Nanojoining - En IntegrationsTeknologi för Nanodevices och Nanosystems

vid ProfessorNormanden Zhou

Professorn Normandiska Zhou, Direktör och Professorn Anming Hu, ForskningAssistentProfessorn, Centrerar för Avancerat Sammanfoga för Material, Avdelning av Mekaniskt och Mechatronics som Iscensätter, Universitetar av Waterloo
Motsvarande författare: nzhou@uwaterloo.ca

Att Sammanfoga huruvida på det nano, mikro eller makro-fjäll, har varit en nödvändig del av fabriks- och enheten av konstgjorda produkter och att ge mekanisk koppla ihop och service, elektrisk anslutning eller isolering, miljöskydd, Etc. som Detta som fortfarande ska, var riktig med den dyka upp teknologin av nanojoining, dvs. bästa-besegrar producerande permanent unioner eller anslutningar mellan nanosized byggande kvarter, som är typisk tillverkat använda, tekniker liksom nanolithography eller botten-uppmetoder liksom själv-enheten, för att bilda funktionella nanodevices och nanosystems1.

Nanojoining låter också att integrera dessa nanodevices och nanosystems till omgivningen, dvs. mikro- och makro-fjäll apparater och system. Nanojoining ses också till som nanobonding, nanowelding, nanobrazing, nanosoldering, Etc.

Permanent unioner eller anslutningar mellan byggande kvarter eller delar som är församlade, produceras främst till och med bildandet av primära (och orsakar på sekundärt), kemiska förbindelser mellan fayingen ytbehandlar1. När delarna inte är kompatibla i atom-, strukturerar, en interlayer, eller mellanliggande materiellt kan krävas. I princip ytbehandlar sänker heltäckande för två ideal, e.g., både perfekt fullständigt och atomically, den ska förbindelsen tillsammans, om kommit med in i intim kontakt, som de ska dras tillsammans spontaneously av interatomic styrkor.

Emellertid mest ytbehandlar iscensätta karakteriseras, som grovt och kontaminerat och att kräva något bilda av energi, vanligt värma och/eller pressa, för att appliceras till betaget dessa ytbehandlar hindrar för att göra ett gemensamt1. Det förväntas att dessa ska hindrar är mindre viktiga, i nanojoining på grund av mycket förminskande ytbehandlar områden och sakkunnigmiljöer som används i mest nanojoining bearbetar. Å andra sidan uppstår andra utmaningar på grund av att fortsätta miniatyrisering och de tillhörande lagarna av fysik. Dessa som for example skulle, orsakar svårigheter i behandlig av delar.

För en tid sedan bearbetar utvecklingen av nanojoining tilldrar enorma försök2-9. Olika metoder har framkallats för nanojoining, något av som har varit åtminstone delvist lyckat. Till exempel by i-situ e-stråla exponering med ett överföringselektronmikroskop på höga temperaturer, svetsade Terrone2 o.a. två korsa nanotubes för singelväggkol (SWCNT) till och med bildandet av covalent C--Cförbindelser, och åtta-membered kolet för det skapelsen av sju eller ringer överbrygga två nanotubes.

För en tid sedan har Professorn Normandiska Zhou och hans kollegor på Centre för Avancerade Material som Sammanfogar, lyckat brazed kolnanotubepackar till Ni-elektroder med Ti-Innehållande brazing legerar på 900°C till 1000°C3, som nanotubes reagerar med Ti för att bilda i Ti-cförbindelser som leder till låga Ohmic kontakter mellan kolnanotubes och Ni-elektroder.

Wei realiserade4 o.a. att nanoconnectionen mellan kolnanotubes och tungstenblytak, genom att sätta in ett Ga-lagrar med en fokuserad Gd+-jon strålar (FIBEN). Ett litet kontaktmotstånd av tio till 100 Ohm uppnåddes. Chen o.a.5 obligations- SWCNTs till Tielektroder genom att använda en ultraljuds- obligationsförsäljare för att erhålla robustt förbindelser med ett kontaktmotstånd av några kilo-Ohm. Liknande till konventionell motståndsfläcksvetsning, Hirayama svetsade6 o.a. två SWCNTs, genom att applicera strömmar till och med en scanning som gräver mikroskopet. Självfallet är dessa protokoll effektiva endera i mycket specifikt villkorar och/eller för ett mycket specifikt materiellt, liksom, e-strålar, eller jonen strålar som kräver kick dammsuger, ultraljuds- svetsning, som ger mindre rumsligt kontrollerar av fogar ihop, Jouleuppvärmning, som begränsas till sammanfoga av ledare.

