Nanojoining - Nanodevices 和 Nanosystems 的综合化技术

由 Norman 周教授

诺曼底人周,主任教授和 Anming 虎队教授,研究助理教授、机械和机电仪一体化工程滑铁卢大学的中心连接的高级材料部门
对应的作者: nzhou@uwaterloo.ca

连接,在纳诺,微型或大规模,是否是人造产品制造的一个主要部分和装配,提供机械联结和技术支持、电子连接数或者绝缘材料、环境保护等等。 这对 nanojoining,即,生产的永久性联合会或连接数新兴技术将是真的 nanosized 构件,使用自顶向下技术是典型地制作的例如 nanolithography,否则自下向上方法之间例如自集合,形成功能 nanodevices 和 nanosystems1

Nanojoining 也准许集成这些 nanodevices 和 nanosystems 到周围,即微型和大规模设备和系统。 Nanojoining 也指 nanobonding, nanowelding, nanobrazing, nanosoldering 等等。

永久性联合会或连接数将聚集的构件或零件之间主要通过主要 (和偶尔附属) 化学键的形成被引起在接触面之间1。 当零件不是兼容的在原子结构时,可能需要夹层或半成品材料。 原则上,二理想的固体表面,即,完全清洗和基本平面,将一起结合,如果带领进入亲密的联络,因为他们将被原子间力本能地使一致。

然而,多数工程表面被分析作为粗砺并且被沾染,要求某种能量的形式,通常热和压,适用解决这些表面障碍做联接1。 预计这些障碍将是较不重大的在 nanojoining 由于用于多数 nanojoining 的进程和特殊环境的减少的表面。 另一方面,由于继续的小型化和关联物理原理,其他挑战出现。 这些在零件的处理例如将造成困难。

最近, nanojoining 的进程的发展吸引极大的工作成绩2-9。 多种方法为 nanojoining 被开发了,一些是至少部分地成功的。 例如,由与传输电子显微镜的原地 e 射线风险在高温, Terrone 通过2 跨接二 nanotubes 的共价 C-C 债券和 (SWCNT)创建七或八 membered 碳环形的形成等焊接了二克服的唯一墙壁碳 nanotubes。

最近, Norman 周教授和他的同事在连接的高级材料中心,顺利地镀了黄铜碳 nanotube 捆绑到有钛包含的镀黄铜的合金的 Ni 电极在 900°C 对 1000°C3, nanotubes 起反应与钛对表单导致在碳 nanotubes 和 Ni 电极之间的低电阻的联络的钛C 债券。

韦通过4 存款与集中的 Gd+ 离子束 (小谎) 的一块 Ga 层等认识到在碳 nanotubes 和钨线索之间的 nanoconnection。 十一个小的接触电阻对 100 欧姆达到。 陈与5 钛电极等结合 SWCNTs 使用一超音波 bonder 获得与一些千欧接触电阻的稳健债券。 类似于常规阻力点焊, Hirayama 通过6 应用当前等焊接了二 SWCNTs 通过扫描挖洞显微镜。 明显地,这些协议是有效的在要求高真空的非常详细的情况并且/或者为非常详细的材料,例如, e 射线或者离子束,提供联接较少空间的控制的超声波焊接,被限制到连接导体的焦耳热化。

相反地,为连接的 nanomaterials 一般来说是有效的二替代方法在下列部分详细被描述:

  • 飞秒激光辐照区域7,8
  • 低温固体焊接通过表面基本扩散并且/或者部分表面熔化9

因为电子格子热量耦合的时间 (大约 1 微微秒) 比飞秒激光脉冲宽度长,电子没有足够的时间调用能源到这个格子。 飞秒激光脉冲和材料的交往的本质叫作非热能处理。

在电子由飞秒激光后激发,减少格子内聚,并且捆绑松开由于库仑厌恶。 这由叫作超速熔化的唯一作用随附于,仅发生在纳诺缩放比例维数与常规热量熔化比较。 这打开连接的扣人心弦的可能性纳诺缩放比例微电动机械的设备的构件10。 通过准确控制激光能, nanojoining 在这个基本级别是可能的。

另一方面,表面基本迁移在 nanomaterials 显著被提高由于表面能他们的高比与数量浓缩的能源。 与相似的流动性的接近表面的原子在液态可能通过低温结合和焊接提供接合结构。 最近,我们与古芝箔结合古芝电汇使用 Ag 纳米颗粒粘贴在 160°C。10

肯定 nanojoining 是其中一种在 nanodevices 和 nanosystems 的行业成功的关键技术。 作为为 CNT 2 nanoelectronics 和 nanodevices 等指出的 Terrones,因为电子设备和严格的纳诺机械系统需要在单个 SWCNTs 中的分子连接数”,连接 “是重要问题。

Nanojoining 将改革纳诺机电仪一体化和分子设备的多种持续的纳诺制造技术。 这些 nanodevices 和 nanosystems 有潜在提供特别属性和优越区分,并且可能提供被改进的综合化和减少运行技术的下一代的能量需要。 一个当前示例是用于表面承诺为现代医疗诊断,药物发展并且/或者量子计算提供唯一分子描述特性的改进的喇曼探测的被焊接的 Au/Ag nanoparticles7,8


参考

1. Y. 周, “Microjoining 和 Nanojoining”。 发布有限公司,剑桥,英国, CRC 新闻的 Woodhead, 2008年
2. M. Terrones、 F. Banhart, N. Grobert, J.C. Charlier, H. Terrones 和 P.M. Ajayan, Phys。 Lett。 2002年, 89, 075505
3. W. 吴, A. 虎队, X. 李, J. 韦, Q. Shu, K.L. Wang, M. Yavuz, Y. 周, “真空镀黄铜碳 nanotube 捆绑”, Mater。 Lett。 62 (2008) 4486
4. C. 陈, L. 严, E. Kong, Y. 张,纳米技术 2006年, 17, 2192。
5. B. 韦, R. Spolenak, P. 科勒Redlich, M. Ruhle, E. Arzt, Appl。 Phys。 Lett。 1999年, 74, 3149。
6. H. Hiyayama、 Y. Kawamoto, Y. Ohshima 和 K. Takayanagi, Appl。 Phys。 Lett。 2001年, 79日 1169
7. Y. 周、 A. 虎队, M.I. Khan, W. 吴, B. Tam 和 M. Yavuz。 “在微小和 nanojoining 的最近进展”。 J. Phys。 Conf。 Ser. 2009年, 165, 012021。
8. A. 虎队, S.K. Panda, M.I. Khan, Y. 周, (2009) “激光焊, Microwelding、 Nanowelding 和 Nanoprocessing”,奇恩角。 J. 激光 Vol.36, no.12, 3149。
9. H. Alarifi, A. 虎队, M. Yavuz, Y. 周, “结合在低温的古芝电汇使用 Ag nanoparticles 粘贴”,进行材料研究社团, 2009 秋天,波士顿,美国。
10. A. 虎队、 M. Rybachuk, Q。 - B, Lu 和 W.W. Duley。 “sp 保税的碳链子直接综合在石墨表面的在飞秒激光辐照区域之前”。 Appl. Phys。 Lett。 2007年, 91, 1319061。

版权 AZoNano.com, Norman 周 (滑铁卢大学教授)

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

Last Update: 14. June 2013 01:09

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