Nanojoining - Nanodevices와 Nanosystems를 위한 통합 기술

교수 Norman Zhou에 의하여

디렉터, 교수 노르만어 Zhou, 및 Anming Hu 교수, 기계 적이고와 Mechatronics 기술설계 결합하는, 향상된 물자를 위한 연구 보조원 교수, 센터 워털루의 대학의 부
대응 저자: nzhou@uwaterloo.ca

, nano에, 마이크로 또는 거시, 인공 제품의 제조의 필수 부속 그리고 집합이어, 기계적인 연결 및 지원, 전기 연결 또는 절연제, 환경 보호, 등등 제공하 결합하는 것은. 이것은 여전히 의 nanolithography와 같은 포괄적인 기술을 사용하여 전형적으로 제조 인 각자 집합과 같은 nanosized 빌딩 블록 또는 상향식 방법 사이 i.e, 생성 영원한 조합 또는 연결을의 나오는 기술에 확실하 nanojoining 기능적인 nanodevices 및 nanosystems를 형성할 것입니다1.

Nanojoining는 또한, i.e 마이크로 및 거시 장치 및 시스템 주위에 이 nanodevices 및 nanosystems 통합하는 허용합니다. Nanojoining는 또한 불리 nanobonding, nanowelding, nanobrazing, nanosoldering, 등등으로.

모일 faying 표면 사이 1 차적인 (및 드물게 이차) 화학 결합의 대형을 통해 빌딩 블록 부속 사이 영원한 조합 또는 연결은 주로 일어납니다1. 부속이 원자 구조에서 양립하 때, interlayer 또는 중간 물자는 요구될 수 있습니다. 원칙상, 2개의 이상 고체 표면은, 예를들면, 완벽하게 원자 사이 힘에 의해 자발적으로 함께 당겨지기 때문에 친밀한 접촉으로 가져오는 경우에 원자로 편평한, 함께 접착시킬 것입니다 정리하기도 하고.

그러나, 이 지상 합동을 만들기 위하여 방해물을 극복하도록 적용되는 어떤 에너지의 형태, 일반적으로 열 및 또는 압력을 요구하는 대부분의 기술설계 표면은 성격을 나타내고 거친으로, 오염됩니다1. 이 방해물이 대부분의 nanojoining 프로세스에서 이용된 매우 감소된 표면 및 특별한 환경 때문에 nanojoining에서 보다 적게 중요할 것이라는 점을 것으로 예상됩니다. 다른 한편으로는, 그밖 도전은 계속되 소형화 그리고 관련되는 물리학 원리 때문에 발생합니다. 이들은 부속의 조작에 있는 예를 들면 어려움을 일으키는 원인이 될 것입니다.

최근에, nanojoining 프로세스의 발달은 거창한 노력을 끌고 있습니다2-9. 각종 방법은 몇몇이 계속 적어도 부분적으로 성공적인 nanojoining를 위해 개발되었습니다. 예를 들면, 고열에 전송 전자 현미경을 가진 제자리 e 光速 노출에 의하여, Terrone는 공유 원자가2 C-C 유대 및 2개의 nanotubes를 다리를 놓는 (SWCNT) 7의 작성 8 membered 탄소 반지의 대형을 통해 그 외 여러분 2개의 교차 단 하나 벽 탄소 nanotubes를 용접했습니다.

최근에, 교수 Norman Zhou와 결합하는 nanotubes가 탄소 nanotubes와 Ni 전극 사이 낮은 저항 접촉으로 이끌어 내는 양식 TI C 유대에 TI로 반작용하는 900°C에 1000°C에3TI 포함 놋쇠로 만드는 합금을 가진 Ni 전극에 향상된 물자를 위한 센터에 그의 동료는, 성공적으로 탄소 nanotube 뭉치를 놋쇠로 만들었습니다.

위는4 집중된 Gd+ 이온살 (거짓말)를 가진 Ga 층을 예금해서 그 외 여러분 탄소 nanotubes와 텅스텐 지도 사이 nanoconnection를 실현했습니다. 100개 옴에 10의 작은 접촉 저항은 달성되었습니다. 첸은5 초음파 bonder를 사용하여 TI 전극에 그 외 여러분 약간 킬로 옴의 접촉 저항을 가진 강력한 유대를 장악하기 위하여 SWCNTs를 접착시켰습니다. 전통적인 저항 점용접, Hirayama와 유사했던 그 외 여러분6 스캐닝 터널을 파 현미경을 통해서 현재를 적용해서 2개 SWCNTs를 용접했습니다. 분명히, 이 프로토콜은 높은 진공을 요구하는 아주 특정 조건에서 그리고/또는 아주 특정 물자와 같은 e 光速 또는 이온살, 합동의 더 적은 공간 통제를 제공하는 초음파 용접, 지휘자의 결합으로 제한되는 줄 난방을 위해 효과적입니다.

반대로, 결합 nanomaterials를 위해 일반적으로 효과적인 2개의 대체 방법은 뒤에 오는 단면도에서 상세히 기술됩니다:

  • femtosecond 레이저 방사선 조사7,8
  • 지상 원자 유포 그리고/또는 부분적인 지상에게 녹기를 통해 저온 고체 소결9.

