Nanojoining - eine Integrationstechnik für Nanodevices und Nanosystems

durch Professor Norman Zhou

Professor Normanne Zhou, Direktor und Professor Anming HU, Wissenschaftlicher Mitarbeiter Professor, Mitte für den Verbindenen Fortgeschrittenen Werkstoff, Abteilung der Mechanischer und Mechatronics-Technik, Universität von Waterloo
Entsprechender Autor: nzhou@uwaterloo.ca

, Ob am Nano--, mikro- oder Makroskala, ist ein wesentliches Bestandteil Herstellung und Montage von künstlichen Produkten gewesen und mechanische Kupplung und Halterung, elektrischem Anschluss oder Isolierung, Umweltschutz, Usw. zur Verfügung gestellt sich Anzuschließen. Dieses noch ist mit der auftauchenden Technologie von Nanojoining d.h. produzierende permanente Verbindungsstücke oder Anschlüsse zwischen nanosized Bausteinen, die unter Verwendung der top-down Techniken wie nanolithography gewöhnlich hergestellt sind, oder Von-unten-nach-oben-Methode wie Selbstbau wahr, bildet Funktions-nanodevices und nanosystems1.

Nanojoining darf auch diese nanodevices und nanosystems zu den Umgebungen integrieren, d.h. mikro- und Makroskalaeinheiten und -anlagen. Nanojoining gekennzeichnet auch als nanobonding, nanowelding, nanobrazing, nanosoldering, Usw.

Permanente Verbindungsstücke oder Anschlüsse zwischen den zusammengebaut zu werden Bausteinen oder Teilen werden hauptsächlich durch die Entstehung von Haupt (und gelegentlich zweitens) chemischen Bindungen zwischen Auflageflächen produziert1. Wenn die Teile nicht in den Atomzellen kompatibel sind, werden eine Zwischenlage oder ein Zwischenmaterial benötigt möglicherweise. Prinzipiell säubern zwei Oberflächen des idealen Körpers z.B. tadellos und atomar flach, kleben zusammen, wenn sie in vertrauten Kontakt geholt werden, da sie zusammen spontan durch interatomic Kräfte gezeichnet werden.

Jedoch werden die meisten Technikoberflächen als raues gekennzeichnet und verunreinigt und benötigen etwas Energieform, normalerweise Wärme und/oder Druck, angewendet zu werden, um diese Oberflächenbehinderungen auszugleichen, um ein Gelenk zu machen1. Es wird erwartet, dass diese Behinderungen beim Nanojoining wegen der viel verringerten Flächen und der speziellen Umgebungen weniger beträchtlich sind, die in den meisten nanojoining Prozessen verwendet werden. Andererseits entstehen andere Herausforderungen wegen der fortfahrenden Miniaturisierung und der verbundenen Gesetze von Physik. Diese würden zum Beispiel Schwierigkeiten in der Manipulation von Teilen verursachen.

Vor Kurzem zieht die Entwicklung von nanojoining Prozessen ungeheure Bemühungen2-9an. Verschiedene Methoden sind für das Nanojoining entwickelt worden, von dem einiges mindestens teilweise erfolgreich gewesen sind. Zum Beispiel durch in-situ-eträger Berührung mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop an den hohen Temperaturen, schweißte Terrone2 et al. zwei kreuzende einzelne Wandkohlenstoff nanotubes (SWCNT) durch die Entstehung von kovalenten CM-Anleihen und von Schaffungs- von sieben oder acht-memberedkohlenstoffringen, die zwei nanotubes überbrücken.

Vor Kurzem haben Professor Norman Zhou und seine Kollegen in der Mitte für den Verbindenen Fortgeschrittenen Werkstoff, erfolgreich Kohlenstoff nanotube Bündel zu Ni-Elektroden mit Ti-Enthaltenen Hartloten an 900°C zu 1000°C hartgelötet3, in dem nanotubes mit Ti zu Formular Ti-c Anleihen reagieren, die zu niedrige Ohm'sche Kontakte zwischen Kohlenstoff nanotubes und Ni-Elektroden führen.

Wei verwirklichte4 et al. nanoconnection zwischen Kohlenstoff nanotubes und Wolframleitungskabeln, indem er eine GA-Schicht mit einem fokussierten Gd+-Ionenträger (FLUNKEREI) abgab. Ein kleiner Durchgangswiderstand von zehn zu 100 Ohm wurde erzielt. Chen klebte5 et al. SWCNTs zu den Tielektroden unter Verwendung eines Ultraschall-bonder, um robuste Anleihen mit einem Durchgangswiderstand einiger Kiloohme zu erreichen. Ähnlich herkömmlichem Widerstandspunktschweißen, Hirayama schweißte6 et al. zwei SWCNTs indem das Anwenden des Stroms durch ein Scannentunnelbaumikroskop. Offensichtlich sind diese Protokolle entweder in den sehr spezifischen Bedingungen und/oder für ein sehr spezifisches Material, wie, Eträger oder Ionenbündel, die Hochvakuum benötigen, Ultraschallschweißen, das weniger räumliche Regelung von Gelenken liefert, Jouleheizung effektiv, die auf die Verbindung von Leitern begrenzt ist.

