Nanoelectromechanical システム (NEMS) - 導入、アプリケーションおよび Nanoelectromechanical システムの挑戦

Burhanuddin Y. Majlis 教授および Ille C. GebeshuberMicroengineering の協会教授および Nanoelectronics (IMEN)Universiti Kebangsaan マレーシア; 応用物理の協会ウィーンの工科大学およびトライボロジーのための能力のオーストリアの中心、ウインナー Neustadt。
対応する著者: gebeshuber@iap.tuwien.ac.at

NanoElectroMechanical システムに (NEMS) 100 nm かそれ以下で重大な構造要素があります。 これは MicroElectroMechancial システム (MEMS) と重大な構造要素がマイクロメートルの長さのスケールにあるところで、それらを区別します。 従って、 NEMS のコンバインのより小さい大容量はボリューム比率とより高い表面積と MEMS と比較されて高周波共鳴器および超高感度センサーに関するアプリケーションのために最も興味深く。

原子力の顕微鏡検査: 原子力の顕微鏡検査はタイプのスキャンのプローブの顕微鏡検査です。 適用範囲が広い片持梁の上に取付けられる鋭い先端は表面にスキャンされるラスターであり地形のようなさまざまな表面パラメータおよび粘弾性がある特性は記録することができます。 先端の鋭さは顕微鏡の解像度に貢献します; 従って、取付けられる先端への小さい直径そして高いアスペクトレシオのカーボン nanotubes は特定のアプリケーションのために使用されます。

カーボン nanotubes: カーボン nanotubes は 1nm と 50nm 間の直径が付いているカーボンから、成っている分子管とさまざまな長さです。 単一の囲まれたカーボン nanotubes、二重壁カーボン nanotubes および multiwall カーボンが nanotubes あります。 カーボン nanotubes は AFM の先端の、 nanocomposites で、そして nanotechnological アプリケーションでワイヤーとして functionalization に例えば使用することができます。

Graphene: Graphene シートは均一蜜蜂の巣そっくりの構造が付いているグラファイトの単一の層です。 それらは強く、安定した、優秀な電気電荷キャリアです。

MEMS: MEMS は MicroElectroMechanical システムを意味します。 現在、ワード MEMS は microfabrication の技術を使用してそれによってが作り出され、シリコン基板で統合されている人造の機械要素、センサー、アクチュエーターをおよび電子工学を表示します。 次第に、ワード MEMS はケイ素の技術か従来の精密工学に、化学か機械基づいている小型化された装置のために使用されます。

Nanoelectronics: Nanoelectronics は個々の原子および分子の最終的な限界の方に小型化を更に拡張します。 非常に小規模で、装置の十億は単一の nanoelectronical システムに統合されることができます。 Nanoelectronics は頻繁に nanoelectronical 機能要素のための現在の候補者が従来のトランジスターと著しく異なるので分裂的な技術として考慮されます。

Nanofabrication: Nanofabrication は 1-100 nm の範囲で次元の少なくとも 1 つの材料、物理構造または装置の製造を示します。 さまざまな nanofabricated 装置は macroscale の同等とはっきりそれらを区別する機能特性、現象をおよび動作を表わします。

NEMS: NEMS は NanoElectroMechanical システムを意味します。 NEMS は個々の原子および分子の最終的な限界の方に小型化を更に拡張します。 NEMS は 1 と 100 nm 間の長さのスケールの機能ユニットが付いている人造装置です。 ある NEMS はナノメータースケールのコンポーネントの動きに基づいています。

NEMS アプリケーションは感知、表示、携帯用発電、エネルギー収穫、薬剤配達およびイメージ投射で予想されます1。 NEMS のための例は nanoresonators および2,3 nanoaccelerometers の4統合された peizoresistive 探知装置から成り立ちます5。 既に持っているアプリケーションは研究プロトタイプが原子力の顕微鏡検査 (原子力の顕微鏡検査の片持梁の先端に取付けられる例えば、単一囲まれたカーボン nanotubes) のための ultrasharp の先端、不揮発性 NEMS のメモリ、 NEMS センサー、6カーボン nanotube の nanotubes が付いている単一の7電子トランジスター、8,9nanoelectrometers、リレーおよびスイッチ、10pH センサー11、蛋白質の集中の探知器、等12,13から成り立つように14市場に達するか、または使用できます15