전자 격자 열 결합 시간 (대략 1 피코세컨드)가 femtosecond 레이저 펄스 폭 보다는 매우 더 길기 때문에, 전자에는 격자로 에너지를 옮기는 충분한 시간이 없습니다. femtosecond 레이저 펄스와 물자의 상호 작용의 본질은 비열 가공 것과 같이 알려집니다.

전자가 femtosecond 레이저에 의해 흥분한 후에, 격자 단결력은 감소되고 바인딩은 전량 반발작용 때문에 붑니다. 이것은 전통적인 열에게 녹기와 비교된 nano 가늠자 차원에서만 일어나는 초고속에게 녹기로 알려져 있는 유일한 효력을 동반됩니다. 이것은 마이크로 전기 기계 장치를 위한 nano 가늠자 빌딩 블록의 결합을 위한 활발한 가능성을 엽니다10. 정확하게 레이저 에너지를 통제해서, 원자 수준에 nanojoining는 가능합니다.

다른 한편으로는, 지상 원자 이동은 양에 의하여 압축된 에너지에 표면 에너지의 그들의 높은 비율 때문에 nanomaterials에서 극적으로 강화됩니다. 액체 상태에서 것과 같이 유사한 기동성을 가진 가깝 표면 원자는 저온 합체와 소결을 통해 접합 기계장치를 제공할 수 있습니다. 최근에, 우리는 160°C.에 Ag nanoparticle 풀을 사용하여 Cu 포일에 Cu 철사를 접착시켰습니다.10

nanojoining가 nanodevices와 nanosystems의 산업 성공에 있는 주요 기술의 한개이다 것은 확실합니다. CNT nanoelectronics와 2 nanodevices를 위해 지적된 Terrones로 그 외 여러분, "결합은 전자 장치 및 강한 nano 기계적인 시스템이 둘 다 개별적인 SWCNTs의 사이에서 분자 연결을" 필요로 하기 때문에 중요한 문제입니다.

Nanojoining는 nano mechatronics와 분자 장치를 위한 각종 전진하는 nano 제조 기술을 혁명을 일으킬 것입니다. 이 nanodevices 및 nanosystems는 특유한 속성 및 우량한 감도를 제공하는 가능성으로 가지고있고, 기술의 차세대를 위한 에너지 필요량을 작전하는 향상한 통합을 제안하골 및 감소시켜 수 있습니다. 현재 보기는 현대 의학 진단, 약 발달 그리고/또는 양 계산을 단 하나 분자 특성을 제공하고 약속하는 표면에 의하여 라만 강화된 탐사기에서 이용된 용접한 Au/Ag nanoparticles입니다7,8.


참고

1. Y. Zhou, "Microjoining와 Nanojoining". 주식 회사, 케임브리지, 영국 의 CRC 압박 2008년을 간행하는 Woodhead
2. M. Terrones, F. Banhart, N. Grobert, J.C. Charlier, H. Terrones, 및 P.M. Ajayan, Phys. Lett 목사. 2002년, 89, 075505
3. W. 우, A. Hu, X. Li, J. 위, Q. Shu, K.L. 왕, M. Yavuz, Y. Zhou는, "탄소 nanotube의 진공 놋쇠로 만드는", Mater 묶습니다. Lett. 62 (2008년) 4486
4. C. 첸, L. Yan, E. Kong, Y. 장 의 나노 과학 2006년, 17, 2192.
5. B. 위, R. Spolenak, P. Kohler Redlich, M. Ruhle, E. Arzt, Appl. Phys. Lett. 1999년, 74, 3149.
6. H. Hiyayama, Y. Kawamoto, Y. Ohshima, 및 K. Takayanagi, Appl. Phys. Lett. 2001년, 79 1169년
7. Y. Zhou, A. Hu, M.I. Khan, W. 우, B. Tam, 및 M. Yavuz. "마이크로 컴퓨터와" nanojoining에 있는 최근 진도. J. Phys. Conf. Ser. 2009년, 165, 012021.
8. A. Hu, S.K. Panda, M.I. Khan, Y. Zhou, (2009년) "레이저 용접, Microwelding, Nanowelding 및 Nanoprocessing", Chin. J. 레이저 Vol.36, no.12, 3149.
9. H. Alarifi, A. Hu, M. Yavuz, Y. Zhou, "Ag nanoparticles 풀을 사용하는 저온에 Cu 철사"의 접착시키기, 2009 가을 물자 연구 사회의 진행, 보스톤, 미국.
10. A. Hu, M. Rybachuk, Q. - B, Lu 및 W.W. Duley. "femtosecond 레이저 방사선 조사까지 흑연 표면에 sp 보세품 탄소 사슬의 직접 종합". Appl. Phys. Lett. 2007년, 91, 1319061.

교수 Norman Zhou (워털루의 대학), 저작권 AZoNano.com

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

Last Update: 14. June 2013 01:34

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