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電子顯微鏡根據製造和納諾機械測試

Gurpreet 辛哈教授

Gurpreet 辛哈,助理教授,機械和核工程部門, 3002 Rathbone 霍爾,堪薩斯州立大學曼哈頓,堪薩斯 66506,美國
對應的作者: gurpreet@ksu.edu

介入處理和各自的 nanostructures 的納諾機械測試早期的研究利用基本強制顯微鏡被展示了 (AFM),并且掃描挖洞顯微鏡 (STM)根據系統 [1-4]。 第一次,這些顯微鏡允許子毫微米縮放比例觀察以及交往與這個標本。 介入 nanotubes 的根本機械性能大多數這個工作由 AFM 在一個平面基體的基於表面處理完成。 使用一個鋒利的顯微學技巧,各自的 nanotubes 能通過滾和下滑位於和運輸; 他們可能根本地被剪切到正確的範圍 (通過推進)。 這些顯微鏡根據這個解決方法的聘用好處,但是那裡一主要下側對所有 AFM/STM 基於處理方法; 缺乏實時想像和處理的限制對平面表面的,使有些運算不可能。

在過去幾年、掃描電子顯微鏡 (SEM)、集中的離子束顯微鏡 (小謊) 和傳輸根據的 (TEM)電子顯微鏡納諾處理系統開始替換 AFM (基於系統) [5-8]。 SEM/FIB 在實時提供納諾結構的三維處理。 這種更加寬敞的房間顯微鏡允許掛接更大的標本。 雖然這個解決方法由比那 TEM 或 AFM,它通常被認為足够好為選擇、分隔、處理、納諾機械設備提供了 SEM 是數量級較少裝配以及測試。

我們的研究小組在 SEM 和小謊基於處理介入的 ` 證明原則的根本機械性能評估以及製造』設備。 從全部的製造和測試在實驗數據被執行在 SEM 下直接視圖,那裡保持二義性的一點機會。 小組 [7-8] 博士辛哈和他的給二個單個 nanotube 基於設備展示了製造 (NT)和測試: a) 一個單個 NT/sphere 設備為使用作為強制傳感器 [7] 和 b) 區分的還原切片機 CNT 納諾刀子生物材料 [8]。

圖 1 : 利用被製造和被測試的納諾設備 SEM 根據 nanomanipulation 系統。 (a) NT/sphere 強制傳感器設備,參見參考 [7] 關於詳細資料。 (b) 碳 nanotube 還原納諾刀子,參見參考 [8] 關於詳細資料。

NT/sphere 設備合併多苯乙烯微球體小珠附有單個多被圍住的碳 nanotube (MWCNT),顯示在圖 1 (a)。 設備有應用在學習細胞變形工作情況通過光學評定這個範圍的偏折,因為這個範圍是足够大準確地檢測與光學方法 [7,9]。 我們繼續與研究小組一起使用在國家標準技術局 (材料可靠性和光電子學分部) 測試此設備的新建應用程序,并且到目前為止我們能展示: 即 (a) 降低強制, piconewton 的範圍的傳感器的定標和 (b) 使用 NT/sphere 排列為模擬定標的一個細胞核學習使用光學凝聚 X線體層照相術 (OCT) [9]。

還原納諾刀子設備包括 CNT 被舒展在二根鎢針之間 (相連在玻璃基體)。 原地橫向荷載在納諾刀子測試表明故障在銲接 (CNT 由被應用的強制是未受影響的),顯示在圖 1 (b)。 被評定的設備力量是 ~0.14 GPa,與中斷強制 ~10 N. 的-7 銲接相應。 當剪切的實驗在餾金的 epon 樹脂標本 (生物細胞增塑劑) 時顯示的凹進標記執行由於 NT [7]。

圖 2 : MEMS 舒展各自的 MWCNT () 和對應的應力劇情的基於拉伸測試人員 (正確),參見參考 [10] 欲瞭解更詳細的信息。

我們的在 Nanoscience 和工程實驗室的當前研究堪薩斯州立大學的集中於綜合和機械測試聚合物派生的陶瓷 SiCN 碳 nanotube 綜合 nanowires [11-12]。 因為他們顯示一般來說,陳列聚合物、陶瓷和 graphene 混雜的屬性聚合物派生的陶瓷是唯一的。 我們開發方式實驗確定各自的 nanowires 機械力量使用 MEMS 基於拉伸平臺 (與科羅拉多大學的 Victor Bright 博士的協作在巨石城)。 我們以前展示了各自的 MWCNT 在 MWCNTs 被舒展破裂展示典型的望遠鏡失效狀態這樣 MEMS 測試人員,圖 2 [10 的] 的拉伸測試功能。 彎曲試驗由使用執行在 SEM 裡面的一個基於 AFM 的系統,相似與參考 [7]。

總而言之,基於 SEM 的處理系統的引進到工程研究裡增進了對在 1-D nanostructures 的納諾機械現象的我們的瞭解以及開張了生產的新的大道多種還原 nanoscale 設備。 這將有在塑造遠期的重大效果納米技術研究。

鳴謝

Gurpreet 辛哈希望感謝堪薩斯州立大學在我們的實驗室當前執行的相關研究的啟動資金。

參考

  1. E.W. 越共, P.E. Sheehan 和 C.M. Lieber。 Nanobeam 機械工: 彈性、 nanorods 和 nanotubes 的力量和韌性。 科學 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。 彎曲和折碳 nanotubes 在大張力下。 本質 (倫敦) 389 : 582 (1997)。
  3. 林斯頁、 Zettl A, Bando H, Thess A 和 Smalley 關於。 Nanotube nanodevice。 科學 278 (5335) : 100-103 (1997)。
  4. Tombler TW,周 CW, Alexseyev L, Kong J,戴 HJ,列伊 L, Jayanthi 電纜敷設船、特性 MJ 和吳 SY。 碳 nanotubes 的可逆機電特性在局部探測處理下的。 本質 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 中斷結構在拉伸負荷下。 科學 287 : 637 (2000)。
  6. 朱和 Espinosa。 在原處電子顯微鏡術和應用的一個機電材料檢驗系統。 Proc。 國家科學院 102 : 14503 (2005)。
  7. G. 辛哈、 P. Rice 和 R.L. Mahajan。 製造和在一單個碳 nanotube 基礎上的強制傳感器的機械描述特性。 納米技術 18 475501 (2007)。
  8. G. 辛哈、 P. Rice, R.L. Mahajan 和 J.R. McIntosh。 CNT 的製造和描述特性根據納諾刀子。 納米技術, 20 095701 (2009)。
  9. T. 丹尼斯、 S. Dyer, A. Dienstfrey, G. 辛哈和 P. Rice。 分析定量光散射範圍虛擬件評定了與光學凝聚 X線體層照相術。 生物醫學的光學, 13, 024004 日記帳 (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 機電評定的微系統。 傳感器和致動器 A : 實際,數量 155,問題 1 第1-7頁 (2009)。
  11. J.H. Lehman, K.E. Hurst, G. 辛哈, E. 曼斯菲爾德、 J.D. 珀金斯和 C.L. Cromer。 SiCN 和 multiwalled 碳 nanotubes 核心殼綜合從甲苯散射。 材料學 45:4251-4254 日記帳 (2010)。
  12. G. 辛哈、 S. Priya, M. Hossu, S.R. Shah, S. 格羅弗,阿里 R Koymen 和 R.L. Mahajan。 核心殼碳 nanotube - SiCN nanowires 的綜合,電子和磁性描述特性。 材料信函,數量 63,問題 28,第2435-2438頁: (2009)。
Date Added: Apr 25, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:47

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