Системы Nanoelectromechanical (NEMS) - Введение, Применение и Возможности Систем Nanoelectromechanical

Профессор Burhanuddin Y. Majlis и Профессор Ille C. Gebeshuber, Институт Microengineering и Nanoelectronics (IMEN), Universiti Kebangsaan Малайзия; Институт Прикладной Физики, Технологического Университета Вены и Центра Правомочности для Трибологии, Wiener Neustadt Aвстрийца.
Соответствуя автор: gebeshuber@iap.tuwien.ac.at

Системы NanoElectroMechanical (NEMS) имеют критические структурные элементы при или под 100 nm. Это различает их от Систем MicroElectroMechancial (MEMS), где критические структурные элементы на маштабе длины микрометра. Сравнено к MEMS, масса зернокомбайна NEMS более малая с более высокой поверхностной областью к коэффициенту тома и поэтому самые интересные для применений относительно высокочастотных резонаторов и ultrasensitive датчиков.

Атомная микроскопия усилия: Атомная микроскопия усилия тип микроскопии зонда скеннирования. Острая подсказка установленная na górze гибкого cantilever растр просмотренный над поверхностью, и различные поверхностные параметры как топография и вязко-эластические свойства можно записать. Сметливость подсказки способствует к разрешению микроскопа; поэтому, nanotubes углерода при их малый установленные диаметр и высокий коэффициент сжатия к подсказке использованы для специфических применений.

Nanotubes Углерода: Nanotubes Углерода молекулярные пробки сделанные из углерода, с диаметром между 1nm и 50nm, и различные длины. Одиночные огороженные nanotubes углерода, двойные nanotubes углерода стены и углерод multiwall nanotubes. Nanotubes Углерода можно например использовать для functionalization подсказок AFM, в nanocomposites, и как проводы в nanotechnological применениях.

Graphene: Листы Graphene одиночные слои графита с формой сот-как структура. Они сильные и стабилизированные, и превосходные электрические переносы ионов.

MEMS: MEMS стоит для MicroElectroMechanical Систем. В Настоящее Время, слово MEMS обозначает искусственные механически элементы, датчики, приводы и электронику которые тому произвело используя технологию microfabrication и интегрировано на субстрате кремния. Все Больше И Больше, слово MEMS использовано для миниатюризированных приборов которые основаны на технологии Кремния или традиционном инженерстве точности, химическо или механически.

Nanoelectronics: Nanoelectronics расширяет миниатюризацию более далее к типичному пределу индивидуальных атомов и молекул. На таком малом масштабе, миллиардыы приборов смогли быть интегрированы в одиночную nanoelectronical систему. Nanoelectronics часто учтено разрушительный технологией потому что присутствующие выбранные для nanoelectronical функциональных элементов отличал значительно традиционные транзисторы.

Nanofabrication: Nanofabrication ссылается к изготовлению материалов, физических структур или приборов с хотя бы одним из их размеров в границах 1-100 nm. Различные nanofabricated приборы показывают функциональные свойства, явления и поведение которые ясно различают их от их двойников макромасштаба.

NEMS: NEMS стоит для Систем NanoElectroMechanical. NEMS расширяют миниатюризацию более далее к типичному пределу индивидуальных атомов и молекул. NEMS искусственные приборы с функциональными блоками на маштабе длины между 1 и 100 nm. Некоторые NEMS основаны на движении компонентов нанометр-маштаба.

Применения NEMS envisaged в воспринимать, дисплеях, портативном производстве электроэнергии, жать энергии, поставке снадобья и воображении1. Примеры для NEMS состоят из nanoresonators2,3 и nanoaccelerometers4, интегрированных peizoresistive приборов обнаружения5. Применения которые имеют или уже достигли рынок или доступны по мере того как прототипы исследования состоят из подсказок ultrasharp для атомной микроскопии усилия (например, одиночн-огороженных nanotubes углерода установленных на подсказке атомного cantilever микроскопии усилия), 6слаболетучей памяти NEMS, 7датчиков NEMS, 8,9nanotube Углерода транзисторы электрона одиночные, 10nanoelectrometers, 11реле и переключатели с nanotubes, 12,13датчики пэ-аш, 14детекторы концентрации протеина, 15Etc.

NEMS может или быть произведенное вверх ногами (например химические методы агрегата собственной личности, методы CVD, метод нагревательной плиты), идущий сверху вниз (например металлические тонкие фильмы или вытравленные слои полупроводника которыми произведите с помощью вытравливанию, с инструменты зонда скеннирования или с методами nanolithography) или через совмещенные методы где молекулы интегрированы в идущий сверху вниз рамки. Углерод16(graphene, nanotubes углерода) главный материал используемый в настоящем NEMS.

