unità hanno potuto essere integrati in un singolo sistema nanoelectronical. Nanoelectronics spesso è considerato una tecnologia perturbatrice perché i candidati attuali per gli elementi funzionali nanoelectronical sono significativamente differenti dai transistor tradizionali.

Nanofabbricazione: La Nanofabbricazione si riferisce alla lavorazione dei materiali, delle strutture fisiche o delle unità con almeno una delle loro dimensioni nell'ordine di 1-100 nanometro. Le Varie unità nanofabricated esibiscono i beni, i fenomeni ed il comportamento funzionali che li distinguono chiaramente dalle loro controparti di macroscala.

NEMS: NEMS corrisponde ai Sistemi di NanoElectroMechanical. NEMS estendono la miniaturizzazione più ulteriormente verso l'ultimo limite di diversi atomi e molecole. NEMS sono unità artificiali con le unità funzionali su un disgaggio di lunghezza fra 1 e 100 nanometro. Alcuni NEMS sono basati sul movimento delle componenti del nanometro-disgaggio.

Le applicazioni di NEMS sono prevedute nella percezione, nelle visualizzazioni, nella produzione di energia portatile, nella raccolta di energia, nella consegna della droga e nella rappresentazione1. Gli Esempi per NEMS comprendono i nanoresonators2,3 e i nanoaccelerometers4, unità di rilevazione peizoresistive integrate5. Le Applicazioni che hanno già hanno raggiunto il servizio o sono disponibili come i prototipi della ricerca comprendono i suggerimenti del ultrasharp per microscopia atomica della forza (per esempio, nanotubes unico murati del carbonio montati sul suggerimento di una trave a mensola atomica di microscopia della forza), 6una memoria non volatile di NEMS, 7sensori di NEMS, 8,9transistor dell'elettrone del nanotube del Carbonio singoli, 10nanoelectrometers, 11relè e opzioni con i nanotubes, 12,13sensori di pH, 14rivelatori di concentrazione nella proteina, 15Ecc.

NEMS può essere dal basso prodotto (per esempio metodi chimici dell'assembly di auto, metodi di CVD, tecnica della piastra riscaldante), (per esempio pellicole sottili metalliche o livelli incisi a semiconduttore cui sono prodotti con l'aiuto incisione, con strumenti dall'alto in basso della sonda di scansione o con i metodi di nanolithography) o via i metodi combinati dove le molecole sono integrate in una struttura dall'alto in basso. Il Carbonio16(graphene, nanotubes del carbonio) è un materiale importante utilizzato in NEMS corrente.

Le sfide Correnti in NEMS interessano la produzione adattata dei nanotubes del Carbonio come pure delle emissioni metallici17 o semiconduttori di lubrificazione e di stiction18. Le pellicole Monomolecolari del lubrificante sono un tema di attualità della ricerca19.

Bioinspiration: Nella tecnologia di NEMS e di MEMS - comparabile a biologia - un numero limitato dei materiali di base è utilizzato, fornente una vasta gamma di beni funzionali e strutturali. La complessità dell'approccio (nella biologia come pure nell'assistenza tecnica) aumenta con il numero diminuente dei materiali di base. Biomimetics, cioè, trasferimento di tecnologia da biologia all'organizzazione, sta promettendo particolarmente nello sviluppo di MEMS a causa dei vincoli materiali in entrambi i campi. 20

Le Diatomee21 sono singoli organismi celled che hanno parti mobili nel moto relativo sul nanoscale. Sono sistemi biologici di alto-potenziale che possono ispirare le tecnologie emergenti di NEMS: Le Diatomee quali il sudetica di Eunotia, il paxillifer di Bacillaria e le specie di Ellerbeckia hanno cerniere ed i dispositivi di blocco sul disgaggio di nanometro parecchi 10020, sul pennatum di Corethron delle diatomee e sul criophilum di Corethron esibiscono i meccanismi dell'arresto a scatto sul lengthscale di micrometro e sotto e sullo spiegamento delle celle di queste specie dopo che la divisione cellulare è un esempio eccellente su come ottenere le strutture 3D dalle 2D strutture da costruzione20. Anche le sorgenti e i micropumps potrebbero essere realizzati sul micro- e sul nanoscale, per esempio nel grevilleana di Rutilaria delle diatomee e nel philipinnarum di Rutilaria, 22,23sebbene questi fossero ancora argomenti della discussione.

