Nanojoining - Una Tecnologia di Integrazione per Nanodevices e Nanosystems

dal Professor Norman Zhou

Il Professor Normanno Zhou, Direttore ed il Professor Anming Hu, Assistente Universitario di Ricerca, Centro per i Materiali Avanzati che Si Uniscono, Dipartimento di Meccanico e Meccatronica Costruenti, Università di Waterloo
Autore Corrispondente: nzhou@uwaterloo.ca

L'Aggiunta, se al nano, micro- o macroscala, è stata una parte essenziale di fabbricazione e montaggio dei prodotti artificiali, fornendo l'accoppiamento e supporto meccanico, della connessione o isolante elettrico, protezione dell'ambiente, Ecc. Ciò ancora sarà vera con la tecnologia di emergenza di nanojoining, cioè, i sindacati o le connessioni permanenti di produzione fra le particelle elementari nanosized, che sono in genere fabbricate facendo uso delle tecniche dall'alto in basso quale il nanolithography, o i metodi dal basso quale auto-assembly, formerà i nanodevices e i nanosystems funzionali1.

Nanojoining egualmente concede integrare questi nanodevices e nanosystems ai dintorni, cioè unità e sistemi di macroscala e micro-. Nanojoining egualmente si riferisce a come nanobonding, nanowelding, nanobrazing, nanosoldering, Ecc.

I sindacati Permanenti o le connessioni fra le particelle elementari o le parti da montare sono prodotti pricipalmente con la formazione (ed occasionalmente secondario) di legami chimici primari fra le superfici di faying1. Quando le parti non sono compatibili in strutture atomiche, uno strato intermedio o un materiale intermedio può essere richiesto. In linea di principio, due superfici del solido ideale, per esempio, sia puliscono perfettamente che atomico piano, salderanno insieme se messo in contatto intimo, poichè saranno riunite spontaneamente con le forze interatomiche.

Tuttavia, la maggior parte delle superfici di assistenza tecnica sono caratterizzate come ruvido e sono contaminate, richiedenti certo modulo di energia, solitamente il calore e/o la pressione, applicarsi per sormontare questi impedimenti di superficie per fare una giuntura1. È preveduto che questi impedimenti siano meno significativi nel nanojoining a causa delle aree molto diminuite e degli ambienti speciali utilizzati nella maggior parte dei trattamenti nanojoining. D'altra parte, altre sfide sorgono a causa di miniaturizzazione continua e delle leggi di fisica associate. Questi per esempio causerebbero le difficoltà nella manipolazione delle parti.

Recentemente, lo sviluppo dei trattamenti nanojoining sta attirando gli sforzi tremendi2-9. I Vari metodi sono stati messi a punto per nanojoining, alcuno di cui è riuscito almeno parzialmente. Per esempio, tramite l'esposizione in situ del e-raggio con un microscopio elettronico della trasmissione alle temperature elevate, Terrone et al.2 ha saldato due nanotubes a parete semplice d'attraversamento del carbonio (SWCNT) con la formazione di obbligazioni covalenti di CC e degli anelli otto-membered o di sette del creazione del carbonio che gettano un ponte su due nanotubes.

Recentemente, il Professor Norman Zhou ed i suoi colleghi al Centro per i Materiali Avanzati che Si Uniscono, hanno brasato con successo i gruppi del nanotube del carbonio agli elettrodi del Ni con le leghe di brasatura Ti-Contenenti a 900°C a 1000°C3, in cui i nanotubes reagiscono con Ti alle obbligazioni del Ti-c del modulo che piombo ai contatti Ohmici bassi fra i nanotubes del carbonio e gli elettrodi del Ni.

Wei et al.4 ha realizzato il nanoconnection fra i nanotubes del carbonio ed i cavi del tungsteno depositando un livello di GA con un raggio ionico messo a fuoco di Gd+ (MENTA). Una piccola resistenza di contatto dei dieci a 100 Ohm è stata raggiunta. Chen et al.5 ha saldato SWCNTs agli elettrodi del Ti facendo uso di un bonder ultrasonico per ottenere le obbligazioni robuste con una resistenza di contatto di alcun chilo-Ohm. Simile alla saldatura a punti della resistenza convenzionale, Hirayama et al.6 ha saldato due SWCNTs applicando le correnti tramite un microscopio di traforo di scansione. Ovviamente, questi protocolli sono efficaci nelle circostanze molto specifiche e/o per un materiale molto specifico, come, il e-raggio o i raggi ionici che richiedono l'alto vuoto, la saldatura a ultrasuoni che fornisce meno controllo spaziale delle giunture, riscaldamento di Joule che è limitato ad unirsi dei conduttori.

