Elektronenmikroskop Basierte Fälschung und Nano--Mechanische Prüfung

Durch Professor Gurpreet Singh

Gurpreet Singh, Assistenzprofessor-, Mechanische und Technische Kernabteilung, 3002 Rathbone Hall, Staat Kansas-Universität Manhattan, Kansas 66506, USA
Entsprechender Autor: gurpreet@ksu.edu

Die frühe Forschung, die Manipulation und Nano--mechanische Prüfung von einzelnen nanostructures mit einbezieht, wurde mittels Atomkraftmikroskop demonstriert (AFM) und Scannentunnelbaumikroskop (STM) basierte Anlagen [1-4]. Zum ersten Mal erlaubten diese Mikroskope Unternm Schuppenbeobachtung sowie -interaktion mit dem Probenmaterial. Die Meisten der Arbeit, die grundlegende mechanische Eigenschaften von nanotubes mit einbezieht, wurde durch FLUGHANDBUCH basierte Oberflächenmanipulationen auf einer planaren Substratfläche erledigt. Unter Verwendung einer scharfen Mikroskopiespitze konnten sich einzelne nanotubes befinden und transportiert werden, indem man rollte und schob; schließlich konnten sie zur rechten Größe geschnitten werden (durch den Druck). Angebotvorteil Dieser Mikroskope im Hinblick auf die Auflösung aber dort ist zu jeder möglicher AFM/STM basierten Manipulationsstrategie ein hauptsächliches abwärts gerichtetes; der Mangel an Echtzeitdarstellung und die Beschränkung der Manipulation zu den planaren Oberflächen, die einige Operationen unmöglich macht.

In den letzten Jahren, im Rasterelektronenmikroskop (SEM), fokussierten im Ionenträgermikroskop (FLUNKEREI) und im basierten (TEM) Durchstrahlungselektronenmikroskop haben Nano-manipulation Anlagen begonnen, das FLUGHANDBUCH (basierte Anlagen) [5-8] auszutauschen. SEM/FIB bietet 3-D Manipulation der Nano-zellen in der Istzeit an. Die geräumigere Kammer dieser Art des Mikroskops erlaubt das Montieren des größeren Probenmaterials. Obgleich die Auflösung von SEM ist eine Größenordnung kleiner zur Verfügung stellte, als die eines TEM oder des FLUGHANDBUCHS, es normalerweise als gut genug für Auswahl, Trennung, Manipulation, Montage sowie Prüfung von Nano--mechanischen Einheiten gilt.

Unsere Forschungsgruppe ist in SEM und in FLUNKEREI basierte Manipulation für grundlegende Bewertung des mechanischen Eigentums sowie Fälschung von ` Beweis-vonprinzip' Einheiten miteinbezogen worden. Seit der ganzen Fälschung und Prüfung wird unter direkter Ansicht von SEM, bleibt dort wenig Aussicht für Mehrdeutigkeit in den experimentellen Daten durchgeführt. Dr. Singh und sein Team [7-8] haben Fälschung und Prüfung zu zwei basierten Einheiten der Einzelperson (NT) nanotube demonstriert: A) eine einzelne NT-/sphereeinheit für Gebrauch als Kraftfühler [7] und B) ein Prototypmikrotom CNT Nano-messer für die Einteilung von biologischen Materialien [8].

Abbildung 1: die Nano--Einheiten, die mittels SEM fabriziert wurden und geprüft waren, basierten nanomanipulation Anlage. (a) NT-/spherekraft-Fühlereinheit, sehen Bezug [7] für Sonderkommandos. (b) Kohlenstoff nanotube Prototyp Nano-messer, sehen Bezug [8] für Sonderkommandos.

Die NT-/sphereeinheit enthält eine Polystyrenmikrosphärenraupe, die zu einem einzelnen mehrwandigen Kohlenstoff nanotube befestigt wird (MWCNT), gezeigt in Fig. 1 (A). Die Einheit hat Anwendungen, wenn sie Zelldeformationsverhalten studiert, indem sie optisch den Ausschlag der Kugel misst, da die Kugel genug groß ist-, mit optischen Methoden [7,9] genau entdeckt zu werden. Wir sind fortgefahren, mit Forschungsgruppen am National Institute of Standards and Technology zu arbeiten (Material-Zuverlässigkeit und Optoelektronik-Abteilung) um Neuanmeldungen dieser Einheit zu erforschen und bis jetzt sind wir in der Lage gewesen zu demonstrieren: (a) studiert Kalibrierung des Fühlers, zum der Reichweite Kräfte d.h. viel zu senken, piconewton und (b), die NT-/sphereanordnung für die Emulierung eines Zellkernes für Kalibrierung Verwendend, unter Verwendung der optischen Kohärenztomographie (OCT) [9].

Die Prototyp Nano-messer Einheit besteht aus einem CNT ausgedehnt zwischen zwei Wolframnadeln (zusammengehalten auf einer Glassubstratfläche). In-situquerbelastungsprüfungen auf dem Nano-messer zeigten an, dass Versagen an der Schweißung (das CNT war durch die aufgewendete Kraft unberührt), war, gezeigt in Fig. 1 (B). Gemessene Einheitsstärke war ~0,14 GPa, entsprechend einer Schweißung, die Kraft von ~10 N.-7 bricht. Während die Schnittexperimente Kennzeichen einer an den gold-überzogenen gezeigten Einrückung des epon Harzprobenmaterials (biologisches Zellplastifiziermittel) wegen des NTS [7] durchführten.