Outlook

Le applicazioni Future di NEMS sono dure da predire. Il prototipo NEMS che sarebbe economicamente il più interessante è quei che siano i più duri da essere commercializzato. Le Applicazioni che combinano la biologia e la nanotecnologia sembrano essere di promessa quelle24. Nanoresonators avrebbe conseguenze dirette per le tecnologie di comunicazione wireless.

Le applicazioni Possibili dei nanomotors hanno potuto essere pompe nanofluidic per i biochips o i sensori. Secondo Alex Zettl dall'Università di Berkeley, il CA, U.S.A., NEMS emergente potrebbe egualmente percorso il modo per i Sistemi MicroElectroMechanical novelli (MEMS) che corrente hanno problemi principali con lo stiction; i sistemi integrati da NEMS e da MEMS potrebbero essere di alta importanza (quali i sensori di MEMS con NEMS come componenti di memoria), confrontato ai sistemi naturali nella biologia, dove celle, allineano gli micro-oggetti, hanno vari nanoparts come componenti integranti.

Il lavoro recente dal dipartimento di Scienza e Tecnologia dei Trasduttori dell'Università di Twente, Olanda, è concentrato sulla costruzione dei nanostructures vero tridimensionali. I campi delle applicazioni ancora completamente non sono esplorati ma i primi studi sull'intrappolamento delle cellule negli oggetti nanoconfined 3D e nelle nanoparticelle ad organizzazione autonoma sono in corso. Gli studi Recenti nella scultura 3D sono sulla litografia d'angolo per il sondaggio avanzato (smarticles) ed i suggerimenti infine marcati della sonda25. Questa ricerca ha potuto piombo a MEMS emergente interessante.


