Nanojoining - Nanodevices 和 Nanosystems 的綜合化技術

由 Norman 周教授

諾曼底人周,主任教授和 Anming 虎隊教授,研究助理教授、機械和機電儀一體化工程滑鐵盧大學的中心連接的高級材料部門
對應的作者: nzhou@uwaterloo.ca

連接,在納諾,微型或大規模,是否是人造產品製造的一個主要部分和裝配,提供機械聯結和技術支持、電子連接數或者绝緣材料、環境保護等等。 這對 nanojoining,即,生產的永久性聯合會或連接數新興技術將是真的 nanosized 構件,使用自頂向下技術是典型地製作的例如 nanolithography,否则自下向上方法之間例如自集合,形成功能 nanodevices 和 nanosystems1

Nanojoining 也准許集成這些 nanodevices 和 nanosystems 到周圍,即微型和大規模設備和系統。 Nanojoining 也指 nanobonding, nanowelding, nanobrazing, nanosoldering 等等。

永久性聯合會或連接數將聚集的構件或零件之間主要通過主要 (和偶爾附屬) 化學鍵的形成被引起在接觸面之間1。 當零件不是兼容的在原子結構時,可能需要夾層或半成品材料。 原則上,二理想的固體表面,即,完全清洗和基本平面,將一起結合,如果帶領進入親密的聯絡,因為他們將被原子間力本能地使一致。

然而,多數工程表面被分析作為粗礪并且被沾染,要求某種能量的形式,通常熱和壓,適用解決這些表面障礙做聯接1。 預計這些障礙將是較不重大的在 nanojoining 由於用於多數 nanojoining 的進程和特殊環境的減少的表面。 另一方面,由於繼續的小型化和關聯物理原理,其他挑戰出現。 這些在零件的處理例如將造成困難。

最近, nanojoining 的進程的發展吸引極大的工作成績2-9。 多種方法為 nanojoining 被開發了,一些是至少部分地成功的。 例如,由與傳輸電子顯微鏡的原地 e 射線風險在高溫, Terrone 通過2 跨接二 nanotubes 的共價 C-C 債券和 (SWCNT)創建七或八 membered 碳環形的形成等銲接了二克服的唯一牆壁碳 nanotubes。

最近, Norman 周教授和他的同事在連接的高級材料中心,順利地鍍了黃銅碳 nanotube 捆綁到有鈦包含的鍍黃銅的合金的 Ni 電極在 900°C 對 1000°C3, nanotubes 起反應與鈦對表單導致在碳 nanotubes 和 Ni 電極之間的低電阻的聯絡的鈦C 債券。

韋通過4 存款與集中的 Gd+ 離子束 (小謊) 的一塊 Ga 層等認識到在碳 nanotubes 和鎢線索之間的 nanoconnection。 十一個小的接觸電阻對 100 歐姆達到。 陳與5 鈦電極等結合 SWCNTs 使用一超音波 bonder 獲得與一些千歐接觸電阻的穩健債券。 類似於常規阻力點銲, Hirayama 通過6 應用當前等銲接了二 SWCNTs 通過掃描挖洞顯微鏡。 明顯地,這些協議是有效的在要求高真空的非常詳細的情況並且/或者為非常詳細的材料,例如, e 射線或者離子束,提供聯接較少空間的控制的超聲波銲接,被限制到連接導體的焦耳熱化。

相反地,為連接的 nanomaterials 一般來說是有效的二替代方法在下列部分詳細被描述:

  • 飛秒激光輻照區域7,8
  • 低溫固體銲接通過表面基本擴散並且/或者部分表面熔化9

因為電子格子熱量耦合的時間 (大約 1 微微秒) 比飛秒激光脈衝寬度長,電子沒有足够的時間調用能源到這個格子。 飛秒激光脈衝和材料的交往的本質叫作非熱能處理。

在電子由飛秒激光後激發,減少格子內聚,并且捆綁鬆開由於庫侖厭惡。 這由叫作超速熔化的唯一作用隨附於,仅發生在納諾縮放比例維數與常規熱量熔化比較。 這打開連接的扣人心弦的可能性納諾縮放比例微電動機械的設備的構件10。 通過準確控制激光能, nanojoining 在這個基本級別是可能的。

另一方面,表面基本遷移在 nanomaterials 顯著被提高由於表面能他們的高比與數量濃縮的能源。 與相似的流動性的接近表面的原子在液態可能通過低溫結合和銲接提供接合結構。 最近,我們與古芝箔結合古芝電匯使用 Ag 納米顆粒粘貼在 160°C。10

肯定 nanojoining 是其中一種在 nanodevices 和 nanosystems 的行業成功的關鍵技術。 作為為 CNT 2 nanoelectronics 和 nanodevices 等指出的 Terrones,因為電子設備和嚴格的納諾機械系統需要在單個 SWCNTs 中的分子連接數」,連接 「是重要問題。

Nanojoining 將改革納諾機電儀一體化和分子設備的多種持續的納諾製造技術。 這些 nanodevices 和 nanosystems 有潛在提供特別屬性和優越區分,并且可能提供被改進的綜合化和減少運行技術的下一代的能量需要。 一個當前示例是用於表面承諾為現代醫療診斷,藥物發展並且/或者量子計算提供唯一分子描述特性的改進的喇曼探測的被銲接的 Au/Ag nanoparticles7,8


參考

1. Y. 周, 「Microjoining 和 Nanojoining」。 發布有限公司,劍橋,英國, CRC 新聞的 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. 吳, A. 虎隊, X. 李, J. 韋, Q. Shu, K.L. Wang, M. Yavuz, Y. 周, 「真空鍍黃銅碳 nanotube 捆綁」, Mater。 Lett。 62 (2008) 4486
4. C. 陳, L. 嚴, E. Kong, Y. 張,納米技術 2006年, 17, 2192。
5. B. 韋, 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. 虎隊, M.I. Khan, W. 吳, B. Tam 和 M. Yavuz。 「在微小和 nanojoining 的最近進展」。 J. Phys。 Conf。 Ser. 2009年, 165, 012021。
8. A. 虎隊, S.K. Panda, M.I. Khan, Y. 周, (2009) 「激光銲, Microwelding、 Nanowelding 和 Nanoprocessing」,奇恩角。 J. 激光 Vol.36, no.12, 3149。
9. H. Alarifi, A. 虎隊, M. Yavuz, Y. 周, 「結合在低溫的古芝電匯使用 Ag nanoparticles 粘貼」,進行材料研究社團, 2009 秋天,波士頓,美國。
10. A. 虎隊、 M. Rybachuk, Q。 - B, Lu 和 W.W. Duley。 「sp 保稅的碳鏈子直接綜合在石墨表面的在飛秒激光輻照區域之前」。 Appl. Phys。 Lett。 2007年, 91, 1319061。

版權 AZoNano.com, Norman 周 (滑鐵盧大學教授)

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

Last Update: 14. June 2013 01:12

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