Fabrication Basée de Microscope Électronique et Test Nano-Mécanique

Par Professeur Gurpreet Singh

Gurpreet Singh, Service de Génie de Professeur Adjoint, Mécanique et Atomique, 3002 Rathbone Hall, Université De L'Etat Du Kansas Manhattan, le Kansas 66506, ETATS-UNIS
Auteur Correspondant : gurpreet@ksu.edu

La première recherche concernant la manipulation et le test nano-mécanique de différents nanostructures a été expliquée au moyen des systèmes basés atomiques (AFM) de microscope de force et de microscope (STM) de perçage d'un tunnel de lecture [1-4]. Pour la première fois, ces microscopes ont permis l'observation ainsi que l'interaction d'échelle de sous-nanomètre avec le spécimen. La Majeure Partie du travail concernant les propriétés mécaniques principales des nanotubes a été effectuée par des manipulations extérieures basées d'AFM sur un substrat planaire. Utilisant une extrémité tranchante de microscopie, différents nanotubes ont pu être situés et transportés par le roulis et le glissement ; éventuel ils pourraient être coupure à la bonne taille (par la poussée). L'avantage d'offre de Ces microscopes en termes de définition mais là est un du côté incliné principal à n'importe quelle stratégie basée de manipulation d'AFM/STM ; le manque de représentation en temps réel et la limitation de la manipulation sur les surfaces planaires, qui rend quelques fonctionnements impossibles.

Pendant les dernières années, le microscope électronique de lecture (SEM), le microscope orienté de faisceau d'ions (BOBARD) et les systèmes basés (TEM) de nano-manipulation de microscope électronique de boîte de vitesses ont démarré pour remonter l'AFM (systèmes basés) [5-8]. SEM/FIB offre la manipulation à trois dimensions des nano-structures en temps réel. La cavité plus spacieuse de ce genre de microscope permet monter d'un plus grand spécimen. Bien Que la définition ait fourni par un SEM soit un ordre de grandeur moins que cela d'un TEM ou d'un AFM, il habituellement est considéré assez bon pour la sélection, la séparation, la manipulation, l'assemblage ainsi que le test des dispositifs nano-mécaniques.

Notre organisme de recherche a été concerné dans la manipulation basée de SEM et de BOBARD pour le bilan de propriété mécanique ainsi que la fabrication principaux dispositifs de ` d'épreuve-de-principe des'. Depuis la fabrication entière et le test est effectué sous la vue directe du SEM, reste là peu d'occasion pour l'ambiguïté dans les données expérimentales. Le M. Singh et son équipe [7-8] ont expliqué la fabrication et le test à deux dispositifs basés (NT) de nanotube individuel : a) un dispositif individuel de NT/sphere pour l'usage comme senseur de force [7] et b) un nano-couteau du microtome CNT de prototype pour le sectionnement des matériaux biologiques [8].

Le Schéma 1 : Nano-Dispositifs fabriqués et testés au moyen d'un système basé de nanomanipulation de SEM. (a) Le dispositif de senseur de force de NT/sphere, voient la référence [7] pour des petits groupes. (b) Le nano-couteau de prototype de nanotube de Carbone, voient la référence [8] pour des petits groupes.

Le dispositif de NT/sphere comporte un petit programme de microsphère de polystyrène fixé à un nanotube de carbone multi-muré par personne (MWCNT), affiché dans Fig. 1 (a). Le dispositif a des applications en étudiant le comportement de déformation de cellules en mesurant le fléchissement de la sphère optiquement, puisque la sphère est assez grande pour être trouvée exactement avec les méthodes optiques [7,9]. Nous avons prolongé à travailler avec des organismes de recherche au National Institute of Standards and Technology (Matériaux Fiabilité et Division d'Optoélectronique) pour explorer des applications neuves de ce dispositif et jusqu'ici nous avons pu expliquer : (a) l'étalonnage du senseur pour abaisser beaucoup le domaine du piconewton de forces c.-à-d., et (b) Employant l'arrangement de NT/sphere pour émuler un noyau de cellules pour l'étalonnage étudie utilisant la tomographie optique de cohérence (OCT) [9].

Le dispositif de nano-couteau de prototype se compose d'un CNT étiré entre deux pointeaux de tungstène (liés sur un substrat en verre). Les tests de charge transverse In-situ sur le nano-couteau ont indiqué que la défaillance était à la soudure (le CNT était inchangé par la force appliquée), affichée dans Fig. 1 (b). La force Mesurée de dispositif était ~0,14 GPa, correspondant à une soudure brisant la force de ~10-7 N. Tandis Que les expériences coupantes exécutaient sur les notes affichées or-enduites d'une indentation de spécimen de résine d'epon (plastifiant biologique de cellules) dues au NT [7].

Le Schéma 2 : La machine d'essai à la traction basée de MEMS étirant un différent MWCNT (laissé) et le traçage correspondant de contrainte-tension (droit), voient la référence [10] pour plus de petits groupes.

Notre recherche actuelle à Nanoscience et à Laboratoire de Bureau D'études à l'Université De L'Etat Du Kansas est concentrée sur la synthèse et le test mécanique des nanowires composés polymère-dérivés de nanotube céramique de SiCN-Carbone [11-12]. la céramique Polymère-Dérivée est seule, car ils ont été affichés pour présenter les propriétés mélangées des polymères, de la céramique et du graphene en général. Nous développons des voies de déterminer expérimental la force mécanique de différents nanowires utilisant la plate-forme de tension basée de MEMS (collaboration avec M. Victor Bright d'Université du Colorado à Boulder). Nous avons précédemment expliqué les capacités de tension de test d'un tel appareil de contrôle de MEMS dans lequel un différent MWCNT a été étiré pour rompre expliquer le mode de la défaillance télescopique particulier dans MWCNTs, Fig. 2 [10]. Des essais de Pliage sont exécutés par utilisation un système AFM-basé à l'intérieur du SEM, assimilé à la référence [7].

En conclusion, l'introduction des systèmes SEM-basés de manipulation dans la recherche de bureau d'études a amélioré notre compréhension du phénomène nano-mécanique dans les nanostructures 1-D ainsi que les avenues neuves ouvertes pour la fabrication des dispositifs variés de nanoscale de prototype. Ceci aura l'effet principal en formant le contrat à terme de la recherche en matière de nanotechnologie.

Remerciements

Gurpreet Singh voudrait remercier l'Université De L'Etat Du Kansas des fonds de démarrage pour la recherche relative actuel étant exécutée dans notre laboratoire.

Références

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  8. G. Singh, P. Rice, R.L. Mahajan, et J.R. McIntosh. Fabrication et caractérisation d'un nano-couteau basé de CNT. Nanotechnologie, 20 095701 (2009).
  9. T. Dennis, S. Dyer, A. Dienstfrey, G. Singh, et P. Rice. Analysant les éventails quantitatifs de dispersion de la lumière des fantômes mesurés avec la tomographie optique de cohérence. Tourillon du Bloc Optique Biomédical, 13, 024004 (2008).
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  12. G. Singh, S. Priya, M. Hossu, S.R. Shah, S. Grover, Ali R Koymen, et R.L. Mahajan. Caractérisation de Synthèse, électrique et magnétique de nanotube de carbone de noyau-SHELL - nanowires de SiCN. Lettres de Matériaux, Volume 63, Délivrance 28, Page 2435-2438 : (2009).
Date Added: Apr 25, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:53

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