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Nanojoining - Uma Tecnologia de Integração para Nanodevices e Nanosystems

pelo Professor Normando Zhou

Professor Normando Zhou, Director, e Professor Anming Hu, Professor Adjunto da Pesquisa, Centro para os Materiais Avançados que Juntam-se, Departamento da Engenharia Mecânica e da Mecatrónica, Universidade de Waterloo
Autor Correspondente: nzhou@uwaterloo.ca

Juntar-se, se no nano, micro ou macro-escala, foi uma parte essencial de fabricação e conjunto de produtos sintéticos, fornecendo ao acoplamento e a apoio mecânico, à conexão ou isolação elétrica, protecção ambiental, Etc. Isto ainda será verdadeiro com a tecnologia emergente de nanojoining, isto é, uniões ou conexões permanentes de produção entre os blocos de apartamentos nanosized, que são técnicas invertidos de utilização tipicamente manufacturados tais como o nanolithography, ou métodos de baixo para cima tais como o auto-conjunto, formará nanodevices e nanosystems funcionais1.

Nanojoining igualmente reserva integrar estes nanodevices e nanosystems aos arredores, isto é dispositivos e sistemas micro e da macro-escala. Nanojoining é referido igualmente como nanobonding, nanowelding, nanobrazing, nanosoldering, Etc.

As uniões ou as conexões Permanentes entre os blocos de apartamentos ou as peças a ser montados são produzidas principalmente com a formação (e ocasionalmente secundário) de ligações químicas preliminares entre superfícies de faying1. Quando as peças não são compatíveis em estruturas atômicas, um interlayer ou um material intermediário podem ser exigidos. Em princípio, duas superfícies do sólido ideal, por exemplo, limpam perfeitamente e atômica liso, ligar-se-ão junto se trazido no contacto íntimo, porque serão desenhadas junto espontâneamente por forças interatómicas.

Contudo, a maioria de superfícies da engenharia são caracterizadas como áspero e contaminadas, exigindo algum formulário de energia, geralmente calor e/ou pressão, ser aplicado para superar estes impedimentos de superfície para fazer uma junção1. Espera-se que estes impedimentos serão menos significativos em nanojoining devido às áreas de superfície muito reduzidas e aos ambientes especiais usados na maioria de processos nanojoining. Por outro lado, outros desafios elevaram devido à miniaturização de continuação e às leis de física associadas. Estes causariam por exemplo dificuldades na manipulação das peças.

Recentemente, a revelação de processos nanojoining está atraindo esforços tremendos2-9. Os Vários métodos foram desenvolvidos nanojoining, alguns de que foram pelo menos parcialmente bem sucedido. Por exemplo, pela exposição in situ do e-feixe com um microscópio de elétron da transmissão em altas temperaturas, Terrone soldou2 e outros dois únicos nanotubes de cruzamento do carbono da parede (SWCNT) com a formação de ligações covalent do CENTÍMETRO CÚBICO e dos anéis do criação de sete ou os oito-membrados do carbono que constroem uma ponte sobre dois nanotubes.

Recentemente, o Professor Normando Zhou e seus colegas no Centro para os Materiais Avançados que Juntam-se, soldaram com sucesso pacotes do nanotube do carbono aos eléctrodos do Ni com as ligas de soldadura deContenção em 900°C a 1000°C3, em que os nanotubes reagem com o Si às ligações do Si-c do formulário que conduzem aos baixos contactos Ôhmicos entre nanotubes do carbono e eléctrodos do Ni.

Wei realizou4 e outros o nanoconnection entre nanotubes do carbono e chumbos do tungstênio depositando uma camada de GA com um feixe de íon focalizado de Gd+ (MENTIR). Uma resistência de contacto pequena dos dez a 100 Ohms foi conseguida. Chen ligou5 e outros SWCNTs aos eléctrodos do Si usando um bonder ultra-sônico para obter ligações robustas com uma resistência de contacto de algum quilo-Ohm. Similar à soldadura de ponto convencional da resistência, Hirayama soldou6 e outros dois SWCNTs aplicando correntes através de um microscópio da escavação de um túnel da exploração. Obviamente, estes protocolos são eficazes nas circunstâncias muito específicas e/ou para um material muito específico, como, o e-feixe ou os feixes de íon que exigem o vácuo alto, a soldadura ultra-sônica que fornece menos controle espacial das junções, o aquecimento do Joule que é limitado à junta dos condutores.

Inversamente, dois métodos alternativos são descritos em detalhe na seguinte secção que são eficazes para nanomaterials de junta geralmente:

  • irradiação do laser do femtosegundo7,8 e
  • aglomeração de circuito integrado da baixa temperatura com a difusão atômica de superfície e/ou do derretimento de superfície parcial9.

Porque o tempo de acoplamento térmico da elétron-estrutura (aproximadamente 1 picosegundo) é muito mais longo do que a largura de pulso do laser do femtosegundo, os elétrons não têm bastante tempo para transferir a energia à estrutura. A natureza da interacção de pulsos e de materiais do laser do femtosegundo é sabida como o processamento não-térmico.

Depois Que os elétrons foram entusiasmado por um laser do femtosegundo, a coesão da estrutura está reduzida e o emperramento afrouxa devido à repulsa do Culômbio. Isto é acompanhado do efeito original conhecido como o derretimento ultrafast, que ocorre somente sobre as dimensões da nano-escala comparadas ao derretimento térmico convencional. Isto abre possibilidades emocionantes para juntar-se de blocos de apartamentos da nano-escala para dispositivos micro-electromecânicos10. Precisamente controlando a energia de laser, nanojoining a nível atômico é possível.

por outro lado, a migração atômica de superfície é aumentada dramàtica nos nanomaterials devido a sua relação alta da energia de superfície à energia condensada volume. os átomos da Próximo-Superfície com uma mobilidade similar como no estado líquido podem fornecer um mecanismo da ligação com a coalescência e da aglomeração da baixa temperatura. Recentemente, nós ligamos fios do Cu às folhas do Cu usando pastas do nanoparticle do AG em 160°C.10

Está absolutamente certo que nanojoining é uma das tecnologias chaves no sucesso industrial dos nanodevices e dos nanosystems. Como Terrones e outros 2 indicado para o nanoelectronics e os nanodevices de CNT, juntar-se “é uma questão básica porque os dispositivos electrónicos e os sistemas nano-mecânicos fortes precisam conexões moleculars entre SWCNTs individual”.

Nanojoining revolucionará várias tecnologias em curso da nano-fabricação para a nano-mecatrónica e dispositivos moleculars. Estes nanodevices e nanosystems têm o potencial fornecer propriedades distintivas e a sensibilidade superior, e podem oferecer a integração melhorada e reduzido operar exigências de energia para a próxima geração de tecnologias. Um exemplo actual é os nanoparticles soldados de Au/Ag usados nas pontas de prova aumentadas superfície de Raman que prometem fornecer a única caracterização da molécula para diagnósticos, a revelação da droga e/ou a computação de quantum médicos modernos7,8.


Referências

1. Y. Zhou, “Microjoining e Nanojoining”. Woodhead que Publica Ltd, Cambridge, Inglaterra, Imprensa do CENTRO DE DETECÇÃO E DE CONTROLO, 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, do “soldadura Vácuo do nanotube do carbono empacota”, 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 no micro e em nanojoining”. J. Phys. Conf. Número 2009, 165, 012021.
8. A. Hu, S.K. Panda, M.I. Khan, Y. Zhou, (2009) de “Soldadura Laser, Microwelding, Nanowelding e Nanoprocessing”, Chin. J. Lasers Vol.36, no.12, 3149.
9. H. Alarifi, A. Hu, M. Yavuz, Y. Zhou, “Ligamento de fios do Cu em baixas temperaturas usando a pasta dos nanoparticles do AG”, continuação da Sociedade da Pesquisa dos Materiais, 2009 Queda, Boston, EUA.
10. A. Hu, M. Rybachuk, Q. - B, Lu e W.W. Duley. “Síntese Directa de correntes sp-ligadas do carbono na superfície da grafite pela irradiação do laser do femtosegundo”. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 1319061.

Copyright AZoNano.com, Professor Normando Zhou (Universidade de Waterloo)

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

Last Update: 14. June 2013 01:48

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