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Sistemas de Nanoelectromechanical (NEMS) - Introdução, Aplicação e Desafios de Sistemas de Nanoelectromechanical

Professor Burhanuddin Y. Majlis e Professor Ille C. Gebeshuber, Instituto da Microengenharia e Nanoelectronics (IMEN), Universiti Kebangsaan Malásia; Instituto de Física Aplicada, Centro da Competência para o Tribology, Salsicha Neustadt da Universidade Tecnológica de Viena e do Austríaco.
Autor Correspondente: gebeshuber@iap.tuwien.ac.at

Os Sistemas de NanoElectroMechanical (NEMS) têm elementos estruturais críticos a ou abaixo de 100 nanômetro. Isto distingue-os dos Sistemas de MicroElectroMechancial (MEMS), onde os elementos estruturais críticos estão na escala do comprimento do micrômetro. Comparado a MEMS, a massa menor da liga de NEMS com a área de superfície mais alta à relação do volume e é conseqüentemente a mais interessante para aplicações em relação aos ressonadores de alta freqüência e aos sensores ultrasensitive.

Microscopia Atômica da força: A microscopia Atômica da força é um tipo de microscopia da ponta de prova da exploração. Uma ponta afiada montada sobre um modilhão flexível é quadriculação feita a varredura sobre uma superfície, e os vários parâmetros de superfície tais como a topografia e as propriedades viscoelastic podem ser gravados. A agudeza da ponta contribui à definição do microscópio; conseqüentemente, os nanotubes do carbono com seu prolongamento de pequeno diâmetro e alto montado à ponta são usados para aplicações específicas.

Nanotubes do Carbono: Os nanotubes do Carbono estão câmaras de ar moleculars feitas do carbono, com um diâmetro entre 1nm e 50nm, e a uns vários comprimentos. Há uns únicos nanotubes murados do carbono, uns nanotubes dobro do carbono da parede e de um carbono do multiwall nanotubes. Os nanotubes do Carbono podem por exemplo ser usados para o functionalization de pontas do AFM, nos nanocomposites, e como fios em aplicações nanotechnological.

Graphene: As folhas de Graphene são únicas camadas de grafite com o uniforme favo de mel-como a estrutura. São portador de carga elétricos fortes e estáveis, e excelentes.

MEMS: MEMS representa Sistemas MicroElectroMechanical. Actualmente, a palavra MEMS denota os elementos, os sensores, os actuadores e a eletrônica mecânicos sintéticos que aquela foi produzida usando a tecnologia do microfabrication e é integrada em uma carcaça de silicone. Cada Vez Mais, a palavra MEMS é usada para os dispositivos miniaturizados que são baseados na tecnologia do Silicone ou na engenharia de precisão tradicional, químico ou mecânico.

Nanoelectronics: Nanoelectronics estende a miniaturização mais para o limite final de átomos e de moléculas individuais. Em tal pequena escala, biliões de dispositivos podiam ser integrados em um único sistema nanoelectronical. Nanoelectronics é considerado frequentemente uma tecnologia disruptiva porque os candidatos actuais para elementos funcionais nanoelectronical são significativamente diferentes dos transistor tradicionais.

Nanofabricação: A Nanofabricação refere a fabricação dos materiais, de estruturas físicas ou de dispositivos com pelo menos uma de suas dimensões na escala de 1-100 nanômetro. Os Vários dispositivos nanofabricated exibem as propriedades, os fenômenos e o comportamento funcionais que os distinguem claramente de suas contrapartes do macroscale.

NEMS: NEMS representa Sistemas de NanoElectroMechanical. NEMS estendem a miniaturização mais para o limite final de átomos e de moléculas individuais. NEMS são dispositivos sintéticos com unidades funcionais em uma escala do comprimento entre 1 e 100 nanômetro. Alguns NEMS são baseados no movimento de componentes da nanômetro-escala.

As aplicações de NEMS são previstas na detecção, nos indicadores, na produção de electricidade portátil, na colheita da energia, na entrega da droga e na imagem lactente1. Os Exemplos para NEMS compreendem nanoresonators2,3 e nanoaccelerometers4, dispositivos de detecção peizoresistive integrados5. As Aplicações que têm já alcançaram o mercado ou estão disponíveis como os protótipos da pesquisa compreendem pontas do ultrasharp para a microscopia atômica da força (por exemplo, nanotubes único-murados do carbono montados na ponta de um modilhão atômico da microscopia da força), 6uma memória permanente de NEMS, 7sensores de NEMS, 8,9de nanotube do Carbono transistor do elétron únicos, 10nanoelectrometers, 11relés e interruptores com nanotubes, 12,13sensores do pH, 14detectores da concentração da proteína, 15Etc.