Omvänt beskrivas två omväxlande metoder in specificerar i efter dela upp som är effektiva för sammanfogande nanomaterials i allmänhet:

  • femtosecondlaser-irradiation7,8 och
  • halvledar- ytbehandlar sintra för låg temperatur igenom atom- diffusion, och/eller partiskt ytbehandla smältning9.

Som elektron-galler den termiska koppla ihop tiden (omkring 1 picosecond) är mycket längre än femtosecondlaseren pulserar bredd, har elektronerna inte nog tid att överföra energi till gallret. Naturen av växelverkan av femtosecondlaser pulserar, och material är bekant som non-termiskt bearbeta.

Efter elektroner har varit upphetsada vid en femtosecondlaser, förminskas gallersammanhanget, och bandet lossar tack vare Coulombavskyn. Detta medföljs av det unikt verkställer bekant, som ultrafast smältning, som uppstår endast över nano-fjäll, dimensionerar jämfört till den konventionella termiska smältningen. Detta öppna övre spännande möjligheter för att sammanfoga av nano-fjäll byggande kvarter för mikro-elektromekaniska apparater10. Genom exakt att kontrollera laser-energin, är nanojoining på det atom- jämnt möjligheten.

Å andra sidan förhöjs den atom- flyttningen för ytbehandla dramatiskt i nanomaterials, tack vare som deras kickförhållande av ytbehandlar energi till volym kondenserad energi. Near-Ytbehandla atoms med en liknande rörlighet, som i den statliga flytanden kan ge en bindningmekanism till och med förening och att sintra för låg temperatur. För en tid sedan har vi obligations- Cu binder till Cu omkullkastar genom att använda Ag-nanoparticledegar på 160°C.10

Det är bestämt att nanojoining är en av de nyckel- teknologierna i industriell framgång av nanodevices och nanosystems. Som Terrones o.a. som 2 ut pekas för CNT-nanoelectronics och nanodevices, är att sammanfoga ”, ett nyckel- utfärdar, därför att både elektroniska apparater och starka nano-mekaniska system behöver molekylära anslutningar bland individen SWCNTs”.

Nanojoining ska revolutionerar olika pågående nano-fabriks- teknologier för nano-mechatronics och molekylära apparater. Dessa nanodevices och nanosystems har det potentiellt som ger särskiljande rekvisita och överlägsen känslighet och kan erbjuda förbättrad integration och förminskande att fungera energikrav för nästa generation av teknologier. Ett strömexempel är de svetsade Au-/Agnanoparticlesna som in används, ytbehandlar förhöjda Raman sonder som lovar för att ge singelmolekylkarakteriseringen för modern medicinsk diagnostik, drogutveckling och/eller quantumberäkning7,8.


Hänvisar till

1. Y. Zhou, ”Microjoining och Nanojoining”. Woodhead Publicerande AB, Cambridge, England, CRC-Press, 2008
2. M. Terrones, F. Banhart, N. Grobert, J.C. Charlier, H. Terrones och P.M. Ajayan, Phys. Rev. Lett. 2002 89, 075505
3. W. buntar Wu, A. Hu, X. Li, J. Wei, Q. Shu, K.L. Wang, M. Yavuz, Y. Zhou, ”Vacuum brazing av kolnanotube”, Mater. Lett. 62 (2008) 4486
4. C. Chen, L. Yan, E. Kong, Y. Zhang, Nanotechnology 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 och K. Takayanagi, Appl. Phys. Lett. 2001 79, 1169
7. Y. Zhou, A. Hu, M.I. Khan, W. Wu, B. Tam och M. Yavuz. ”Nytt framsteg, i micro och nanojoining”. J. Phys. Conf. Ser. 2009 165, 012021.
8. A. Hu, S.K. Panda, M.I. Khan, Y. Zhou, (2009) ”Laser-Svetsning, Microwelding, Nanowelding och Nanoprocessing”, Haka. J. Laser Vol.36, no.12, 3149.
9. H. binder Alarifi, A. Hu, M. Yavuz, Y. Zhou, ”Bindningen av Cu på låga temperaturer genom att använda Ag-nanoparticlesdeg”, förfarandet av MaterialForskningSamhälle, 2009 Nedgången, Boston, USA.
10. A. Hu, M. Rybachuk, Q. - B, Lu och W.W. Duley. ”Rikta syntes av sp-obligations- kol kedjar på grafiten ytbehandlar vid femtosecondlaser-irradiation”. Appl. Phys. Lett. 2007 91, 1319061.

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Normandiska Zhou (Universitetar av Waterloo)

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

Last Update: 14. June 2013 01:59

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