Nanojoining - Una Tecnología de Integración para Nanodevices y Nanosystems

por Profesor Norman Zhou

Profesor Normando Zhou, Director, y Profesor Anming Hu, Profesor Adjunto de la Investigación, Centro para los Materiales Avanzados Que Ensamblan, Departamento de la Ingeniería Mecánica y de la Mecatrónica, Universidad de Waterloo
Autor Correspondiente: nzhou@uwaterloo.ca

Ensamblar, si en el nano, micro o macroescala, ha sido una parte esencial de fabricación y ensamblaje de productos artificiales, proporcionando al acoplamiento y soporte mecánico, la conexión o aislante eléctrico, protección del medio ambiente, Etc. Esto todavía será verdad con la tecnología emergente de nanojoining, es decir, uniones o conexiones permanentes que producen entre los bloques huecos nanosized, que son típicamente manufacturados usando técnicas de arriba hacia abajo tales como nanolithography, o los métodos ascendentes tales como uno mismo-ensamblaje, formará nanodevices y nanosystems funcionales1.

Nanojoining también permite el integrar de estos nanodevices y nanosystems a los alrededores, es decir los dispositivos y sistemas micros y de la macroescala. Nanojoining también se refiere como nanobonding, nanowelding, nanobrazing, nanosoldering, Etc.

Las uniones o las conexiones Permanentes entre los bloques huecos o las piezas que se ensamblarán se producen principal con la formación (y de vez en cuando secundario) de vínculos químicos primarios entre las superficies de empalme1. Cuando las piezas no son compatibles en estructuras atómicas, una intercapa o un material intermedio puede ser requerida. En principio, dos superficies el macizo ideal, e.g., limpian perfectamente y atómico plano, pegarán juntas si están traídas en contacto íntimo, pues serán drenadas juntas espontáneamente por las fuerzas interatómicas.

Sin Embargo, la mayoría de las superficies de la ingeniería se caracterizan como áspero y se contaminan, requiriendo un cierto formulario de la energía, generalmente calor y/o la presión, de ser aplicado para vencer estos impedimentos superficiales para hacer una junta1. Se prevee que estos impedimentos sean menos importantes en nanojoining debido a las superficies mucho reducidas y los ambientes especiales usados en la mayoría de los procesos nanojoining. Por otra parte, otros retos se presentan debido a la miniaturización que continúa y las leyes de la física asociadas. Éstos por ejemplo causarían dificultades en la manipulación de piezas.

Recientemente, el revelado de procesos nanojoining está atrayendo enormes esfuerzos2-9. Los Diversos métodos se han desarrollado para nanojoining, algunos de los cuales han sido por lo menos parcialmente acertados. Por ejemplo, por la exposición "in-situ" del e-haz con un microscopio electrónico de la transmisión en las temperaturas altas, Terrone y otros2 soldó dos nanotubes de un sólo recinto del carbón que cruzaban (SWCNT) con la formación de bonos covalentes del CENTÍMETRO CÚBICO y de los anillos del creación de siete u ocho-membrados del carbón que puenteaban dos nanotubes.

Recientemente, Profesor Norman Zhou y sus colegas en el Centro para los Materiales Avanzados Que Ensamblaban, han cubierto con bronce con éxito manojos del nanotube del carbón a los electrodos del Ni con las aleaciones que cubrían con bronce Ti-Que Contenían en 900°C a 1000°C3, en el cual los nanotubes reaccionan con Ti a los bonos del Ti-c del formulario que llevan a los contactos Óhmicos inferiores entre los nanotubes del carbón y los electrodos del Ni.

Wei y otros4 realizó el nanoconnection entre los nanotubes del carbón y los terminales de componente del tungsteno depositando una capa del GA con un haz de ión enfocado de Gd+ (BOLA). Una pequeña resistencia de contacto de diez a 100 Ohmios fue lograda. Chen y otros5 pegó SWCNTs a los electrodos del Ti usando un bonder ultrasónico para obtener bonos robustos con una resistencia de contacto de algunos kilohmios. Similar a la soldadura por puntos de la resistencia convencional, Hirayama y otros6 soldó dos SWCNTs aplicando corrientes a través de un microscopio el hacer un túnel de la exploración. Obviamente, estos protocolos son efectivos en las condiciones muy específicas y/o para un material muy específico, por ejemplo, el e-haz o los haces iónicos que requieren alto vacío, la soldadura ultrasónica que proporciona a menos mando espacial de juntas, la calefacción del Julio que se limita a ensamblar de conductores.

