De Gebaseerde Vervaardiging van de Elektronenmicroscoop en hetMechanische Testen

Door Professor Gurpreet Singh

Gurpreet Singh, HulpProfessor, de Afdeling van de Mechanische en KernTechniek, 3002 Rathbone Zaal, de Universiteit van de Staat van Kansas Manhattan, Kansas 66506, de V.S.
Overeenkomstige auteur: gurpreet@ksu.edu

Het vroege onderzoek dat manipulatie en hetmechanische testen van individuele nanostructures impliceert werd aangetoond door middel van atoomkrachtmicroscoop (AFM) en de aftastende een tunnel gravende microscoop (STM) baseerde systemen [1-4]. Voor het eerst, stonden deze microscopen de observatie van de sub-nanometerschaal evenals interactie met het specimen toe. Het Grootste Deel van het werk dat fundamentele mechanische eigenschappen van nanotubes impliceert werd gedaan door AFM gebaseerde oppervlaktemanipulaties op een vlaksubstraat. Gebruikend een scherp de microscopieuiteinde, zouden individuele nanotubes kunnen worden gevestigd en worden vervoerd door te rollen en te glijden; uiteindelijk zouden zij aan de juiste grootte (door te duwen) kunnen worden gesneden. Deze microscopen bieden voordeel in termen van de resolutie aan maar er zijn één belangrijke downside aan om het even welke AFM/STM gebaseerde manipulatiestrategie; het gebrek aan weergave in real time en de beperking van manipulatie aan vlakoppervlakten, die sommige verrichtingen onmogelijk maakt.

In de laatste jaren, zijn de aftastenelektronenmicroscoop (SEM), de geconcentreerde ionenstraalmicroscoop (LIEG) en van de transmissieelektronenmicroscoop (TEM) gebaseerde nano-manipulatiesystemen begonnen om AFM (gebaseerde systemen) te vervangen [5-8]. SEM/FIB biedt 3-D manipulatie van de nano-structuren in echt aan - tijd. De ruimere kamer van dit soort microscoop staat steun van groter specimen toe. Hoewel de resolutie die door SEM wordt verstrekt een grootteorde minder dan dat van een TEM of een AFM is, wordt het gewoonlijk beschouwd als genoeg goed voor selectie, scheiding, manipulatie, assemblage evenals het testen van nano-mechanische apparaten.

Ons onderzoeksteam is geïmpliceerd in SEM en GELOGEN gebaseerde manipulatie voor fundamentele mechanische bezitsevaluatie evenals vervaardiging van bewijs-van-principe `' apparaten. Aangezien de gehele vervaardiging en het testen onder directe mening van SEM worden uitgevoerd, er blijft weinig kans voor ambiguïteit in de experimentele gegevens. Dr. Singh en zijn team [7-8] heeft vervaardiging aangetoond en het testen aan individuele nanotube twee (NT) baseerde apparaten: a) een individueel apparaat NT/sphere voor gebruik als krachtsensor [7] en B) een prototypemicrotome CNT nano-mes voor het segmenteren van biologische materialen [8].

Figuur 1: Nano-Apparaten die door middel van een SEM gebaseerd nanomanipulationsysteem worden vervaardigd en worden getest. (a) het apparaat van de de krachtsensor van NT/sphere, ziet verwijzing [7] voor details. (b) het het prototype nano-mes van de Koolstof nanotube, ziet verwijzing [8] voor details.

Het apparaat NT/sphere neemt een parel van de polystyreenmicrosfeer in bijlage aan een individuele multi-ommuurde koolstof op nanotube (MWCNT), getoond in Fig. 1 (a). Het apparaat heeft toepassingen in het bestuderen van het gedrag van de celmisvorming door de afbuiging van het gebied te meten optisch, aangezien het gebied om nauwkeurig met optische methodes [7.9] worden ontdekt groot genoeg is. Wij zijn met onderzoeksteams bij Nationaal Instituut van normen en Technologie (de Betrouwbaarheid van Materialen en de Afdeling van de Opto-elektronica) blijven werken om nieuwe toepassingen van dit apparaat te onderzoeken en tot dusver hebben wij kunnen aantonen: (a) kaliberbepaling van de sensor de waaier van krachten veel om te verminderen d.w.z., piconewton en (b) Gebruikend de regeling NT/sphere voor het nastreven van een celkern voor kaliberbepalingsstudies die optische coherentietomografie [ (OCT)9] gebruiken.

Het apparaat van het prototype nano-mes bestaat uit een CNT die tussen twee wolframnaalden uitgerekt (die op een glassubstraat worden samengehouden) wordt. De transversale ladingstests In situ aangaande het nano-mes wezen erop dat de mislukking bij de las was (CNT was onaangetast door de toegepaste kracht), getoond in Fig. 1 (B). De Gemeten apparatensterkte was ~0.14 GPa, beantwoordend aan een las brekende kracht van ~10-7 N. Terwijl de scherpe experimenten die op een gouden-met een laag bedekt epon harsspecimen worden uitgevoerd (biologisch celplastificeermiddel) inkepingstekens toe te schrijven aan NT [7] toonden.