Настоящие возможности в NEMS относятся портняжничанная продукция металлических или semiconducting nanotubes Углерода17 так же, как вопросов stiction и смазки18. Одномолекулярные фильмы смазки актуальная проблема исследования19.

Bioinspiration: В технологии MEMS и NEMS - соответствующей к биологии - использовано ограниченное количество основных веществ, обеспечивая широкий диапазон функциональных и структурных свойств. Сложность подхода (в биологии так же, как в инженерстве) увеличивает с уменьшая числом основных веществ. Biomimetics, т.е., передача технологии от биологии к проектировать, специально перспективнейше в развитии MEMS из-за материальных ограничений в обоих полях. 20

Диатомеи21 одиночные celled организмы которые имеют двигающие части в относительном движении на nanoscale. Они системы высок-потенциала биологические которые могут воодушевить вытекая технологии NEMS: Диатомеи как sudetica Eunotia, paxillifer Bacillaria и виды Ellerbeckia имеют шарниры и блокируя приборы на нескольких маштаб 100 нанометров20, pennatum Corethron диатомей и criophilum Corethron показывают механизмы щелчок-стопа на lengthscale микрометра и ниже и развёртке клеток этих видов после того как разделение клетки превосходный пример на как получить структуры 3D от изготовленных 2D структур20. Даже весны и micropumps могли быть осуществляны на микро- и nanoscale, например в grevilleana Rutilaria диатомей и philipinnarum Rutilaria, 22,23хотя эти все еще темы обсуждения.

Внешний Вид

Будущие применения NEMS трудны для того чтобы предсказать. Прототип NEMS который был бы экономично самый интересный одни которые самые трудные быть commercialized. Кажется, что будут Применения которые совмещают биологию и нанотехнологию самыми перспективнейшими одними24. Nanoresonators имело бы прямые следствия для беспроволочных техник связи.

Возможные применения nanomotors могли быть nanofluidic насосами для биочипов или датчиков. Согласно Алексу Zettl от Университета Беркли, CA, США, вытекая NEMS мог также путь путь для романных MicroElectroMechanical Систем (MEMS) которые в настоящее время имеют главные проблемы с stiction; интегрированные системы от NEMS и MEMS могли быть высокой релевантности (как датчики MEMS с NEMS как компоненты сердечника), сравнено к естественным системам в биологии, где клетки, true микро--предметы, имеют различные nanoparts как интегративные компоненты.

Недавняя работа отделом Науки и Техники Датчиков Университета Twente, Голландии, сконцентрирована на конструкции поистине трехмерных nanostructures. Сфераа применения пока полно не исследованы но первые изучения на запутывании клетки в предметах nanoconfined 3D и selforganizing nanoparticles в процессе. Недавние изучения в ваять 3D на угловойом литографировании для предварительный зондировать (smarticles) и в конечном счете острые подсказок зонда25. Это исследование могло вести к интересному вытекая MEMS.