Inversamente, dos otras métodos se describen detalladamente en la sección siguiente que son efectivas para los nanomaterials que ensamblan en general:

  • irradiación del laser del femtosegundo7,8 y
  • sinterización de estado sólido de la baja temperatura con la difusión atómica superficial y/o fundir superficial parcial9.

Pues el tiempo que acopla térmico del electrón-cedazo (cerca de 1 picosegundo) es mucho más largo que el ancho de pulso del laser del femtosegundo, los electrones no tienen suficiente tiempo de transferir energía al cedazo. La naturaleza de la acción recíproca de los pulsos y de los materiales del laser del femtosegundo se conoce como el tramitación no-térmico.

Después De Que los electrones hayan sido excitados por un laser del femtosegundo, se reduce la cohesión del cedazo y el atascamiento afloja debido a la repulsión del Culombio. Esto es acompañada por el efecto único conocido como fundir ultrarrápido, que ocurre solamente sobre las dimensiones de la nano-escala comparadas a fundir térmico convencional. Esto abre las posibilidades emocionantes de ensamblar de los bloques huecos de la nano-escala para los dispositivos microelectromecánicos10. Exacto controlando la energía de laser, el nanojoining en el nivel atómico es posible.

por otra parte, la migración atómica superficial se aumenta dramáticamente en los nanomaterials debido a su alta relación de transformación de la energía superficial a la energía condensada volumen. Los átomos Próximos A La Superficie con una movilidad similar como en el estado líquido pueden proporcionar a un mecanismo de la vinculación con la fusión y la sinterización de la baja temperatura. Recientemente, hemos pegado los cables del Cu a las hojas metálicas del Cu usando las pastas del nanoparticle del AG en 160°C.10

Es cierto que el nanojoining es una de las tecnologías dominantes en el éxito industrial de nanodevices y de nanosystems. Como Terrones y otros 2 señalado para el nanoelectronics y los nanodevices de CNT, el ensamblar “es una cuestión clave porque los dispositivos electrónicos y los sistemas nano-mecánicos fuertes necesitan conexiones moleculares entre SWCNTs individual”.

Nanojoining revolucionará las diversas tecnologías en curso de la nano-fabricación para la nano-mecatrónica y los dispositivos moleculares. Estos nanodevices y nanosystems tienen el potencial de proporcionar a propiedades distintivas y a sensibilidad superior, y pueden ofrecer la integración mejorada y reducido el operatorio de las necesidades energéticas para la generación siguiente de tecnologías. Un ejemplo actual es los nanoparticles soldados de Au/Ag usados en las antenas aumentadas superficie de Raman que prometen proporcionar a la única caracterización de la molécula para los diagnósticos, el revelado de la droga y/o calcular de quantum médicos modernos7,8.


Referencias

1. Y. Zhou, “Microjoining y Nanojoining”. Woodhead Publishing Ltd, Cambridge, Inglaterra, Prensa del CRC, 2008
2. M. Terrones, F. Banhart, N. Grobert, J.C. Charlier, H. Terrones, y P.M. Ajayan, Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 075505
3. W. Wu, A. Hu, X. Li, J. Wei, Q. Shu, K.L. Wang, M. Yavuz, Y. Zhou, el “cubrir con bronce del Vacío del nanotube del carbón lía”, Mater. Lett. 62 (2008) 4486
4. C. Chen, L. Yan, E. Kong, Y. Zhang, Nanotecnología 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, y K. Takayanagi, Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 1169
7. Y. Zhou, A. Hu, M.I. Khan, W. Wu, B. Tam, y M. Yavuz. “Progreso Reciente en micrófono y nanojoining”. J. Phys. Conf. Ser. 2009, 165, 012021.
8. A. Hu, S.K. Panda, M.I. Khan, Y. Zhou, (2009) “Soldadura de Laser, Microwelding, Nanowelding y Nanoprocessing”, Chin. J. Laseres Vol.36, no.12, 3149.
9. H. Alarifi, A. Hu, M. Yavuz, Y. Zhou, el “Pegar de los cables del Cu en las bajas temperaturas usando la pasta de los nanoparticles del AG”, procedimiento de la Sociedad de la Investigación de los Materiales, 2009 Caída, Boston, los E.E.U.U.
10. A. Hu, M. Rybachuk, Q. - B, Lu y W.W. Duley. “Síntesis Directa de los encadenamientos SP-bajo fianza del carbón en superficie del grafito por la irradiación del laser del femtosegundo”. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 1319061.

Derechos De Autor AZoNano.com, Profesor Norman Zhou (Universidad de Waterloo)

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

Last Update: 14. June 2013 01:55

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