Популярные Нано Технологии

Размещение материала

Для размещения материала в данном разделе заполните пожалуйста эту форму.

Кадры

Фотогалерея

Углеродные нанотрубки для наноробототехники

Процессы сборки позволяют получать структуры наноматериалов, пригодные для определения их электрических и механических свойств. Что ещё более важно, использование тех же самых технологий позволит на основе наноматериалов конструировать сложные структуры для НЭМС.

Другим перспективным методом наносборки является наноманипулирование [78]. Суть метода заключается в том, что манипулятор может воздействовать на отдельные наночастицы. Сборка с использованием наноробототехники позволяет получать более сложные структуры путём образования различных внутримолекулярных и межмолекулярных связей.

На рисунке 3 приведены примеры связанных нанотрубок. Нанотрубки были соединены ван-дер-ваальсовой связью (a), индуцированным электро-лучевым разложением (electron-beam-induced deposition EBID) [79] (b), образованием связей благодаря механохимии (c), спаиванием через кластер меди, интеркаллированный внутрь УНТ (d).

 

Рис. 3. Соединение УНТ. (a) УНТ, соединённые ван-дер-ваальсовой связью;
(b) УНТ, объединённые по технологии EBID; (c) УНТ, связанные по механохимической реакции; (d) УНТ, спаянные кластером меди.

 

Связь между УНТ, образованная с помощью метода EBID, намного прочнее ван-дер-ваальсовой связи. Повсеместное использование традиционного метода EBID ограничено высокой стоимостью, используемого электронного эмиттера и низким выходом. Мы модифицировали этот метод, применяя в качестве эмиттеров электронов углеродные нанотрубки.

Методом соединения УНТ без добавления дополнительных веществ является метод механохимической сборки. Он основан на проведении твердофазной химической реакции (механосинтез). Для его реализации проводится химический синтез, контролируемый механической системой с атомной точностью. В результате между атомами с ненасыщенными связями формируются первичные связи, что обеспечивает простое, но сильное связывание. Такие ненасыщенные связи могут быть получены на концах открытых нанотрубок. Естественно, что некоторые связи могут быть насыщены путём взаимодействия с соседними атомами, но, тем не менее, некоторые связи остаются реакционно-способными. Нанотрубка с ненасыщенными концевыми связями будет легко связываться с другой с образованием межмолекулярных связей, как показано на рисунке 3с [78].

Технология EBID подразумевает использование высокоэнергетического электронного пучка и мишени для получения проводящего покрытия, что ограничивает применение этого метода. Механохимическое связывание является очень многообещающим, но пока ещё не до конца разработанным методом. Не так давно мы развили технологию точечного спая [80], соединяя УНТ, заполненные медью. Припой помещается внутрь открытой нанотрубки в ходе её синтеза. Напряжение в несколько вольт может вызвать перемещение меди, которая выступает в роли связующего звена между нанотрубками (рис. 3d). Для поучения качественного спая необходимо контролировать скорость массопереноса внутри трубки (см. Массоперенос внутри УНТ).

Развитие нанотехнологии позволит более точно управлять синтезом материалов, создавать более точные актюаторы и эффективные инструменты для манипулирования, добиться высокоскоростной и автоматической наносборки.

Модифицирование слоёв УНТ

Открытые нанотрубки получаются путём удаления фуллереновых шапок с МСНТ кислотным травлением [64], воздействием тока насыщения [81] или электронного импульса [48], механической деформацией [16,82]. Химическое травление является эффективным методом получения открытых нанотрубок, но оно не позволяет контролируемо воздействовать на внутренние слои. Этим недостатком не обладает метод воздействия током насыщения. Если смещать цилиндры МСНТ [82], то можно получить телескопическую нанотрубку. Типичные примеры телескопических МСНТ, закреплённых с обоих концов, с одного конца (консольно) и по центру, приведены на рисунке 4.

 

Рис.4. Телескопические МСНТ, закреплённые с обоих концов (а), с одного конца (b), по центру (с)

 

На рисунке 4а приведён пример телескопической МСНТ, закреплённой с обоих концов: левый конец зафиксирован на субстрате, а правый – на зонде AFM. Тонкий перешеек получается следующим способом: зонд перемещается вправо, в результате чего внешняя оболочка нанотрубки разрушается и обнажаются внутренние слои. Процесс формирование телескопической МНСТ на рисунке 4b похож на ранее описанный. Его особенность заключается в том, что зонд передвигается до тех пор, пока ядро нанотрубки полностью ни обнажиться с левой стороны. Если закрепить нанотрубку не с концов, а по центру, то давление будет действовать только на определённые участки. На рисунке 4с показана закреплённая по центру телескопическая МСНТ. Один конец нанотрубки остаётся закрытым, но может быть открыт при проведении процесса 4b.

Выстраивая МСНТ с одинаковым числом слоёв в упорядоченные ряды, можно получать различные наноструктуры. В формировании параллельно упорядоченных рядов нанотрубок участвуют МСНТ с близкими электрическим сопротивлением и коэффициентом теплопроводности. При пропускание электрического тока выделяющееся джоулево тепло приводит к самопроизвольному выстраиванию нанотрубок параллельно друг другу. Кроме того, происходит разрушение определенных участков слоёв нанотрубки. Схема такой наноструктуры приведена на рисунке 5а, а ряд параллельно выстроенных нанотрубок - на рисунке 5b. Модель наноструктуры следующая: МСНТ закреплена своими концами за наноэлектроды, а её центральная часть ни с чем не соприкасается. Нанотрубка оказывается закреплённой между двумя металлическими пластинами, которые улучшают электрический контакт. При таком строении металлические контакты выполняют функцию теплоотвода, в результате теплового напряжения происходит удаление некоторых слоёв с центрального участка (рис. 5а).

 

Рис.5. Модифицирование слоёв МСНТ. (а) Модель наноструктуры на основе МСНТ. На вкладках: СЭМ изображения наноструктуры и большом и малом увеличениях. (b) Модель наноэлектрода. На вкладке: Схема при меньшем увеличении, показывающая весь массив. (с) Схема МСНТ, соединённой с тремя электродами, и электрическая схема. (d) СЭМ изображение наноустройства. На вкладке: степени свободы оболочки УНТ. (е) МСНТ, соединённая пятью контактами, а также электрическая схема. На вкладке: упорядоченная структура. (f) Схема роторного двигателя на основе МСНТ. (g) Телескопические сегменты, разделённые щелью в 6-15 нм. (h) Схема устройства, изображённого на рисунке (е).

Известно, что из-за низкой энергии связи между слоями в МСНТ, 5-10 слоёв могут быть легко удалены [59]. Мы обнаружили, что существует некоторое пороговое напряжение в промежутке 300 – 600 мВ (от VTH-low до VTH-high), вызывающее удаление этих слоёв. Такой интервал напряжений обусловлен двумя факторами. Внутри МСНТ каждый слой характеризуется своим пробойным напряжением, которое увеличивается при переходе к более глубоким слоям нанотрубки [83]. Кроме того, пороговое напряжение будет разным для нанотрубок с разным диаметром и хиральностью.

Авторизация

логин
пароль
Регистрация Забыли пароль?

Реклама нефтегаз

Анонсы событий