Abbildung 2: Die MEMS basierte dehnbare Prüfvorrichtung, die ein einzelnes MWCNT ausdehnt (gelassen) und den entsprechenden Belastungsplan (recht), sehen Bezug [10] für weitere Einzelheiten.

Unsere aktuelle Forschung an Nanoscience und am Technik-Labor an der Staat Kansas-Universität wird auf Synthese und mechanische Prüfung von Polymer-berechneten keramisches SiCN-Kohlenstoff nanotube zusammengesetzten nanowires [11-12] gerichtet. Polymer-Berechnete Keramik ist eindeutig, da sie gezeigt worden sind, um Mischeigenschaften von Polymeren, von Keramik und von graphene im Allgemeinen aufzuweisen. Wir entwickeln Methoden, die mechanische Festigkeit von einzelnen nanowires unter Verwendung der MEMS basierten dehnbaren Plattform (Zusammenarbeit mit Dr. Victor Bright der Universität von Colorado in Boulder) experimentell zu bestimmen. Wir haben vorher die dehnbaren Prüfungsfähigkeiten solch einer MEMS-Prüfvorrichtung, in der ein einzelnes MWCNT ausgedehnt wurde, um das Demonstrieren der typischen teleskopischen Erscheinungsform des Ausfalls in MWCNTs zu zerbrechen, Fig. 2 [10] demonstriert. Biegeversuche werden durch Gebrauch eine Flughandbuch-basierte Anlage innerhalb SEMS durchgeführt, das Bezug [7] ähnlich ist.

Als schlußfolgerung hat die Einleitung von SEM-basierten Manipulationsanlagen in Technikforschung unser Verständnis des Nano--mechanischen Phänomens in den nanostructures 1-D erhöht sowie neue Alleen für Fälschung von verschiedenen Prototyp nanoscale Einheiten geöffnet. Dieses hat Haupteffekt, wenn es die Zukunft der Nanotechnologieforschung formt.

Quittungen

Gurpreet Singh möchte Staat Kansas-Universität für Startfonds für die in Verbindung stehende Forschung danken, die aktuell in unserem Labor durchgeführt wurde.

Bezüge

  1. E.W. Wong, P.E. Sheehan und C.M. Lieber. Nanobeam-Mechaniker: Elastizität, Stärke und Härte von nanorods und von nanotubes. Wissenschaft 277, 1971 (1997).
  2. M.R. Falvo, G.J. Clary, R.M. Taylor II, V. Chi, F.P. Brooks, Jr., S. Washburn und R. Superfine. Verbiegen und Knickung von Kohlenstoff nanotubes unter großer Spannung. Natur (London) 389: 582 (1997).
  3. Collins-SEITE, Zettl A, Bando H, Thess A und Smalley BEZÜGLICH. Nanotube-nanodevice. Wissenschaft 278 (5335): 100-103 (1997).
  4. Tombler TW, CS Zhous CW, Alexseyev L, Kong J, Dais HJ, der Leu L, Jayanthi, Zapfen MJ und Wu SY. Umschaltbare elektromechanische Eigenschaften von Kohlenstoff nanotubes unter Lokalfühler Manipulation. Natur 405 (6788): 769-772 (2000).
  5. M.F. Yu, O. Lourie, M.J. Dyer, K. Moloni, T.F. Kelley und R.S. Ruoff. Stärke und Vorrichtung von mehrwandigen Kohlenstoff nanotubes unter Zugbeanspruchung brechen. Wissenschaft 287: 637 (2000).
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  9. T. Dennis, S. Dyer, A. Dienstfrey, G. Singh und P. Rice. Das Analysieren von quantitativen Lichtstreuungsspektren von Phantomen maß mit optischer Kohärenztomographie. Zapfen Biomedizinischer Optik, 13, 024004 (2008).
  10. J.J. Brown, J.W. Suk, G. Singh, A.I. Baca, D.A. Dikin, R.S. Ruoff und V.M. Bright. Mikrosystem für nanofiber elektromechanische Maße. Fühler und Stellzylinder A: Systemtest, Volumen 155, Seite 1-7 (2009) des Punkt-1.
  11. J.H. Lehman, K.E. Hurst, G. Singh, E. Mansfield, J.D. Perkins und C.L. Cromer. Kern-Shell Zusammensetzung von SiCN und von mehrwandigen Kohlenstoff nanotubes von der Toluolstreuung. Zapfen von Material-Wissenschaft 45:4251-4254 (2010).
  12. G. Singh, S. Priya, M. Hossu, S.R. Shah, S. Grover, Ali R Koymen und R.L. Mahajan. Synthese-, elektrische und magnetischekennzeichnung von Kernshell Kohlenstoff nanotube - SiCN-nanowires. Materialien Schreiben, Volumen 63, Punkt 28, Seite 2435-2438: (2009).
Date Added: Apr 25, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:56

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