Справки

1. Приборы Cimalla V., F. Niebelschütz, K. Tonisch, Foerster Ch., K. Brueckner, Cimalla I., T., Friedrich, J. Pezoldt, R. Stephan, Hein M. и Ambacher O. Nanoelectromechanical для воспринимать применения, Функциональные Материалы для Micro и Nanosystems - EMRS, Датчики и Приводы B: Химикат 126(1), 2007, 24-34, doi: 10.1016/j.snb.2006.10.049
2. LaHaye M.D., O. Buu, B. Camarota и Schwab K.C. Approaching предел суммы nanomechanical резонатора, Наука 304(5667), 2004, 74-77, doi: 10.1126/science.1094419
3. Peng H.B., Chang C.W., S Aloni., резонатор Yuzvinsky T.D. и Zettl A. Микроволны электро-механический состоя из зажатых nanotubes углерода в расположении абакуса, Phys. Rev. B 76(3), 2007, 035405 (5p)
4. Fennimore A.M., Yuzvinsky T.D., Хан W. - Q., приводы Fuhrer M.S., J. Cumings и Zettl A. Вращательн основанные на nanotubes углерода, Природе 424, 2003, 408-410, doi: 10.1038/nature01823
5. Cantilevers Li M., Тяни H.X. и Roukes M.L. Ультра-Чувствительные NEMS-основанные для воспринимать, просмотренного зонд и применения очень высокой частоты, Природа Nanotech. 2, 2006, 114-120, doi: 10.1038/nnano.2006.208
6. Воображение Пука J.S., Rhodin T.N. и McEuen P.L. Внеконтактн-AFM молекулярных поверхностей используя одностеночную технологию nanotube углерода, Нанотехнологию 15, 2004, S76-S78
7. Многоточия Si nanocrystalline прибора слаболетучей памяти Tsuchiya Y., K. Takai, N. Momo, Nagami T., H. Mizuta и Oda S. Nanoelectromechanical включая, J. Appl. Phys. 100(9), 2006, 094306
8. K. Besteman, Ли J.O., Wiertz F.G.M., углерода Heering H.A. и Dekker Энзим-Покрынные C. nanotubes как биосенсоры одиночн-молекулы, Nano Письма 3(6), 2003, 727-730
9. Nanosensors Cui Y., Q. Вэй, H. Парка и Lieber C.M. Nanowire для сильно чувствительного и селективного обнаружения биологического и химического вида, Науки 293, 2001, 1289-1292
10. Postma H.W.Ch., nanotube Teepen T., Yao Z., Grifoni M. и Dekker C. Углерода транзисторы одиночн-электрона на комнатной температуре, Науке 293(5527), 2001, 76 до 79, doi: 10.1126/science.1061797
11. Cleland A.N. и Roukes M.L. Nanostructure-Основали механически electrometry, Природу 392, 1998, 160
12. Kinaret J.M., Nord T. и Viefers S. Углерод-nanotube-основанное nanorelay, Appl. Phys. Lett. 82(8), 2003, 1287-1289
13. Kaul A.B., Wong E.W., Охота B.D. Epp L.and, Электро-механическое nanotube углерода переключает для высокочастотных применений, Nano Lett. 6(5), 2006, 942-947
14. Chen Y., Wang X., Erramilli S., P. Mohantya и A. Kalinowski Кремни-Основали nanoelectronic датчик пэ-аш пол-влияния с местный селекторным управлением, Appl. Phys. Lett. 89, 2006, 223512
15. Детектор концентрации протеина Ли W.C., Cho Y.H. и Pisano A. Nanomechanical используя nanogap сжумая привод с компенсированными электродами контроля смещения, J. Microelectromechanical Систему 16(4), 2007, 802-808
16. Mahalik N.P. Micromanufacturing & Нанотехнология, Спрингер 2006
17. Ebbesen T.W., Lezec H.J., H. Hiura, Bennett J.W., Ghaemi H.F. и Thio Электрическая проводимость индивидуальных nanotubes углерода, Природа 382 T., 1996, Pp. 54 до. doi 56: 10.1038/382054a0
18. Bhushan B. Nanotribology и Nanomechanics: Введение, Спрингер Опубликовывая, 2008
19. A. Tomala, Werner W.S.M., Gebeshuber I.C., N. Doerr и Stoeri H. Tribochemistry одномолекулярных фильмов смазки олигомеров этаноламина, Trib. Int. 42(10), 2009, 1513-1518, doi: 10.1016/j.triboint.2009.06.004
20. Gebeshuber I.C., D.C.H. Stachelberger, Ganji B.A., Fu, J. Yunas и Majlis B.Y. Exploring innovational потенциал biomimetics для романа 3D MEMS, Adv. Циновка. Res. 74, 2009, 265-268, doi: 10,4028/www.scientific.net/AMR.74.265
21. Круглые F.E., D.G Кроуфорда R.M. и Mann. Диатомеи: биология и словотолкование родов, Давление Кембриджского Университета, Кембридж, ВЕЛИКОБРИТАНИЯ, 1990
22. Кроуфорд R.M. и Sims P.A. Некоторые принципы цепного образования как проявлено предыдущим показателем ископаемого диатомеи, Новой Hedwigia Beiheft 133, 2007, 171-186
23. Имитация J., Majlis B.Y. и Gebeshuber I.C. Microfluidic Srajer колониальной цепи диатомеи показывает осцилляционное движение, Средство Acta. Хорват. 68 (2), 2009, 431-441
24. Madou M.J. От MEMS к Био-MEMS и Био-NEMS: Технологии Производства и Применения, Давление CRC, 2010
25. Berenschot E., Tas N.R., Jansen H.V. и Elwenspoek M. 3D-Nanomachining используя угловойое литографирование. 3-ие Международная Конференция IEEE на Системах Nano/Micro Проектированных и Молекулярных, NEMS, 2008, Номер 4484432 ART, 729-732

Авторское Право AZoNano.com, Профессор Ille C. Gebeshuber (Universiti Kebangsaan Малайзия)

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

Last Update: 13. June 2013 23:39

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