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Nanojoining - Nanodevices および Nanosystems のための統合技術

教授 Norman Zhou によって

ディレクター、教授ノルマン人 Zhou、および Anming Hu 教授、機械およびメカトロニクス工学結合する先端材料のための研究助手教授、中心ウォータールーの大学の部門
対応する著者: nzhou@uwaterloo.ca

、かどうか nano で、マイクロまたはマクロスケール、人造の製品の製造業の必須の部分そしてアセンブリで、機械カップリングおよびサポート、電気接続または絶縁体、不良気象の克服策、等提供します結合することは。 これはまだの nanolithography のようなトップダウンの技術を使用して普通製造されたの、または上昇形方法 nanojoining で、機能 nanodevices および nanosystems を形作ります自己アセンブリのような nanosized ブロック間のすなわち、作成の常置連合か接続をの出現技術と本当1

Nanojoining はまたすなわちマイクロおよびマクロスケール装置およびシステム環境にこれらの nanodevices および nanosystems 統合することを割り当てます。 Nanojoining はまた言われ nanobonding、 nanowelding、 nanobrazing、 nanosoldering、等と。

アセンブルされるべき faying 表面間の一次 (および時々二次) 化学結合の形成によってブロックまたは部品間の常置連合か接続は主に作り出されます1。 部品が原子構造で互換性がないとき、中間膜か中間材料は必要となるかもしれません。 原則的には、 2 つの理想的な固体表面は、例えば、完全に interatomic 力によって自発的に一緒に引かれるので親密な接触に持って来られたら原子的に平ら、一緒に結びますきれいになり。

ただし接合箇所を作るためにこれらの表面の障害を克服するように、適用されるエネルギー、通常熱や圧力を必要とするほとんどの工学表面は特徴付けられ、荒いとして汚染されます1。 これらの障害がほとんどの nanojoining プロセスことをで使用された大いに減らされた表面積および特別な環境のために nanojoining でより少なく重要であることが期待されます。 一方では、他の挑戦は継続小型化そして準の物理学の法則のために起こります。 これらにより部品の処理で例えば難しさを引き起こします。

最近、 nanojoining プロセスの開発は途方もない努力を引き付けています2-9。 さまざまな方法はずっと一部が少なくとも部分的に正常である nanojoining のために開発されました。 例えば、高温の伝達電子顕微鏡との in-situ e ビーム露出によって、 Terrone は 2 つの2 nanotubes を繋ぐ共有 C-C の結束および (SWCNT) 7 の作成または 8 membered カーボンリングの形成によって等 2 つの交差の単一の壁カーボン nanotubes を溶接しました。

最近、教授 Norman Zhou および結合する nanotubes がカーボン nanotubes と NI の電極間の低い抵抗接触の原因となる形式のチタニウムC の結束にチタニウムと反応する 900°C に 1000°C で3チタニウム含んでいるろう付けの合金が付いている NI の電極に先端材料のための中心の彼の同僚は正常にカーボン nanotube の束をろう付けしました。

魏は4 集中された Gd+ のイオンビーム (他愛ない嘘) との Ga の層の沈殿によって等カーボン nanotubes とタングステンの鉛間の nanoconnection を実現しました。 100 オームへの 10 の小さい接触抵抗は達成されました。 陳は5 超音波 bonder を使用してチタニウムの電極と等少数のキロオームの接触抵抗の強い結束を得るために SWCNTs を結びました。 慣習的な抵抗のスポット溶接、 Hirayama に類似した等6 スキャンのトンネルを掘る顕微鏡を通して流れを加えることによって 2 つ SWCNTs を溶接しました。 明らかに、これらのプロトコルは高真空を必要とする極めて特殊な条件でおよび/または極めて特殊な材料、のような、 e ビームまたはイオンビーム、接合箇所のより少ない空間的な制御を提供する超音波溶接、コンダクターの結合に限定されるジュールの暖房のために有効です。

逆に、結合の nanomaterials のために一般に有効である 2 つの予備手段は次のセクションで詳しく記述されています:

  • フェムト秒レーザーの照射7,8
  • 表面の原子拡散および/または部分的な表面に溶けることによって低温のソリッドステート焼結9

電子格子熱連結の時間 (約 1 ピコ秒) がフェムト秒レーザーのパルス幅より大いに長いので、電子は格子にエネルギーを転送する十分な時間がありません。 フェムト秒レーザーパルスおよび材料の相互作用の性質は非熱処理ように知られています。