Riferimenti

1. Cimalla V., Niebelschütz F., Tonisch K., Foerster Ch., unità di Brueckner K., di Cimalla I., del T., di Friedrich, di Pezoldt J., di Stephan R., di Hein M. e di Ambacher O. Nanoelectromechanical per la percezione le domande, i Materiali Funzionali di Micro e Nanosystems - EMRS, i Sensori e degli Azionatori B: Prodotto Chimico 126(1), 2007, 24-34, doi: 10.1016/j.snb.2006.10.049
2. LaHaye M.D., Buu O., Camarota B. e Schwab K.C. Approaching il limite di quantum di un risuonatore nanomechanical, Scienza 304(5667), 2004, 74-77, doi: 10.1126/science.1094419
3. Peng H.B., Chang C.W., S Aloni., risuonatore elettromeccanico di Yuzvinsky T.D. e di Zettl A. Microwave che consiste dei nanotubes premuti del carbonio in una disposizione dell'abbaco, Phys. Rev. B 76(3), 2007, 035405 (5p)
4. Fennimore DI MATTINA, Yuzvinsky T.D., Han W. - Q., azionatori di Fuhrer M.S., di Cumings J. e di Zettl A. Rotational basati sui nanotubes del carbonio, Natura 424, 2003, 408-410, doi: 10.1038/nature01823
5. A travi a mensola basate NEMS di Li M., di Tang H.X. e di Roukes M.L. Ultra-sensitive per la percezione, sonda scandita e ad altissima frequenza applicazioni, Natura Nanotech. 2, 2006, 114-120, doi: 10.1038/nnano.2006.208
6. Rappresentazione del Mazzo J.S., di Rhodin T.N. e di McEuen P.L. SENZA CONTATTO-AFM delle superfici molecolari facendo uso di tecnologia a parete semplice del nanotube del carbonio, Nanotecnologia 15, 2004, S76-S78
7. Punti d'incorporazione di Si di nanocrystalline dell'unità di memoria non volatile di Tsuchiya Y., di Takai K., di Momo N., di Nagami T., di Mizuta H. e di Oda S. Nanoelectromechanical, J. Appl. Phys. 100(9), 2006, 094306
8. Besteman K., Lee J.O., Wiertz F.G.M., nanotubes Enzima-Rivestiti del carbonio di Heering H.A. e di Dekker C. come biosensori della unico molecola, Lettere Nane 3(6), 2003, 727-730
9. Nanosensors di Cui Y., di Wei Q., della Sosta H. e di Lieber C.M. Nanowire per rivelazione selettiva altamente sensibile e delle specie biologiche e chimiche, Scienza 293, 2001, 1289-1292
10. Postma H.W.Ch., transistor dell'unico elettrone del nanotube di Teepen T., di Yao Z., di Grifoni M. e di Dekker C. Carbon alla temperatura ambiente, Scienza 293(5527), 2001, 76 - 79, doi: 10.1126/science.1061797
11. Cleland A.N. e ad elettrometria meccanica Basata Nanostructure di Roukes M.L., Natura 392, 1998, 160
12. Kinaret J.M., Nord T. e Viefers S. Ad un nanorelay basato a carbonio, Appl. Phys. Lett. 82(8), 2003, 1287-1289
13. Kaul A.B., Wong E.W., Caccia B.D., opzioni Elettromeccaniche di Epp L.and del nanotube del carbonio per le applicazioni ad alta frequenza, Lett Nano. 6(5), 2006, 942-947
14. Chen Y., Wang a sensore nanoelectronic Basato a silicio di effetto di campo pH di X., di Erramilli S., di Mohantya P. e di Kalinowski A. con controllo di portone locale, Appl. Phys. Lett. 89, 2006, 223512
15. Rivelatore di concentrazione nella proteina di Lee W.C., di Cho Y.H. e di Pisano A. Nanomechanical facendo uso di un nanogap che schiaccia azionatore con gli elettrodi compensativi di video di spostamento, J. Microelectromechanical Systems 16(4), 2007, 802-808
16. Mahalik N.P. Micromanufacturing & Nanotecnologia, Springer 2006
17. Ebbesen T.W., Lezec H.J., Hiura H., Bennett J.W., Ghaemi H.F. e conduttività elettrica Tio di diversi nanotubes del carbonio, Natura 382, 1996, Pp. 54 - del T. doi 56: 10.1038/382054a0
18. Bhushan B. Nanotribology e Nanomechanics: Un'Introduzione, Springer che Pubblica, 2008
19. Tomala A., Werner W.S.M., Gebeshuber I.C., Doerr N. e Stoeri H. Tribochemistry delle pellicole monomolecolari del lubrificante degli oligomeri dell'etanolammina, Tribunale. Int. 42(10), 2009, 1513-1518, doi: 10.1016/j.triboint.2009.06.004
20. Gebeshuber I.C., CC di Stachelberger H., di Ganji B.A., di Fu, Yunas J. e Majlis B.Y. Exploring il potenziale innovational del biomimetics per il romanzo 3D MEMS, Adv. Stuoia. Ricerca. 74, 2009, 265-268, doi: 10,4028/www.scientific.net/AMR.74.265
21. Tecnico Di Assistenza Rotondo., Crawford R.M. e MANN la D.G. Le diatomee: biologia e morfologia dei generi, Stampa dell'Università di Cambridge, Cambridge, REGNO UNITO, 1990
22. Crawford R.M. e Sims P.A. Alcuni principi di formazione a catena come provati dalla registrazione in anticipo del fossile della diatomea, Nova Hedwigia Beiheft 133, 2007, 171-186
23. La simulazione di Srajer J., di Majlis B.Y. e di Gebeshuber I.C. Microfluidic di una catena coloniale della diatomea rivela il movimento oscillatorio, Bot di Acta. Croato. 68 (2), 2009, 431-441
24. Madou M.J. Da MEMS a Bio--MEM'e a Bio--NEMS: Tecniche Di Fabbricazione ed Applicazioni, Stampa di CRC, 2010
25. Berenschot E., Tas N.R., Jansen H.V. e Elwenspoek M. 3D-Nanomachining facendo uso di litografia d'angolo. terzi Conferenza Internazionale di IEEE sui Sistemi Costruiti e Molecolari Micro/Nani, NEMS, 2008, No. 4484432, 729-732 di Art.

Copyright AZoNano.com, il Professor Ille C. Gebeshuber (Universiti Kebangsaan Malesia)

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

Last Update: 13. June 2013 23:17

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit