Nanoelectromechanical 系统 (NEMS) - 引进、 Nanoelectromechanical 系统的应用和挑战

Burhanuddin Y. Majlis 教授Ille C. Gebeshuber微型工程学院教授和 Nanoelectronics (IMEN)Universiti Kebangsaan 马来西亚; 应用物理学学院维也纳科技大学能力的奥地利中心摩擦学的,熏肉香肠 Neustadt。
对应的作者: gebeshuber@iap.tuwien.ac.at

NanoElectroMechanical 系统 (NEMS)有重要结构上的要素在或在 100 毫微米之下。 这与 MicroElectroMechancial 系统 (MEMS) 区分他们,其中重要结构上的要素在测微表长度等级。 与 MEMS 因此比较, NEMS 联合收获机更小的质量与更高的表面与数量比例和为关于高频率谐振器和超灵敏的传感器的应用是最有趣。

基本强制显微学: 基本强制显微学是扫描探测显微学的类型。 一个锋利的技巧被挂接在一个灵活的悬臂顶部是光栅浏览在表面,并且多种表面参数例如地势和黏弹性属性可以被记录。 这个技巧的锋利造成显微镜的解决方法; 因此,与他们的被挂接的小直径和高长宽比的碳 nanotubes 对这个技巧为特定应用使用。

碳 nanotubes : 碳 nanotubes 是分子管由碳制成,与在 1nm 和 50nm 之间的一条直径和多种长度。 有唯一被围住的碳 nanotubes、双层壁碳 nanotubes 和 multiwall 碳 nanotubes。 碳 nanotubes 可能为 AFM 技巧的 functionalization 例如使用,在 nanocomposites 和作为电汇在 nanotechnological 应用。

Graphene : Graphene 页是石墨层与统一象蜂窝的结构的。 他们是严格和稳定和非常好的电子载流子。

MEMS : MEMS 代表微电动机械的系统。 目前,这个字 MEMS 表示那导致使用 microfabrication 技术并且是集成在硅体的人造机械要素、传感器、致动器和电子。 越来越多地,这个字 MEMS 为在硅技术或传统精确工程基础上,化工或机械的小型化的设备使用。

Nanoelectronics : Nanoelectronics 进一步扩大小型化往各自的原子和分子最终限额。 在这样一个小规模,数十亿设备能是集成到一个唯一 nanoelectronical 系统。 因为 nanoelectronical 功能元件的当前候选人从传统晶体管,是较大不同 Nanoelectronics 经常被认为制造混乱的技术。

极小制作: 极小制作是指生产材料、物理结构或者设备有至少的他们的一维数在 1-100 毫微米范围内。 多种 nanofabricated 设备显示与他们的大规模副本明显地区分他们的功能属性、现象和工作情况。

NEMS : NEMS 代表 NanoElectroMechanical 系统。 NEMS 进一步扩大小型化往各自的原子和分子最终限额。 NEMS 是有功能部件的人造设备在 1 和 100 毫微米之间的一长度等级。 有些 NEMS 在毫微米缩放比例要素的移动基础上。

NEMS 应用在感觉,显示,可移植的发电,能源收获,药物发运和想象被想象1。 NEMS 的示例包括 nanoresonators2,3 和 nanoaccelerometers4,集成 peizoresistive 检测装置5。 已经有的应用到达了这个市场或是可用的,研究还原包括基本强制显微学的 (即,在一个基本强制显微学悬臂的技巧挂接的单一被围住的碳 nanotubes ultrasharp 技巧),6非易变 NEMS 内存、7NEMS 传感器,8,9碳 nanotube 唯一电子晶体管、10nanoelectrometers、11继电器和切换有 nanotubes 的,12,13酸碱度传感器、14蛋白质含量探测器15等等。

NEMS 可能是被生产的自下向上的 (即化工自集合方法, CVD 方法,热板技术),自顶向下 (即金属薄膜或在蚀刻帮助下生产,扫描探测工具或有 nanolithography 方法的) 的被铭刻的半导体层或通过分子是集成到一个自顶向下结构的联合的方法。 碳16(graphene,碳 nanotubes) 是在当前 NEMS 用于的主要材料。

在 NEMS 的当前挑战有关金属或半导体的碳 nanotubes 以及 stiction 和润滑油17 问题的被剪裁的生产18。 单分子润滑剂影片是研究一个热门话题19

Bioinspiration : 在 MEMS 和 NEMS 技术 - 可比较与生物 - 使用基本材料的有限数字,提供各种各样的功能和结构上的属性。 这个途径的复杂 (在生物以及在工程) 增加与基本材料的越来越少的编号。 Biomimetics,即,从生物的技术转让到设计,是特别有为的在 MEMS 发展由于在两个域的物质约束。 20

硅藻21 是有运动机件在 nanoscale 的相对运动的唯一含有某种或若干小细胞的有机体。 他们是可能启发涌现的 NEMS 技术的高潜在生物系统: 硅藻例如 Eunotia sudetica、 Bacillaria Ellerbeckia 的 paxillifer 和种类有铰链,并且在几的联锁装置 100 毫微米缩放比例20、硅藻 Corethron pennatumCorethron criophilum 陈列在测微表 lengthscale 以下和这些种类细胞展开的单击终止结构,在细胞分裂是关于怎样的一个非常好的示例得到 3D 从被制造的第 2 个结构后的结构20。 弹簧和 micropumps 在微型和 nanoscale 也许认识到,即在硅藻 Rutilaria grevilleana 和 Rutilaria philipinnarum22,23虽然这些仍然是论述事宜。

外型

NEMS 的将来的应用是难预测。 是经济上最有趣的还原 NEMS 是最难商业化的那个。 结合生物和纳米技术的应用似乎是最有为部分24。 Nanoresonators 将有无线通讯技术的直接结果。

nanomotors 的可能的应用也许是生物芯片或传感器的 nanofluidic 泵。 根据从伯克利大学的亚历克斯 Zettl,加州,美国,涌现的 NEMS 也可能路径当前有 stiction 的重大问题的新颖的微电动机械的系统的 (MEMS) 方式; 从 NEMS 和 MEMS 的集成系统也许 (例如有 NEMS 的 MEMS 传感器作为核心要素) 的是高相关性,与在生物的自然系统比较,细胞,配齐微型对象,有多种 nanoparts 作为综合要素。

最近的工作在变换装置 Twente,荷兰大学的科学技术的部门旁边,集中正确地三维 nanostructures 的建筑。 应用领域不充分地测试,但是关于细胞诱捕的第一个研究在 3D nanoconfined 对象和自组织 nanoparticles 进行中。 在 3D 雕刻的最近研究在先进探查 (smarticles) 和根本地锋利的探测技巧的壁角石版印刷25。 此研究也许导致有趣涌现的 MEMS。


参考

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版权 AZoNano.com, Ille C. Gebeshuber (Universiti Kebangsaan 马来西亚) 教授

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

Last Update: 13. June 2013 22:59

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