Figuur 2: MEMS baseerde trekmeetapparaat uitrekt een individuele MWCNT (links) en het overeenkomstige stress-strain (juiste) perceel, ziet verwijzing [10] voor meer details.

Ons huidig onderzoek bij Nanoscience en het Laboratorium van de Techniek bij de Universiteit van de Staat van Kansas wordt geconcentreerd bij synthese en het mechanische testen van polymeer-afgeleide ceramische siCN-Koolstof nanotube samengestelde nanowires [11-12]. De polymeer-Afgeleide keramiek is uniek, aangezien zij zijn getoond om gemengde eigenschappen van polymeren, keramiek in het algemeen tentoon te stellen en graphene. Wij ontwikkelen manieren de mechanische sterkte van individuele nanowires experimenteel om te bepalen gebruikend MEMS gebaseerd trekplatform (samenwerking met Dr. Victor Bright van Universiteit van Colorado bij Kei). Wij hebben eerder de trek testende mogelijkheden van zulk een meetapparaat MEMS waarin een individuele MWCNT aan breuk uitgerekt werd die typische telescopische wijze van mislukking in MWCNTs aantoont, Fig. 2 [10] gedemonstreerd. De Buigende tests worden uitgevoerd door gebruik een op AFM-Gebaseerd systeem binnen SEM, gelijkend op verwijzing [7].

Samenvattend, heeft de introductie van op SEM-Gebaseerde manipulatiesystemen in techniekonderzoek ons begrip van het nano-mechanische fenomeen in nanostructures 1-D evenals geopende nieuwe wegen voor vervaardiging van diverse prototype nanoscale apparaten verbeterd. Dit zal belangrijk effect in het gestalte geven van de toekomst van nanotechnologieonderzoek hebben.

Erkenning

Gurpreet Singh zou de Universiteit van de Staat van Kansas voor startfondsen voor verwant onderzoek dat momenteel willen danken in ons laboratorium wordt uitgevoerd.

Verwijzingen

  1. E.W. Wong, P.E. Sheehan, en C.M. Lieber. De werktuigkundigen van Nanobeam: elasticiteit, sterkte, en hardheid van nanorods en nanotubes. Wetenschap 277, 1971 (1997).
  2. M.R. Falvo, G.J. Clary, R.M. Taylor II, V. Chi, F.P. Brooks, Jr., S. Washburn, en R. Superfine. Het Buigen en het ontzetten van koolstof nanotubes onder grote spanning. Aard (Londen) 389: 582 (1997).
  3. PG van Collins, Zettl A, Bando H, Thess A en Smalley AANGAANDE nanodevice Nanotube. Wetenschap 278 (5335): 100-103 (1997).
  4. CS Tombler TW, Zhou CW, Alexseyev L, Kong J, Dai HJ, Lei L, Jayanthi, Tang MJ en Wu SY. Omkeerbare elektromechanische kenmerken van koolstof nanotubes onder lokaal-sondemanipulatie. Aard 405 (6788): 769-772 (2000).
  5. M.F. Yu, O. Lourie, M.J. Dyer, K. Moloni, T.F. Kelley, en R.S. Ruoff. De Sterkte en het brekende mechanisme van multiwalled koolstof nanotubes onder treklading. Wetenschap 287: 637 (2000).
  6. Zhu en Espinosa. Een elektromechanisch het materiële testen systeem voor elektronenmicroscopie en toepassingen in situ. Proc. Nationale Academie van Wetenschappen 102: 14503 (2005).
  7. G. Singh, P. Rice, en R.L. Mahajan. Vervaardiging en mechanische karakterisering van een krachtsensor die op een individuele koolstof wordt gebaseerd nanotube. Nanotechnologie 18 475501 (2007).
  8. G. Singh, P. Rice, R.L. Mahajan, en J.R. McIntosh. Vervaardiging en karakterisering van een CNT gebaseerd nano-mes. Nanotechnologie, 20 095701 (2009).
  9. T. Dennis, S. Dyer, A. Dienstfrey, G. Singh, en P. Rice. Analyserend kwantitatieve het lichte verspreiden zich spectrums van sporen die met optische coherentietomografie worden gemeten. Dagboek van Biomedische Optica, 13, 024004 (2008).
  10. J.J. Bruin, J.W. Suk, G. Singh, A.I. Baca, D.A. Dikin, R.S. Ruoff, en V.M. Helder. Microsystem voor nanofiber elektromechanische metingen. Sensoren en Actuators A: Fysiek, Volume 155, Kwestie 1 Pg 1-7 (2009).
  11. J.H. Lehman, K.E. Hurst, G. Singh, E. Mansfield, J.D. Perkins, en C.L. Cromer. De samenstelling kern-SHELL van SiCN en multiwalled koolstof nanotubes van tolueenverspreiding. Dagboek van Wetenschap van Materialen 45:42514254 (2010).
  12. G. Singh, S. Priya, M. Hossu, S.R. Shah, S. Grover, Ali R Koymen, en R.L. Mahajan. Elektro en magnetische karakterisering de van de Synthese, van koolstof kern-SHELL nanotube - SiCN nanowires. De Brieven van Materialen, Volume 63, Kwestie 28, Pg 2435-2438: (2009).
Date Added: Apr 25, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:50

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit