電子顕微鏡は製造および Nano 機械テストを基づかせていました

教授によって Gurpreet Singh

Gurpreet Singh、助教授の、機械および原子力工学部、 3002 Rathbone ホールのカンザスの州立大学マンハッタン、カンザス 66506、米国
対応する著者: gurpreet@ksu.edu

個々の nanostructures の処理そして nano 機械テストを含む早い研究は原子力の顕微鏡を使用して示され、 (AFM)スキャンのトンネルを掘る顕微鏡は (STM)システム [1-4] 基づかせていました。 はじめて、これらの顕微鏡は標本との副ナノメーターのスケールの観察、また相互作用を可能にしました。 nanotubes の基本的な機械特性を含む平面の基板の AFM によって基づいた表面の処理によって作業のほとんどは行われました。 鋭い顕微鏡検査の先端を使用して、個々の nanotubes は転送し、滑走によってあり、運ぶことができます; 最終的にそれらは右のサイズに切ることができます (押すことによって)。 解像度の点ではこれらの顕微鏡の提供の利点はあらゆる AFM/STM によって基づく処理の作戦へしかしそこに 1 主要な下げ気味です; リアルタイムイメージ投射の欠乏およびある操作を不可能にする平面の表面への処理の限定。

ここ数年間、走査型電子顕微鏡、 (SEM)集中されたイオンビームの顕微鏡 (他愛ない嘘) および伝達電子顕微鏡で (TEM)基づいて nano 処理システムは AFM (基づいたシステム) [5-8] 取り替え始めました。 SEM/FIB はリアルタイムの nano 構造の 3D 処理を提供します。 この種類の顕微鏡のより広い区域はより大きい標本の取付けを可能にします。 TEM か AFM のそれのそれが通常 nano 機械装置の選択、分離、処理、アセンブリ、またテストのために十分によい考慮されるよりより少し解像度がによって SEM である一桁提供したが。

私達の研究グループは ` の証拠の主義の基本的な機械特性の評価、また製造のための SEM そして他愛ない嘘によって基づく処理に」装置かかわりました。 全製造およびテスト以来 SEM の直接概観の下で、そこに残ります実験データにあい昧性のための少しチャンスに遂行されます。 先生 Singh および彼のチーム [7-8] 2 つの個人 nanotube によって基づく装置に製造および (NT)テストを示しました: a) 力センサー [7] として使用のための個々の NT/sphere 装置および b) 生物的材料 [8] の区分のためのプロトタイプミクロトーム CNT の nano ナイフ

図 1: を使用して製造され、テストされた Nano 装置は SEM nanomanipulation システムを基づかせていました。 (a) NT/sphere 力センサー装置は細部については、参照 [7] 見ます。 (b) カーボン nanotube プロトタイプ nano ナイフは細部については、参照 [8] 見ます。

NT/sphere 装置は図 1 (a) で示されている個人によって複数の囲まれるカーボン nanotube に (MWCNT)接続するポリスチレンの microsphere のビードを織込んでいます。 装置にセル変形の動作の調査で球の偏向を光学的に測定することによってアプリケーションがあります、球が十分に大きい光学方法 [7,9] と正確に検出されるにはので。 私達は (材料の信頼性および光電子工学部) この装置の新規アプリケーションを探索するために国立標準技術研究所で研究グループを使用し続け、今のところ示せました: (a) 大いに力のすなわち、 piconewton の範囲を光学一貫性の断層レントゲン写真撮影 [9] を使用して下げるセンサーの口径測定は (b) NT/sphere の整理を口径測定のための細胞核をエミュレートする (OCT)ために利用して調査し。

2 本のタングステンの針の間で成っています (ガラス基板でまとめられる) 伸びるプロトタイプ nano ナイフ装置は CNT から。 nano ナイフの In-situ 横断ロードテストは障害が図 1 (b) で示されている溶接に (CNT は加えられた力によって変化しなかったです) あったことを示しました。 測定された装置強さは ~10 N. の力を壊す溶接に相当して ~0.14 GPa、-7 でした。 切断実験が NT [7] による金上塗を施してある epon の樹脂の標本 (生物的セル可塑剤) の示されていた刻み目のマークで行う間。

図 2: 個々の MWCNT (残っている) および対応する圧力緊張のプロットを (右の) 伸ばしている MEMS によって基づく引張試験機は参照 [10] 詳細については見ます。

