Nanoelectromechanical 系統 (NEMS) - 引進、 Nanoelectromechanical 系統的應用和挑戰

Burhanuddin Y. Majlis 教授Ille C. Gebeshuber微型工程學院教授和 Nanoelectronics (IMEN)Universiti Kebangsaan 馬來西亞; 應用物理學學院維也納科技大學能力的奧地利中心摩擦學的,燻肉香腸 Neustadt。
對應的作者: gebeshuber@iap.tuwien.ac.at

NanoElectroMechanical 系統 (NEMS)有重要結構上的要素在或在 100 毫微米之下。 這與 MicroElectroMechancial 系統 (MEMS) 區分他們,其中重要結構上的要素在測微表長度等級。 與 MEMS 因此比較, NEMS 聯合收穫機更小的質量與更高的表面與數量比例和為關於高頻率諧振器和超靈敏的傳感器的應用是最有趣。

基本強制顯微學: 基本強制顯微學是掃描探測顯微學的類型。 一個鋒利的技巧被掛接在一個靈活的懸臂頂部是光柵瀏覽在表面,并且多種表面參數例如地勢和黏彈性屬性可以被記錄。 這個技巧的鋒利造成顯微鏡的解決方法; 因此,與他們的被掛接的小直徑和高長寬比的碳 nanotubes 對這個技巧為特定應用使用。

碳 nanotubes : 碳 nanotubes 是分子管由碳製成,與在 1nm 和 50nm 之間的一條直徑和多種長度。 有唯一被圍住的碳 nanotubes、雙層壁碳 nanotubes 和 multiwall 碳 nanotubes。 碳 nanotubes 可能為 AFM 技巧的 functionalization 例如使用,在 nanocomposites 和作為電匯在 nanotechnological 應用。

Graphene : Graphene 頁是石墨層與統一像蜂窩的結構的。 他們是嚴格和穩定和非常好的電子載流子。

MEMS : MEMS 代表微電動機械的系統。 目前,這個字 MEMS 表示那導致使用 microfabrication 技術并且是集成在硅體的人造機械要素、傳感器、致動器和電子。 越來越多地,這個字 MEMS 為在硅技術或傳統精確工程基礎上,化工或機械的小型化的設備使用。

Nanoelectronics : Nanoelectronics 進一步擴大小型化往各自的原子和分子最終限額。 在這樣一個小規模,數十億設備能是集成到一個唯一 nanoelectronical 系統。 因為 nanoelectronical 功能元件的當前候選人從傳統晶體管,是較大不同 Nanoelectronics 經常被認為製造混亂的技術。

極小製作: 極小製作是指生產材料、物理結構或者設備有至少的他們的一維數在 1-100 毫微米範圍內。 多種 nanofabricated 設備顯示與他們的大規模副本明顯地區分他們的功能屬性、現象和工作情況。

NEMS : NEMS 代表 NanoElectroMechanical 系統。 NEMS 進一步擴大小型化往各自的原子和分子最終限額。 NEMS 是有功能部件的人造設備在 1 和 100 毫微米之間的一長度等級。 有些 NEMS 在毫微米縮放比例要素的移動基礎上。

NEMS 應用在感覺,顯示,可移植的發電,能源收穫,藥物發運和想像被想像1。 NEMS 的示例包括 nanoresonators2,3 和 nanoaccelerometers4,集成 peizoresistive 檢測裝置5。 已經有的應用到達了這個市場或是可用的,研究還原包括基本強制顯微學的 (即,在一個基本強制顯微學懸臂的技巧掛接的單一被圍住的碳 nanotubes ultrasharp 技巧),6非易變 NEMS 內存、7NEMS 傳感器,8,9碳 nanotube 唯一電子晶體管、10nanoelectrometers、11繼電器和切換有 nanotubes 的,12,13酸碱度傳感器、14蛋白質含量探測器15等等。

NEMS 可能是被生產的自下向上的 (即化工自集合方法, CVD 方法,熱板技術),自頂向下 (即金屬薄膜或在蝕刻幫助下生產,掃描探測工具或有 nanolithography 方法的) 的被銘刻的半導體層或通過分子是集成到一個自頂向下結構的聯合的方法。 碳16(graphene,碳 nanotubes) 是在當前 NEMS 用於的主要材料。

在 NEMS 的當前挑戰有關金屬或半導體的碳 nanotubes 以及 stiction 和潤滑油17 問題的被剪裁的生產18。 單分子潤滑劑影片是研究一個熱門話題19

Bioinspiration : 在 MEMS 和 NEMS 技術 - 可比較與生物 - 使用基本材料的有限數字,提供各種各樣的功能和結構上的屬性。 這個途徑的複雜 (在生物以及在工程) 增加與基本材料的越來越少的編號。 Biomimetics,即,從生物的技術轉讓到設計,是特別有為的在 MEMS 發展由於在兩個域的物質約束。 20

硅藻21 是有運動機件在 nanoscale 的相對運動的唯一含有某種或若乾小細胞的有機體。 他們是可能啟發湧現的 NEMS 技術的高潛在生物系統: 硅藻例如 Eunotia sudetica、 Bacillaria Ellerbeckia 的 paxillifer 和種類有鉸鏈,并且在幾的聯鎖裝置 100 毫微米縮放比例20、硅藻 Corethron pennatumCorethron criophilum 陳列在測微表 lengthscale 以下和這些種類細胞展開的單擊終止結構,在細胞分裂是關於怎樣的一個非常好的示例得到 3D 從被製造的第 2 個結構後的結構20。 彈簧和 micropumps 在微型和 nanoscale 也許認識到,即在硅藻 Rutilaria grevilleana 和 Rutilaria philipinnarum22,23雖然這些仍然是論述事宜。

外型

NEMS 的將來的應用是難預測。 是經濟上最有趣的還原 NEMS 是最難商業化的那个。 結合生物和納米技術的應用似乎是最有為部分24。 Nanoresonators 將有無線通訊技術的直接結果。

nanomotors 的可能的應用也許是生物芯片或傳感器的 nanofluidic 泵。 根據從伯克利大學的亞歷克斯 Zettl,加州,美國,湧現的 NEMS 也可能路徑當前有 stiction 的重大問題的新穎的微電動機械的系統的 (MEMS) 方式; 從 NEMS 和 MEMS 的集成系統也許 (例如有 NEMS 的 MEMS 傳感器作為核心要素) 的是高相關性,與在生物的自然系統比較,細胞,配齊微型對象,有多種 nanoparts 作為綜合要素。

最近的工作在變換裝置 Twente,荷蘭大學的科學技術的部門旁邊,集中正確地三維 nanostructures 的建築。 應用領域不充分地測試,但是關於細胞誘捕的第一個研究在 3D nanoconfined 對象和自組織 nanoparticles 進行中。 在 3D 雕刻的最近研究在先進探查 (smarticles) 和根本地鋒利的探測技巧的壁角石版印刷25。 此研究也許導致有趣湧現的 MEMS。


參考

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版權 AZoNano.com, Ille C. Gebeshuber (Universiti Kebangsaan 馬來西亞) 教授

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

Last Update: 13. June 2013 23:02

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