Per Contro, due altri metodi sono descritti dettagliatamente nella seguente sezione che sono efficaci per i nanomaterials unentesi in generale:

  • irradiamento del laser di femtosecondo7,8 e
  • sinterizzazione semi conduttrice di bassa temperatura con la diffusione atomica di superficie e/o la fusione di superficie parziale9.

Poichè il tempo di coppia termico della elettrone-grata (circa 1 picosecondo) è molto più lungo della larghezza di impulso del laser di femtosecondo, gli elettroni non hanno abbastanza tempo di trasferire l'energia alla grata. La natura di interazione degli impulsi e dei materiali del laser di femtosecondo è conosciuta come trattamento del non termale.

Dopo Che gli elettroni sono stati eccitati da un laser di femtosecondo, la coesione della grata è diminuita e l'associazione allenta dovuto la repulsione di Coulomb. Ciò è accompagnata dall'effetto unico conosciuto come la fusione ultraveloce, che si presenta soltanto sopra le dimensioni del nano-disgaggio confrontate alla fusione termica convenzionale. Ciò apre le possibilità emozionanti per unirsi delle particelle elementari del nano-disgaggio per le unità micro-elettromeccaniche10. Precisamente gestendo l'energia del laser, nanojoining al livello atomico è possibile.

d'altra parte, la migrazione atomica di superficie è migliorata drammaticamente in nanomaterials dovuto il loro alto rapporto di energia di superficie ad energia condensata volume. Gli atomi Vicini Alla Superficie con una simile mobilità come nello stato liquido possono fornire un meccanismo di legame con la coalescenza e la sinterizzazione di bassa temperatura. Recentemente, abbiamo saldato i collegare del Cu alle stagnole del Cu facendo uso degli inserimenti di nanoparticella dell'AG a 160°C.10

È determinato che nanojoining è una delle tecnologie chiave nel successo industriale dei nanodevices e dei nanosystems. Come Terrones et al. 2 precisato per il nanoelectronics e i nanodevices di CNT, unirsi “è un punto chiave perché sia gli apparecchi elettronici che i forti sistemi nano-meccanici hanno bisogno delle connessioni molecolari fra SWCNTs determinato„.

Nanojoining rivoluzionerà le varie tecnologie in corso di nano-fabbricazione per la nano-meccatronica e le unità molecolari. Questi nanodevices e nanosystems hanno il potenziale di fornire i beni distintivi e la sensibilità superiore e possono offrire l'integrazione migliore e diminuito gestire il fabbisogno energetico della generazione seguente di tecnologie. Un esempio corrente è le nanoparticelle saldate di Au/Ag utilizzate nelle sonde di Raman migliorate superficie che promettono di fornire la singola caratterizzazione della molecola per i sistemi diagnostici, lo sviluppo della droga e/o la computazione di quantum medici moderni7,8.


Riferimenti

1. Y. Zhou, “Microjoining e Nanojoining„. Woodhead che Pubblica Srl, Cambridge, Inghilterra, Stampa di CRC, 2008
2. M. Terrones, F. Banhart, N. Grobert, J.C. Charlier, H. Terrones e 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, “brasatura di Vuoto del nanotube del carbonio impacchetta„, Mater. Lett. 62 (2008) 4486
4. C. Chen, L. Yan, E. Kong, Y. Zhang, Nanotecnologia 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 e K. Takayanagi, Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 1169
7. Y. Zhou, A. Hu, M.I. Khan, W. Wu, B. Tam e M. Yavuz. “Progresso Recente in micro e nel nanojoining„. J. Phys. Conf. Ser. 2009, 165, 012021.
8. A. Hu, S.K. Panda, M.I. Khan, Y. Zhou, (2009) “Saldatura a Laser, Microwelding, Nanowelding e Nanoprocessing„, Chin. J. Laser Vol.36, no.12, 3149.
9. H. Alarifi, A. Hu, M. Yavuz, Y. Zhou, “Legame dei collegare del Cu alle basse temperature facendo uso dell'inserimento di nanoparticelle dell'AG„, continuazione della Società di Ricerca dei Materiali, 2009 Caduta, Boston, U.S.A.
10. A. Hu, M. Rybachuk, Q. - B, LU e W.W. Duley. “Sintesi Diretta delle catene SP-tenute da adesivo del carbonio sulla superficie della grafite da irradiamento del laser di femtosecondo„. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 1319061.

Copyright AZoNano.com, il Professor Norman Zhou (Università di Waterloo)

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

Last Update: 14. June 2013 01:28

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