電子がフェムト秒レーザーによって刺激された後、格子結合は減り、結合はクーロンの拒絶が原因でゆるめます。 これは慣習的な熱に溶けることと比較される nano スケール次元にだけ行われる超高速に溶けることように知られている一義的な効果と一緒に伴われます。 これはマイクロ電気機械装置のための nano スケールのブロックの結合のためのエキサイティングな可能性を開発します10。 正確にレーザーエネルギーを制御することによって、原子レベルの nanojoining は可能です。

一方では、表面の原子移行はボリュームによって凝縮させるエネルギーへの表面エネルギーの高い比率による nanomaterials で劇的に高められます。 液体州のように同じような移動性の地表付近の原子は低温の凝結および焼結によって結合のメカニズムを提供できます。 最近、私達は 160°C. で Ag の nanoparticle ののりを使用して Cu ホイルと Cu ワイヤーを結びました。10

nanojoining が nanodevices および nanosystems の産業成功の主要な技術の 1 つであることは確実です。 CNT の nanoelectronics および 2 nanodevices のために指摘される Terrones として等 「結合は電子デバイスおよび強い nano 機械システムが両方個々の SWCNTs の中の分子接続を」必要とするので重要な問題です。

Nanojoining は nano メカトロニクスおよび分子装置のためのさまざまな進行中の nano 製造業の技術を革命化します。 これらの nanodevices におよび nanosystems に特有な特性および優秀な感度を提供する潜在性があり技術の次世代のためのエネルギー必要量を作動させることを改善された統合を提供および減らされてできます。 現在の例は現代医学の診断、薬剤の開発および/または量子計算に単一の分子の性格描写を提供すると約束する表面によってラマン高められるプローブで使用される溶接された Au/Ag の nanoparticles です7,8


参照

1. Y. Zhou、 「Microjoining および Nanojoining」。 株式会社、ケンブリッジ、イギリスの CRC の出版物 2008 年を出版する Woodhead
2. M. Terrones、 F. Banhart、 N. Grobert、 J.C. Charlier、 H. Terrones、および P.M. Ajayan、 Phys。 Lett Rev。 2002 年、 89、 075505
3. W. ウー、 A. Hu、 X. 李、 J. 魏、 Q. Shu、 K.L. Wang、 M. Yavuz、 Y. Zhou は、 「カーボン nanotube の真空ろう付け」の、 Mater 束ねます。 Lett。 62 (2008 年) 4486
4. C. 陳、 L. 沿、 E. Kong、 Y. チャンのナノテクノロジー 2006 年、 17、 2192。
5. B. 魏、 R. Spolenak、 P. コーラーRedlich、 M. Ruhle、 E. Arzt、 Appl。 Phys。 Lett。 1999 年、 74、 3149。
6. H. Hiyayama、 Y. Kawamoto、 Y. Ohshima、および K. 高柳町、 Appl。 Phys。 Lett。 2001 年、 79 1169
7. Y. Zhou、 A. Hu、 M.I. Khan、 W. ウー、 B. Tam、および M. Yavuz。 「マイクロおよび」 nanojoining の最近の進歩。 J. Phys。 Conf。 Ser. 2009 年、 165、 012021。
8. A. Hu、 S.K. Panda、 M.I. Khan、 Y. Zhou、 (2009 年) 「レーザ溶接、 Microwelding、 Nanowelding および Nanoprocessing」、 Chin。 J. レーザー Vol.36、 no.12、 3149。
9. H. Alarifi、 A. Hu、 M. Yavuz、 Y. Zhou、 「Ag の nanoparticles ののりを使用して低温の Cu ワイヤー」の接着、 2009 落下材料の研究の社会の進行、ボストン、米国。
10. A. Hu、 M. Rybachuk、 Q。 - B、 Lu および W.W. Duley。 「フェムト秒レーザーの照射によるグラファイトの表面の sp 担保付きカーボン鎖の直接統合」。 Appl. Phys。 Lett。 2007 年、 91、 1319061。

教授 Norman Zhou (ウォータールーの大学)、版権 AZoNano.com

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

Last Update: 14. June 2013 01:31

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