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电子显微镜根据制造和纳诺机械测试

Gurpreet 辛哈教授

Gurpreet 辛哈,助理教授,机械和核工程部门, 3002 Rathbone 霍尔,堪萨斯州立大学曼哈顿,堪萨斯 66506,美国
对应的作者: gurpreet@ksu.edu

介入处理和各自的 nanostructures 的纳诺机械测试早期的研究利用基本强制显微镜被展示了 (AFM),并且扫描挖洞显微镜 (STM)根据系统 [1-4]。 第一次,这些显微镜允许子毫微米缩放比例观察以及交往与这个标本。 介入 nanotubes 的根本机械性能大多数这个工作由 AFM 在一个平面基体的基于表面处理完成。 使用一个锋利的显微学技巧,各自的 nanotubes 能通过滚和下滑位于和运输; 他们可能根本地被剪切到正确的范围 (通过推进)。 这些显微镜根据这个解决方法的聘用好处,但是那里一主要下侧对所有 AFM/STM 基于处理方法; 缺乏实时想象和处理的限制对平面表面的,使有些运算不可能。

在过去几年、扫描电子显微镜 (SEM)、集中的离子束显微镜 (小谎) 和传输根据的 (TEM)电子显微镜纳诺处理系统开始替换 AFM (基于系统) [5-8]。 SEM/FIB 在实时提供纳诺结构的三维处理。 这种更加宽敞的房间显微镜允许挂接更大的标本。 虽然这个解决方法由比那 TEM 或 AFM,它通常被认为足够好为选择、分隔、处理、纳诺机械设备提供了 SEM 是数量级较少装配以及测试。

我们的研究小组在 SEM 和小谎基于处理介入的 ` 证明原则的根本机械性能评估以及制造’设备。 从全部的制造和测试在实验数据被执行在 SEM 下直接视图,那里保持二义性的一点机会。 小组 [7-8] 博士辛哈和他的给二个单个 nanotube 基于设备展示了制造 (NT)和测试: a) 一个单个 NT/sphere 设备为使用作为强制传感器 [7] 和 b) 区分的还原切片机 CNT 纳诺刀子生物材料 [8]。

图 1 : 利用被制造和被测试的纳诺设备 SEM 根据 nanomanipulation 系统。 (a) NT/sphere 强制传感器设备,参见参考 [7] 关于详细资料。 (b) 碳 nanotube 还原纳诺刀子,参见参考 [8] 关于详细资料。

NT/sphere 设备合并多苯乙烯微球体小珠附有单个多被围住的碳 nanotube (MWCNT),显示在图 1 (a)。 设备有应用在学习细胞变形工作情况通过光学评定这个范围的偏折,因为这个范围是足够大准确地检测与光学方法 [7,9]。 我们继续与研究小组一起使用在国家标准技术局 (材料可靠性和光电子学分部) 测试此设备的新建应用程序,并且到目前为止我们能展示: 即 (a) 降低强制, piconewton 的范围的传感器的定标和 (b) 使用 NT/sphere 排列为模拟定标的一个细胞核学习使用光学凝聚 X线体层照相术 (OCT) [9]。

还原纳诺刀子设备包括 CNT 被舒展在二根钨针之间 (相连在玻璃基体)。 原地横向荷载在纳诺刀子测试表明故障在焊接 (CNT 由被应用的强制是未受影响的),显示在图 1 (b)。 被评定的设备力量是 ~0.14 GPa,与中断强制 ~10 N. 的-7 焊接相应。 当剪切的实验在馏金的 epon 树脂标本 (生物细胞增塑剂) 时显示的凹进标记执行由于 NT [7]。

图 2 : MEMS 舒展各自的 MWCNT () 和对应的应力剧情的基于拉伸测试人员 (正确),参见参考 [10] 欲了解更详细的信息。

我们的在 Nanoscience 和工程实验室的当前研究堪萨斯州立大学的集中于综合和机械测试聚合物派生的陶瓷 SiCN 碳 nanotube 综合 nanowires [11-12]。 因为他们显示一般来说,陈列聚合物、陶瓷和 graphene 混杂的属性聚合物派生的陶瓷是唯一的。 我们开发方式实验确定各自的 nanowires 机械力量使用 MEMS 基于拉伸平台 (与科罗拉多大学的 Victor Bright 博士的协作在巨石城)。 我们以前展示了各自的 MWCNT 在 MWCNTs 被舒展破裂展示典型的望远镜失效状态这样 MEMS 测试人员,图 2 [10 的] 的拉伸测试功能。 弯曲试验由使用执行在 SEM 里面的一个基于 AFM 的系统,相似与参考 [7]。

总而言之,基于 SEM 的处理系统的引进到工程研究里增进了对在 1-D nanostructures 的纳诺机械现象的我们的了解以及开张了生产的新的大道多种还原 nanoscale 设备。 这将有在塑造远期的重大效果纳米技术研究。

鸣谢

Gurpreet 辛哈希望感谢堪萨斯州立大学在我们的实验室当前执行的相关研究的启动资金。

参考

  1. E.W. 越共, P.E. Sheehan 和 C.M. Lieber。 Nanobeam 机械工: 弹性、 nanorods 和 nanotubes 的力量和韧性。 科学 277, 1971年 (1997)。
  2. M.R. Falvo, G.J. Clary, R.M. 泰勒 II, V. Chi, F.P. Brooks, Jr.、 S. Washburn 和 R. Superfine。 弯曲和折碳 nanotubes 在大张力下。 本质 (伦敦) 389 : 582 (1997)。
  3. 林斯页、 Zettl A, Bando H, Thess A 和 Smalley 关于。 Nanotube nanodevice。 科学 278 (5335) : 100-103 (1997)。
  4. Tombler TW,周 CW, Alexseyev L, Kong J,戴 HJ,列伊 L, Jayanthi 电缆敷设船、特性 MJ 和吴 SY。 碳 nanotubes 的可逆机电特性在局部探测处理下的。 本质 405 (6788) : 769-772 (2000)。
  5. M.F. Yu, O. Lourie, M.J. Dyer, K. Moloni, T.F. Kelley 和 R.S. Ruoff。 力量和 multiwalled 碳 nanotubes 中断结构在拉伸负荷下。 科学 287 : 637 (2000)。
  6. 朱和 Espinosa。 在原处电子显微镜术和应用的一个机电材料检验系统。 Proc。 国家科学院 102 : 14503 (2005)。
  7. G. 辛哈、 P. Rice 和 R.L. Mahajan。 制造和在一单个碳 nanotube 基础上的强制传感器的机械描述特性。 纳米技术 18 475501 (2007)。
  8. G. 辛哈、 P. Rice, R.L. Mahajan 和 J.R. McIntosh。 CNT 的制造和描述特性根据纳诺刀子。 纳米技术, 20 095701 (2009)。
  9. T. 丹尼斯、 S. Dyer, A. Dienstfrey, G. 辛哈和 P. Rice。 分析定量光散射范围虚拟件评定了与光学凝聚 X线体层照相术。 生物医学的光学, 13, 024004 日记帐 (2008)。
  10. J.J. 布朗、 J.W. Suk, G. 辛哈, A.I. Baca, D.A. Dikin, R.S. Ruoff 和 V.M. Bright。 nanofiber 机电评定的微系统。 传感器和致动器 A : 实际,数量 155,问题 1 第1-7页 (2009)。
  11. J.H. Lehman, K.E. Hurst, G. 辛哈, E. 曼斯菲尔德、 J.D. 珀金斯和 C.L. Cromer。 SiCN 和 multiwalled 碳 nanotubes 核心壳综合从甲苯散射。 材料学 45:4251-4254 日记帐 (2010)。
  12. G. 辛哈、 S. Priya, M. Hossu, S.R. Shah, S. 格罗弗,阿里 R Koymen 和 R.L. Mahajan。 核心壳碳 nanotube - SiCN nanowires 的综合,电子和磁性描述特性。 材料信函,数量 63,问题 28,第2435-2438页: (2009)。
Date Added: Apr 25, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:44

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