Nanojoining - Технология Внедрения для Nanodevices и Nanosystems

Профессором Норманом Zhou

Профессор Норман Zhou, Директор, и Профессор Anming Hu, Профессор Ассистента по Исследованиям, Центр для Предварительных Материалов Соединяя, Отдел Механически и Мехатроника Инджиниринг, Университет Ватерлоо
Соответствуя автор: nzhou@uwaterloo.ca

Соединять, ли на nano, микро- или макромасштабе, главная часть изготавливания и агрегата искусственных продуктов, обеспечивающ механически соединение и поддержку, электрические соединение или изоляцию, охрану окружающей среды, Etc. Это все еще будет истинно с вытекая технологией nanojoining, т.е., производя постоянные соединения или nanosized связь между строительные блоки, которые типично изготовлены используя идущий сверху вниз методы как nanolithography, или вверх ногами методами как собственн-агрегат, сформировать функциональные nanodevices и nanosystems1.

Nanojoining также позволяет интегрировать эти nanodevices и nanosystems к окрестностям, т.е. приборы и системы микро- и макромасштаба. Nanojoining также названо nanobonding, nanowelding, nanobrazing, nanosoldering, Etc.

Постоянные соединения или строительные блоки или части связь между, котор нужно собрать произведены главным образом через образование первичных (и на случаях вторичных) химическых соединений между плотно прилегающими поверхностями1. Когда части не совместимы в атомных строениях, прослоек или промежуточный материал могут необходимы. В принципе, 2 поверхности идеально твердого тела, например, и совершенно очищают и атомно плоско, скрепят совместно если принесено в плотный контакт, то по мере того как они будут нарисованы совместно самопроизвольно interatomic усилиями.

Однако, большинств поверхности инженерства охарактеризованы как грубая и загрязнены, требуя некоторой формы энергии, обычно жары и/или давления, быть прикладной отжать эти поверхностные препятствия для того чтобы сделать соединение1. Предположено что эти препятствия будут более менее значительно в nanojoining из-за очень уменьшенных поверхностных областей и специальных окружающих сред используемых в большинств nanojoining процессах. С другой стороны, другие возможности возникают из-за продолжая миниатюризации и связанных законов физики. Эти например причинили бы затруднения в манипуляции частей.

Недавно, развитие nanojoining процессов привлекает большущие усилия2-9. Различные методы были начаты для nanojoining, некоторые чего хотя бы частично успешен. Например, мимо в-situ выдержке e-луча с просвечивающим электронным микроскопом в условиях высоких температур, Terrone et al.2 сварили 2 пересекая одностеночных nanotubes углерода (SWCNT) через образование ковалентных скреплений C-C и колец творения 7 или 8-membered углерода наводя 2 nanotubes.

Недавно, Профессор Норман Zhou и его коллегаы на Центре для Предварительных Материалов Соединяя, успешно паяли пачки nanotube углерода к электродам Ni с Ti-Содержа сплавами твердой пайкой на 900°C к 1000°C3, в котором nanotubes реагируют с Ti к скреплениям Ti-C формы водя к низким Омовским контактам между nanotubes углерода и электродами Ni.

Вэй et al.4 осуществили nanoconnection между nanotubes углерода и руководствами вольфрама путем депозировать слой Ga с сфокусированным лучем иона Gd+ (FIB). Было достигано малое контактное сопротивление 10 до 100 Омов. Chen et al.5 скрепили SWCNTs к электродам Ti используя ультразвуковое bonder для того чтобы получить робастные скрепления с контактным сопротивлением немного кило-Омов. Подобно к обычной заварке пятна сопротивления, Hirayama et al.6 сварил 2 SWCNTs путем прикладывать течения через микроскоп прокладывать тоннель скеннирования. Очевидно, эти протоколы эффективны или в очень специфических условиях и/или для очень специфического материала, как, e-луча или ионных лучей которые требуют глубокого вакуума, ультразвуковой заварки которая предусматривает меньше пространственного управления соединений, топления Джоуля которое ограничено к соединять проводников.

Наоборот, 2 алтернативного метода описаны подробно в следующем разделе который эффективн для соединяя nanomaterials вообще:

  • облучение лазера фемтосекунды7,8 и
  • спекать низкой температуры полупроводниковый через поверхностную атомную диффузию и/или частично поверхностный плавить9.

По Мере Того Как время электрон-решетки термальное соединяя (около 1 пикосекунда) гораздо длиннее чем ширина ИМПа ульс лазера фемтосекунды, электроны не имеют достаточное время возвратить энергию к решетке. Природа взаимодействия ИМПов ульс и материалов лазера фемтосекунды как non-термальный обрабатывать.

После Того Как электроны были возбуждены лазером фемтосекунды, сцепление решетки уменьшено и вязка отпускает должное к отталкиванию Кулона. Это сопровожено уникально влиянием известным как ultrafast плавить, который происходит только над размерами nano-маштаба сравненными к обычный термальный плавить. Эт открытые поднимающие вверх exciting возможности для соединять строительных блоков nano-маштаба для микро--электро-механических приборов10. точно контролировать энергию лазера, nanojoining на атомном уровне возможен.

с другой стороны, поверхностное атомное переселение драматически увеличено в nanomaterials должных к их высокому коэффициенту поверхностной энергии к энергии сконденсированной томом. Приповерхностные атомы с подобной удобоподвижностью как в жидком виде смогите обеспечить механизм выпуска облигаций через срастание и спекать низкой температуры. Недавно, мы скрепляли проводы Cu к фольгам Cu используя затиры nanoparticle Ag на 160°C.10

Оно точно что nanojoining одна из ключевых технологий в промышленном успехе nanodevices и nanosystems. Как Terrones et al. 2 указанные вне для nanoelectronics и nanodevices CNT, соединять «ключевой вопрос потому что и электронным устройствам и сильным nano-механически системы нужны молекулярные соединения среди индивидуального SWCNTs».

Nanojoining революционизирует различные продолжающийся технологии nano-изготавливания для nano-мехатроники и молекулярных приборов. Эти nanodevices и nanosystems имеют потенциал обеспечить своеобразнейшие свойства и главную чувствительность, и могут предложить улучшенное внедрение и уменьшено работать энергитические потребности для следующего поколени технологий. Настоящий пример сваренные nanoparticles Au/Ag используемые в увеличенных поверхностью зондах Raman которые обещают обеспечить одиночную характеризацию молекулы для самомоднейших медицинских диагностик, развития снадобья и/или вычислять суммы7,8.


Справки

1. Y. Zhou, «Microjoining и Nanojoining». Woodhead Опубликовывая Ltd, Кембридж, Англию, Давление CRC, 2008
2. M. Terrones, F. Banhart, N. Grobert, J.C. Charlier, H. Terrones, и P.M. Ajayan, Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 075505
3. W. Wu, A. Hu, X. Li, J. Вэй, Q. Shu, K.L. Wang, M. Yavuz, Y. Zhou, «паять Вакуума nanotube углерода связывает», Mater. Lett. 62 (2008) 4486
4. C. Chen, L. Yan, E. Kong, Y. Zhang, Нанотехнология 2006, 17, 2192.
5. B. Вэй, R. Spolenak, P. Kohler-Redlich, M. Ruhle, E. Arzt, Appl. Phys. Lett. 1999, 74, 3149.
6. H. Hiyayama, Y. Kawamoto, Y. Ohshima, и K. Takayanagi, Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 1169
7. Y. Zhou, A. Hu, M.I. Khan, W. Wu, B. Tam, и M. Yavuz. «Недавний прогресс в micro и nanojoining». J. Phys. Conf. Ser. 2009, 165, 012021.
8. A. Hu, S.K. Панда, M.I. Khan, Y. Zhou, (2009) «Заварка Лазера, Microwelding, Nanowelding и Nanoprocessing», Chin. J. Лазеры Vol.36, no.12, 3149.
9. H. Alarifi, A. Hu, M. Yavuz, Y. Zhou, «Скреплять проводов Cu на низких температурах используя затир nanoparticles Ag», продолжать Общества Исследования Материалов, 2009 Падение, Бостон, США.
10. A. Hu, M. Rybachuk, Q. - B, Lu и W.W. Duley. «Прямой синтез sp-скрепленных углеродных цепей на поверхности графита облучением лазера фемтосекунды». Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 1319061.

Авторское Право AZoNano.com, Профессор Норман Zhou (Университет Ватерлоо)

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

Last Update: 14. June 2013 01:52

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