Nanojoining - een Technologie van de Integratie voor Nanodevices en Nanosystems

door Professor Norman Zhou

Professor Norman Zhou, Directeur, en Professor Anming Hu, de Professor van de Medewerker van het Onderzoek, Centrum voor Geavanceerde Materialen die, Afdeling van Mechanische en Mechatronics Techniek, Universiteit van Waterloo Toetreden
Overeenkomstige auteur: nzhou@uwaterloo.ca

Het Toetreden, hetzij bij nano-, micro of macroschaal, is een essentieel onderdeel van productie en assemblage van kunstmatige producten geweest, die mechanische koppeling en steun, elektroaansluting of isolatie, milieubescherming, enz. bieden. Dit zal nog met de nieuwe technologie van het nanojoining van, d.w.z., producerende permanente vakbonden waar zijn of de aanslutingen tussen nanosized bouwstenen, die typisch gebruikend top-down technieken zoals nanolithography, of bottom-up methodes zoals zelf-assemblage, om functionele nanodevices te vormen en nanosystems worden vervaardigd1.

Nanojoining staat ook toe integrerend deze nanodevices en nanosystems aan de omgeving, d.w.z. micro en macroschaalapparaten en systemen. Nanojoining wordt ook doorverwezen naar zoals nanobonding, nanowelding, nanobrazing, nanosoldering, enz.

De Permanente vakbonden of de aanslutingen tussen te assembleren bouwstenen of delen worden veroorzaakt hoofdzakelijk door de vorming van primaire (en bij gelegenheden secundair) chemische banden tussen het faying van oppervlakten1. Wanneer de delen niet compatibel in atoomstructuren zijn, kan een tussenlaag of een middenmateriaal worden vereist. In principe, maken twee ideale stevige oppervlakten, b.v., zowel volkomen schoon en atomically vlak, indien samen gebracht in vertrouwelijk contact zal plakken, aangezien zij zich spontaan door interatomic krachten zullen samentrekken.

Nochtans, worden de meeste techniekoppervlakten gekenmerkt als ruw en vervuild, vereisend één of andere vorm van energie, gewoonlijk hitte en/of druk, om deze oppervlaktebeletsels toe te passen te overwinnen om een verbinding te maken1. Men verwacht dat deze beletsels in het nanojoining wegens de veel verminderde oppervlakten en de speciale die milieu's in de meeste nanojoining processen worden gebruikt minder significant zullen zijn. Anderzijds, doen andere uitdagingen zich wegens voortdurende miniaturisatie en de bijbehorende wetten van fysica voor. Deze zouden bijvoorbeeld moeilijkheden in manipulatie van delen veroorzaken.

Onlangs, trekt de ontwikkeling van het nanojoining van processen enorme inspanningen aan2-9. Diverse methodes zijn ontwikkeld voor het nanojoining, wat waarvan gedeeltelijk minstens succesvol zijn geweest. Bijvoorbeeld, door e-straal blootstelling in situ met een transmissieelektronenmicroscoop bij hoge temperaturen, Terrone et al.2 gelaste twee die enige muurkoolstof kruisen nanotubes (SWCNT) door de vorming van de covalente banden van CC en de verwezenlijking van zeven of acht-membered koolstofringen die twee nanotubes overbruggen.

Onlangs, hebben Professor Norman Zhou en zijn collega's op Centrum voor Geavanceerde Materialen die, met succes koolstof nanotube bundels aan de elektroden van Ni met Ti-Bevattende solderende legeringen bij 900°C aan 1000°C gesoldeerd Toetreden3, waarin nanotubes met Ti aan de banden die van de vormTic tot lage Ohmic contacten tussen koolstof nanotubes en de elektroden van Ni leiden reageer.

Wei et al.4 gerealiseerde nanoconnection tussen koolstof nanotubes en wolframlood door een laag van GA met een geconcentreerde Gd+ ionenstraal (LIEG) te deponeren. Een kleine contactweerstand van tientallen tegen 100 Ohms werd bereikt. Chen et al.5 SWCNTs in entrepot aan de elektroden die van Ti een ultrasone bonder gebruiken om robuuste banden met een contactweerstand van een paar kilo-ohms te verkrijgen. Gelijkaardig aan het conventionele lassen van de weerstandsvlek, Hirayama et al.6 gelaste twee SWCNTs door stromen door een aftasten een tunnel gravende microscoop toe te passen. Duidelijk, zijn deze protocollen efficiënt of in zeer specifieke voorwaarden en/of voor een zeer specifieke materiaal, zoals, een e-straal of ionenstralen die hoog vacuüm, ultrasoon lassen dat minder ruimtecontrole van verbindingen verstrekt, het verwarmen vereisen van Joule die beperkt is tot zich het aansluiten bij van leiders.

