Il Microscopio Elettronico Ha Basato il Montaggio e la Prova Nano-Meccanica

Dal Professor Gurpreet Singh

Gurpreet Singh, Instituto di Assistente Universitario, di Ingegneria Meccanica e Nucleare, 3002 Rathbone Corridoio, Kansas State University Manhattan, Kansas 66506, U.S.A.
Autore Corrispondente: gurpreet@ksu.edu

La ricerca iniziale che comprende la manipolazione e la prova nano-meccanica dei nanostructures diversi è stata dimostrata per mezzo del microscopio atomico della forza (AFM) ed il microscopio di traforo di scansione (STM) ha basato i sistemi [1-4]. Per la prima volta, questi microscopi hanno permesso l'osservazione come pure l'interazione del disgaggio di sotto-nanometro con l'esemplare. La Maggior Parte del lavoro che comprende i beni meccanici fondamentali dei nanotubes è stato fatto mediante le manipolazioni di superficie basate AFM su un substrato planare. Facendo Uso di un suggerimento marcato di microscopia, i diversi nanotubes hanno potuto essere situati e trasportati laminando e facendo scorrere; infine potrebbero essere tagliati alla giusta dimensione (spingendo). Il vantaggio di offerta di Questi microscopi in termini di risoluzione ma là è un lato negativo principale a tutta la strategia di manipolazione basata AFM/STM; la mancanza di rappresentazione in tempo reale e la limitazione di manipolazione alle superfici planari, che rende alcune operazioni impossibili.

Fra ultimi anni, il microscopio elettronico a scansione (SEM), il microscopio messo a fuoco del raggio ionico (MENTA) ed il microscopio elettronico della trasmissione (TEM) basato i sistemi di nano-manipolazione hanno cominciato sostituire il AFM (sistemi basati) [5-8]. SEM/FIB offre la manipolazione 3-D delle nano-strutture in tempo reale. La camera più spaziosa di questo genere di microscopio permette il montaggio dell'esemplare più grande. Sebbene la risoluzione fornisca da SEM sia un ordine di grandezza di meno che quella di un TEM o di un AFM, solitamente è considerata abbastanza buona per la selezione, la separazione, la manipolazione, il montaggio come pure la prova di unità nano-meccaniche.

Il Nostro gruppo di ricerca è stato coinvolgere in SEM e nella manipolazione basata FIB per la valutazione dei beni meccanici come pure il montaggio fondamentali unità di prova-de-principio del `'. Dall'intero montaggio e dalla prova è effettuato nell'ambito della visualizzazione diretta di SEM, là rimane poca probabilità per ambiguità nei dati sperimentali. Il Dott. Singh ed il suo gruppo [7-8] ha dimostrato il montaggio e la prova a due unità basate (NT) nanotube della persona: a) un'unità determinata di NT/sphere per uso come un sensore di forza [7] e b) nano-coltello del microtomo CNT del prototipo per la divisione dei materiali biologici [8].

Figura 1: le Nano-Unità da costruzione e collaudate per mezzo di SEM hanno basato il sistema di nanomanipulation. (a) L'unità del sensore di forza di NT/sphere, vede il riferimento [7] per i dettagli. (b) il nano-coltello del prototipo del nanotube del Carbonio, vede il riferimento [8] per i dettagli.

L'unità di NT/sphere incorpora una perla di microsfera del polistirolo fissata ad un nanotube del carbonio multi-murato persona (MWCNT), indicato nella Fig. 1 (a). L'unità ha applicazioni nello studio del comportamento di deformazione delle cellule misurando la deformazione della sfera otticamente, poiché la sfera è abbastanza grande essere individuata esattamente con i metodi ottici [7,9]. Abbiamo continuato a lavorare con i gruppi di ricerca al National Institute of Standards and Technology (Affidabilità dei Materiali e Divisione di Optoelettronica) per esplorare le nuove applicazioni di questa unità e finora abbiamo potuti dimostrare: calibratura (a) del sensore molto per abbassare l'intervallo del piconewton delle forze cioè, e (b) Utilizzando la disposizione di NT/sphere per l'emulazione del nucleo delle cellule per la calibratura studia facendo uso di tomografia ottica della coerenza (OCT) [9].

L'unità del nano-coltello del prototipo consiste di un CNT allungata fra due aghi di stampa del tungsteno (tenuti insieme su un substrato di vetro). I test di carico trasversali In Situ sul nano-coltello hanno indicato che l'errore era alla saldatura (il CNT era inalterato con la forza applicata), indicata nella Fig. 1 (b). La concentrazione Misurata dell'unità era ~0,14 GPa, corrispondente ad una saldatura che tagliato una forza di ~10-7 N. Mentre gli esperimenti taglienti hanno eseguito sui segni indicati d'oro rivestiti del epon della resina di una dentellatura dell'esemplare (plastificante biologico delle cellule) dovuto NT [7].

Figura 2: Il tester di tensione basato MEMS che allunga un diverso MWCNT (lasciato) ed il tracciato corrispondente di sforzo-tensione (destra), vede il riferimento [10] per maggiori informazioni.

La Nostra ricerca corrente a Nanoscience ed al Laboratorio di Assistenza Tecnica alla Kansas State University è messa a fuoco sulla sintesi e sulla prova meccanica dei nanowires compositi polimero-derivati del nanotube ceramico del SiCN-Carbonio [11-12]. la ceramica Polimero-Derivata è unica, poichè sono stati indicati per presentare i beni misti dei polimeri, della ceramica e del graphene in generale. Stiamo sviluppando i modi determinare sperimentalmente la concentrazione meccanica di diversi nanowires facendo uso della piattaforma di tensione basata MEMS (collaborazione con Dott. Victor Bright dell'Università di Colorado a Boulder). Precedentemente abbiamo dimostrato le capacità di prova di trazione di un tal tester in cui un diverso MWCNT è stato allungato per fratturare la dimostrazione del modo di errore telescopico tipico in MWCNTs, Fig. 2 [10] di MEMS. Le prove di Piegatura stanno eseguende tramite uso un sistema AFM basato dentro SEM, simile a riferimento [7].

In conclusione, l'introduzione ai dei sistemi basati a SEM di manipolazione in ricerca tecnica ha migliorato la nostra comprensione del fenomeno nano-meccanico in nanostructures 1-D come pure ha aperto i nuovi viali per lavorazione di varie unità del nanoscale del prototipo. Ciò avrà effetto principale nella modellatura del futuro di ricerca in nanotecnologia.

Ringraziamenti

Gurpreet Singh vorrebbe ringraziare la Kansas State University per i fondi start-up per la ricerca relativa corrente che è eseguita nel nostro laboratorio.

Riferimenti

  1. E.W. Wong, P.E. Sheehan e C.M. Lieber. Meccanici di Nanobeam: elasticità, concentrazione e resistenza dei nanorods e dei nanotubes. Scienza 277, 1971 (1997).
  2. M.R. Falvo, G.J. Clary, R.M. Taylor II, V. Chi, F.P. Brooks, Jr., S. Washburn e R. Superfine. Piegamento e deformazione dei nanotubes del carbonio nell'ambito di grande sforzo. Natura (Londra) 389: 582 (1997).
  3. PAGINA di Collins, Zettl A, Bando H, Thess A e Smalley CON RIFERIMENTO A. Nanodevice di Nanotube. Scienza 278 (5335): 100-103 (1997).
  4. Tombler TW, CS di Zhou CW, di Alexseyev L, di Kong J, di DAI HJ, di Lei L, di Jayanthi, Tang MJ e Wu SY. Caratteristiche elettromeccaniche Reversibili dei nanotubes del carbonio nell'ambito di manipolazione della locale-sonda. Natura 405 (6788): 769-772 (2000).
  5. M.F. Yu, O. Lourie, M.J. Dyer, K. Moloni, T.F. Kelley e R.S. Ruoff. Concentrazione e meccanismo di rottura dei nanotubes multiwalled del carbonio nell'ambito del caricamento di tensione. Scienza 287: 637 (2000).
  6. Zhu e Espinosa. Un sistema elettromeccanico di collaudo del materiale per microscopia elettronica e le applicazioni in situ. Proc. Accademia Nazionale delle Scienze 102: 14503 (2005).
  7. G. Singh, P. Rice e R.L. Mahajan. Montaggio e caratterizzazione meccanica di un sensore di forza basato su un nanotube determinato del carbonio. Nanotecnologia 18 475501 (2007).
  8. G. Singh, P. Rice, R.L. Mahajan e J.R. McIntosh. Il Montaggio e la caratterizzazione di un CNT hanno basato il nano-coltello. Nanotecnologia, 20 095701 (2009).
  9. T. Dennis, S. Dyer, A. Dienstfrey, G. Singh e P. Rice. Analizzare le gamme leggere quantitative di scattering di fantasmi ha misurato con tomografia ottica della coerenza. Giornale dell'Ottica Biomedica, 13, 024004 (2008).
  10. J.J. Brown, J.W. Suk, G. Singh, A.I. Baca, D.A. Dikin, R.S. Ruoff e V.M. Bright. Microsistema per le misure elettromeccaniche del nanofiber. Sensori ed Azionatori A: Fisico Medica, Volume 155, Pagina 1-7 (2009) dell'Emissione 1.
  11. J.H. Lehman, K.E. Hurst, G. Singh, E. Mansfield, J.D. Perkins e C.L. Cromer. composito dello Memoria-Shell di SiCN e dei nanotubes multiwalled del carbonio dalla dispersione del toluene. Giornale di Scienza dei Materiali 45:4251-4254 (2010).
  12. G. Singh, S. Priya, M. Hossu, S.R. Shah, S. Grover, Ali R Koymen e R.L. Mahajan. Caratterizzazione elettrica e magnetica di Sintesi, del nanotube del carbonio dello memoria-shell - nanowires di SiCN. Lettere dei Materiali, Volume 63, Emissione 28, Pagina 2435-2438: (2009).
Date Added: Apr 25, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:59

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