Andererseits werden zwei abwechselnde Methoden ausführlich im Folgenden Kapitel beschrieben, die für Verbindungsnanomaterials im Allgemeinen effektiv sind:

  • Femtosekundelaser-Bestrahlung7,8 und
  • Festzustand der niedrigen Temperatur, der durch Oberflächenatomdiffusion und/oder das teilweise Oberflächenschmelzen sintert9.

Da die Elektrongitter thermische Kopplungszeit (ungefähr 1 Picosekunde) viel länger als die Femtosekundelaser-Impulsbreite ist, haben die Elektronen nicht genügend Zeit, Energie auf das Gitter zu übertragen. Die Art der Interaktion von Femtosekundelaserimpulsen und -materialien bekannt, wie das nicht-thermische Aufbereiten.

Nachdem Elektronen durch einen Femtosekundelaser erregt worden sind, wird der Gitterzusammenhalt verringert und die Schwergängigkeit löst wegen der Coulombabstossung. Dieses wird vom eindeutigen Effekt begleitet, der bekannt ist als das ultraschnelle Schmelzen, das nur über Nano-schuppe Abmessungen auftritt, die mit dem herkömmlichen thermischen Schmelzen verglichen werden. Dieses erschließen aufregende Möglichkeiten für die Verbindung von Nano-schuppe Bausteinen für mikro-elektromechanische Einheiten10. Indem man genau die Laser-Energie steuert, ist das Nanojoining auf dem Atomniveau möglich.

andererseits wird die Oberflächenatomsystemumstellung drastisch in den Nanomaterials wegen ihres hoher Anteil Oberflächenenergie zu Volumen kondensierter Energie erhöht. Atome In Oberflächennähe mit einer ähnlichen Mobilität wie im flüssigen Zustand können eine Masseverbindungsvorrichtung durch Verschmelzung und das Sintern der niedrigen Temperatur zur Verfügung stellen. Vor Kurzem haben wir Cukabel zu den Cufolien unter Verwendung der AG-Nanoparticlepasten an 160°C. geklebt.10

Es ist sicher, dass das Nanojoining eine der Schlüsseltechnologien im industriellen Erfolg von nanodevices und von nanosystems ist. Als Terrones et al., das 2 für CNT-nanoelectronics und -nanodevices unterstrichen wird, ist die Verbindung „eine Schlüsselfrage, weil elektronische Geräte und starke Nano--mechanische Anlagen molekulare Anschlüsse unter einzelnem SWCNTs benötigen“.

Nanojoining revolutioniert verschiedene laufende Nano-herstellung Technologien für Nano-Mechatronics und molekulare Einheiten. Diese nanodevices und nanosystems haben das Potenzial, unterscheidende Eigenschaften und überlegene Empfindlichkeit zur Verfügung zu stellen, und können verbesserte Integration anbieten und, Energiebedarf für die nächste Generation von Technologien laufen zu lassen verringert. Ein aktuelles Beispiel ist die geschweißten Au-/Agnanoparticles, die in Oberfläche erhöhten Raman-Fühlern verwendet werden, die versprechen, einzelne Molekülkennzeichnung für modernen medizinischen Diagnosen, Drogenentwicklung und/oder die Quantumsdatenverarbeitung zur Verfügung zu stellen7,8.


Bezüge

1. Y. Zhou, „Microjoining und Nanojoining“. Woodhead Publishing Ltd, Cambridge, England, Druckerei ZYKLISCHER BLOCKPRÜFUNG, 2008
2. M. Terrones, F. Banhart, N. Grobert, J.C. Charlier, H. Terrones und P.M. Ajayan, Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 075505
3. W. rollt Wu, A. HU, X. Li, J. Wei, Q. Shu, K.L. Wang, M. Yavuz, Y. Zhou, „Vakuumhartlöten von Kohlenstoff nanotube“, Mater zusammen. Lett. 62 (2008) 4486
4. C. Chen, L. Yan, E. Kong, Y. Zhang, Nanotechnologie 2006, 17, 2192.
5. B. Wei, R. Spolenak, P. Kohler-Redlich, M. Ruhle, E. Arzt, Appl. Phys. Lett. 1999, 74, 3149.
6. H. Hiyayama, Y. Kawamoto, Y. Ohshima und K. Takayanagi, Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 1169
7. Y. Zhou, A. HU, M.I. Khan, W. Wu, B. Tam und M. Yavuz. „Neuer Fortschritt im Mikro und im Nanojoining“. J. Phys. Conf. Ser. 2009, 165, 012021.
8. A. HU, S.K. Panda, M.I. Khan, Y. Zhou, (2009) „Laser-Schweißen, Microwelding, Nanowelding und Nanoprocessing“, Chin. J. Laser Vol.36, no.12, 3149.
9. H. Alarifi, A. HU, M. Yavuz, Y. Zhou, „Kleben von Cukabeln bei den niedrigen Temperaturen unter Verwendung AG-nanoparticles Paste“, Verfahren der Material-Forschungs-Gesellschaft, 2009 Fall, Boston, USA.
10. A. HU, M. Rybachuk, Q. - B, Lu und W.W. Duley. „Direkte Synthese von SP-geklebten Kohlenstoffketten auf Graphitoberfläche durch Femtosekundelaser-Bestrahlung“. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 1319061.

Copyright AZoNano.com, Professor Norman Zhou (Universität von Waterloo)

Date Added: Apr 28, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:24

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