NEMS は (例えば化学自己アセンブリ方法、 CVD 方法、熱い版の技術)、 nanolithography 方法のトップダウンの (例えば金属薄膜またはエッチングの助けによって、スキャンのプローブのツールまたは作り出されるエッチングされた半導体の層) 作り出された上昇形である場合もありますまたは分子がトップダウンフレームワークに統合されている結合された方法によって。 カーボン16(graphene、カーボン nanotubes) は現在の NEMS で使用される主要な材料です。

NEMS の現在の挑戦は金属か半導体カーボン nanotubes、また stiction および給油問題17 の合わせた生産にかかわります18。 単分子層の潤滑油のフィルムは研究のホットトピックです19

Bioinspiration: MEMS および NEMS の技術では - 生物学と対等な - 機能および構造特性の広い範囲を提供する基材の限られた数は使用されます。 アプローチの複雑さは基材の減少した番号と (の生物学で、また工学) 増加します。 Biomimetics の生物学からの設計へのすなわち、技術移転は、両方のフィールドの物質的な抑制のために MEMS の開発で特に有望です。 20

珪藻植物は21 nanoscale の相対運動で可動部分がある単一の celled 有機体です。 彼らは出現 NEMS の技術を促すことができる高潜在性の生物系です: EllerbeckiaEunotia の sudetica、 Bacillaria の paxillifer および種のような珪藻植物にヒンジがあり、製造された第 2 構造からの 3D 構造を得る20細胞分裂が方法の優秀な例だった後複数の連結装置は 100 ナノメーターのスケール、珪藻植物の Corethron の pennatum および Corethron の criophilum これらの種のセルのマイクロメートルの lengthscale 以下におよび展開のクリック停止メカニズムを表わします20。 これらが今でも議論のトピックであるがばねおよび micropumps は Rutilaria の珪藻植物の Rutilaria の grevilleana および philipinnarum のマイクロそして22,23nanoscale で、例えば実現されるかもしれません。

展望

NEMS の未来のアプリケーションは予測しにくいです。 経済的に最も興味深いプロトタイプ NEMS は商業化されて困難の物です。 生物学およびナノテクノロジーを結合するアプリケーションは最も有望な物のようです24。 Nanoresonators に無線コミュニケーション技術のための直接結果があります。

nanomotors の可能なアプリケーションは biochips またはセンサーのための nanofluidic ポンプであるかもしれません。 バークレー大学からのアレックス Zettl に従って、 CA、米国、出現 NEMS は経路現在 stiction の大きな問題がある新しい MicroElectroMechanical システム (MEMS) のための方法またかもしれました; NEMS および MEMS からの総合システムは (コアコンポーネントとして NEMS の MEMS センサーのような) 高い検索能力統合的なコンポーネントとして、セル生物学の自然システムと比較されて、調整しますマイクロ目的を、持っていますさまざまな nanoparts をであるかもしれません。

Twente、オランダの大学のトランスデューサーの科学技術の部門による最近の作業は偽りなく三次元 nanostructures の構築に、集中されます。 アプリケーションのフィールドはまだ十分に探索されませんが、 3D nanoconfined 目的および自己編成 nanoparticles のセル装飾の最初調査は進行中です。 3D 彫ることの最近の調査は高度の精査 (smarticles) および最終的に鋭いプローブの先端のための角の石版印刷にあります25。 この研究は興味深い出現 MEMS に導くかもしれません。


参照

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、版権 AZoNano.com Ille C. Gebeshuber (Universiti Kebangsaan マレーシア) 教授

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

Last Update: 13. June 2013 23:20

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