カンザスの州立大学の Nanoscience そして工学実験室の私達の現在の研究はポリマー得られた陶磁器 SiCN カーボン nanotube の合成の nanowires [11-12] の統合そして機械テストに焦点を合わせます。 ポリマー得られた製陶術はポリマー、製陶術および graphene の混合された特性を一般に表わすためにそれらが示されていたので、一義的です。 私達は実験的に MEMS によって基づく抗張プラットホーム (ボールダーのコロラド州の大学の先生との Victor Bright 共同) を使用して個々の nanowires の機械強さを定める方法を開発しています。 私達は前に MWCNTs の障害の典型的な望遠鏡のモードを示すことを折るために個々の MWCNT が伸びたそのような MEMS のテスター図 2 [10] の抗張テストの機能を示してしまいました。 折り曲げ試験は使用によって参照 [7] と同じような SEM の中の AFM ベースのシステム行われています。

結論として、技術研究への SEM ベースの処理システムの導入は 1-D nanostructures の nano 機械現象の私達の理解を高めましたり、またさまざまなプロトタイプ nanoscale 装置の製造のための新しい道を開きました。 これはナノテクノロジーの研究の未来の形成の大きな影響をもたらします。

確認応答

Gurpreet Singh は現在私達の実験室で行われる関連の研究の起動の資金にカンザスの州立大学に感謝することを望みます。

参照

  1. E.W. Wong、 P.E. Sheehan、および C.M. Lieber。 Nanobeam の機械工: nanorods および nanotubes の伸縮性、強さおよび靭性。 科学 277 1971 年 (1997 年)。
  2. M.R. Falvo、 G.J. Clary、 R.M. テイラー II、 V. Chi、 F.P. Brooks、 Jr.、 S. Washburn、および R. Superfine。 大きい緊張の下でカーボン nanotubes の曲がり、締めること。 性質 (ロンドン) 389: 582 (1997 年)。
  3. Collins のページ、 Zettl A、 Bando H、 Thess A および Smalley に関して。 Nanotube の nanodevice。 科学 278 (5335): 100-103 (1997 年)。
  4. Tombler TW、 Zhou CW、 Alexseyev L、 Kong J、戴 HJ、レイ L、 Jayanthi の CS、独特の味 MJ およびウー SY。 ローカルプローブの処理の下のカーボン nanotubes の可逆電気機械の特性。 性質 405 (6788): 769-772 (2000 年)。
  5. M.F. Yu、 O. Lourie、 M.J. Dyer、 K. Moloni、 T.F. Kelley、および R.S. Ruoff。 multiwalled カーボン nanotubes の強さそしてメカニズム抗張ロードの下の破損の。 科学 287: 637 (2000 年)。
  6. 朱および Espinosa。 そのままの電子顕微鏡検査およびアプリケーションのための電気機械の物質的な試験制度。 Proc。 102 国家科学院: 14503 (2005 年)。
  7. G. Singh、 P. Rice、および R.L. Mahajan。 個々のカーボン nanotube に基づく力センサーの製造そして機械性格描写。 ナノテクノロジー 18 475501 (2007 年)。
  8. G. Singh、 P. Rice、 R.L. Mahajan、および J.R. McIntosh。 CNT の製造そして性格描写は nano ナイフを基づかせていました。 ナノテクノロジー、 20 095701 (2009 年)。
  9. T. デニス、 S. Dyer、 A. Dienstfrey、 G. Singh、および P. Rice。 幻影の量的な光散乱スペクトルを分析することは光学一貫性の断層レントゲン写真撮影と測定しました。 生物医学的な光学、 13、 024004 のジャーナル (2008 年)。
  10. J.J. ブラウン、 J.W. Suk、 G. Singh、 A.I. Baca、 D.A. Dikin、 R.S. Ruoff、および V.M. Bright。 nanofiber の電気機械の測定のためのミクロシステム。 センサーおよびアクチュエーター A: 物理、ボリューム 155 の問題 1 のページ 1-7 (2009 年)。
  11. J.H. Lehman、 K.E. Hurst、 G. Singh、 E. マンズフィールド、 J.D. パーキンズ、および C.L. Cromer。 トルエンの分散からの SiCN そして multiwalled カーボン nanotubes のコアシェルの合成物。 物質科学 45:4251-4254 (2010 年) のジャーナル。
  12. G. Singh、 S. Priya、 M. Hossu、 S.R. Shah、 S. グローバー、アリ R Koymen、および R.L. Mahajan。 コアシェルカーボン nanotube - SiCN の nanowires の統合の、電気および磁気性格描写。 材料の文字、ボリューム 63 の問題 28 のページ 2435-2438: (2009 年)。
Date Added: Apr 25, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 07:02

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