NEMS pode ser de baixo para cima produzido (por exemplo métodos químicos do conjunto do auto, métodos do CVD, técnica da placa quente), (por exemplo filmes finos metálicos ou as camadas gravadas do semicondutor que são produzidos com a ajuda gravura a água-forte, com ferramentas invertidos da ponta de prova da exploração ou com métodos do nanolithography) ou através dos métodos combinados onde as moléculas são integradas em uma estrutura invertido. O Carbono16(graphene, nanotubes do carbono) é um material principal usado em NEMS actual.

Os desafios Actuais em NEMS referem-se à produção costurada de nanotubes do Carbono assim como de edições metálicos17 ou semiconducting do stiction e da lubrificação18. Os filmes Monomoleculares do lubrificante são um assunto actual da pesquisa19.

Bioinspiration: Na tecnologia de MEMS e de NEMS - comparável à biologia - um número limitado de matérias-primas é usado, fornecendo uma vasta gama de propriedades funcionais e estruturais. A complexidade da aproximação (na biologia assim como na engenharia) aumenta com número de diminuição de matérias-primas. Biomimetics, isto é, transferência tecnológica da biologia ao planejamento, está prometendo especialmente na revelação de MEMS devido às limitações materiais em ambos os campos. 20

As Diatomáceas21 são os únicos organismos celulados que têm as peças moventes no movimento relativo no nanoscale. São os sistemas biológicos do alto-potencial que podem inspirar tecnologias emergentes de NEMS: As Diatomáceas tais como o sudetica de Eunotia, o paxillifer de Bacillaria e as espécies de Ellerbeckia têm as dobradiças e os dispositivos de bloqueio nos diversos escala de 100 nanômetros20, o pennatum de Corethron das diatomáceas e criophilum de Corethron exibem mecanismos da clique-parada no lengthscale do micrômetro e abaixo e na revelação das pilhas destas espécies depois que a divisão de pilha é um exemplo excelente em como obter as estruturas 3D das 2D estruturas fabricadas20. Mesmo as molas e os micropumps puderam ser realizados no micro e no nanoscale, por exemplo no grevilleana de Rutilaria das diatomáceas e no philipinnarum de Rutilaria, 22,23embora estes fossem ainda assuntos da discussão.

Probabilidade

As aplicações Futuras de NEMS são duras de prever. O protótipo NEMS que seria economicamente o mais interessante é esses que são os mais duros ser comercializado. As Aplicações que combinam a biologia e a nanotecnologia parecem ser as mais prometedoras24. Nanoresonators teria conseqüências directas para as tecnologias de comunicação sem fio.

As aplicações Possíveis dos nanomotors puderam ser bombas nanofluidic para biochips ou sensores. De acordo com Alex Zettl da Universidade de Berkeley, o CA, EUA, NEMS emergente pôde igualmente trajecto a maneira para os Sistemas MicroElectroMechanical novos (MEMS) que têm actualmente problemas graves com stiction; os sistemas integrados de NEMS e de MEMS puderam ser da importância alta (tal como sensores de MEMS com o NEMS como componentes do núcleo), comparado aos sistemas naturais na biologia, onde pilhas, rectificam micro-objetos, têm vários nanoparts como componentes integrative.

O trabalho Recente pelo departamento da Ciência dos Transdutores e da Tecnologia da Universidade de Twente, Holanda, é concentrado na construção de nanostructures verdadeiramente tridimensionais. Os campos de aplicações não são explorados ainda inteiramente mas os primeiros estudos na caça com armadilhas da pilha em objetos nanoconfined 3D e em nanoparticles selforganizing são correntes. Os estudos Recentes em sculpturing 3D estão na litografia de canto para sondagem avançada (smarticles) e pontas finalmente afiadas da ponta de prova25. Esta pesquisa pôde conduzir a MEMS emergente interessante.


Referências

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

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

Last Update: 13. June 2013 23:36

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