Omgekeerd, worden twee afwisselende methodes beschreven in detail in de volgende sectie die in het algemeen voor het toetreden nanomaterials efficiënt zijn:

  • femtosecond laserstraling7,8 en
  • lage temperatuur sinteren het in vaste toestand door oppervlakte atoomverspreiding en/of het gedeeltelijke oppervlakte smelten9.

Aangezien de elektron-rooster thermische koppelingstijd (ongeveer 1 picoseconde) veel langer is dan de de impulsbreedte van de femtosecondlaser, hebben de elektronen genoeg tijd niet om energie naar het rooster over te brengen. De aard van interactie van de impulsen en de materialen van de femtosecondlaser is genoemd geworden niet thermische verwerking.

Nadat de elektronen door een femtosecondlaser zijn opgewekt, wordt de roostersamenhang verminderd en de band maakt wegens de weerzin van de Coulomb los. Dit gaat van het unieke die effect vergezeld als het ultrasnelle smelten wordt bekend, die slechts over nano-schaaldimensies in vergelijking met het conventionele thermische smelten voorkomt. Dit biedt opwindende mogelijkheden voor zich het aansluiten bij van nano-schaalbouwstenen voor micro-electromechanical apparaten10. Door precies de laserenergie te controleren, die op het atoomniveau nanojoining is mogelijk.

anderzijds, wordt de oppervlakte atoommigratie dramatisch verbeterd in nanomaterials toe te schrijven aan hun hoge verhouding van oppervlakte-energie aan volume gecondenseerde energie. Near-surface atomen met een gelijkaardige mobiliteit zoals in de vloeibare staat kunnen een mechanisme plakkend door lage temperatuur samenvoeging en het sinteren verstrekken. Onlangs, hebben wij de draden van Cu op de folies van Cu gebruikend Ag nanoparticle deeg bij 160°C. geplakt.10

Het is bepaald dat het nanojoining één van de belangrijkste technologieën in industrieel succes van nanodevices en nanosystems is. Als Terrones et al. 2 aangehaald voor nanoelectronics CNT en nanodevices, toetredend „wordt een hoofdthema omdat zowel de elektronische apparaten als de sterke nano-mechanische systemen moleculaire aanslutingen onder individuele SWCNTs“ vergen.

Nanojoining zal diverse aan de gang zijnde nano-vervaardigt technologieën voor nano-mechatronics en moleculaire apparaten hervormen. Deze nanodevices en nanosystems hebben het potentieel om distinctieve eigenschappen en superieure gevoeligheid te verstrekken, en kunnen betere integratie en verminderde werkende energiebehoeften voor de volgende generatie van technologieën aanbieden. Een huidig voorbeeld is gelaste die Au/Ag nanoparticles in oppervlakte verbeterde sondes Raman wordt gebruikt die beloven om enige moleculekarakterisering voor moderne medische diagnostiek, drugontwikkeling en/of quantum gegevensverwerking te verstrekken7,8.


Verwijzingen

1. Y. Zhou, „Microjoining en Nanojoining“. Woodhead Publishing Ltd, Cambridge, Engeland, CRC Pers, 2008
2. M. Terrones, F. Banhart, N. Grobert, J.C. Charlier, H. Terrones, en P.M. Ajayan, Phys. Toer Lett. 2002, 89, 075505
3. W. Wu, A. HU, X. Li, J. Wei, Q. Shu, K.L. Wang, M. Yavuz, Y. Zhou, „het Vacuüm solderen van koolstof nanotube bundels“, Mater. 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, en K. Takayanagi, Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 1169
7. Y. Zhou, A. HU, M.I. Khan, W. Wu, B. Tam, en M. Yavuz. „Recente vooruitgang in micro en het nanojoining“. J. Phys. Conf. Ser. 2009, 165, 012021.
8. A. HU, S.K. Panda, M.I. Khan, Y. Zhou, (2009) het „Lassen, Microwelding, Nanowelding en Nanoprocessing van de Laser“, Kin. J. Lasers Vol.36, no.12, 3149.
9. H. Alarifi, A. HU, M. Yavuz, Y. Zhou, „het Plakken van de draden van Cu bij lage temperaturen die Ag nanoparticles deeg“ gebruiken, het te werk gaan van de Maatschappij van het Onderzoek van Materialen, de Daling van 2009, Boston, de V.S.
10. A. HU, M. Rybachuk, Q. - B, Lu en W.W. Duley. „Directe synthese van koolstofkettingen SP-in entrepot op grafietoppervlakte door de straling van de femtosecondlaser“. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 1319061.

Copyright AZoNano.com, Professor Norman Zhou (Universiteit van Waterloo)

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

Last Update: 14. June 2013 01:16

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit