Популярные Нано Технологии

Размещение материала

Для размещения материала в данном разделе заполните пожалуйста эту форму.

Кадры

Фотогалерея

Углеродные нанотрубки для наноробототехники

При напряжении много выше порогового VTH-high происходят моментальные разрушения во всех слоях нанотрубки. Для контролируемого удаления некоторых слоёв важно знать величину VTH-low. Пороговое напряжение было определено из измерений ВАХ для МСНТ [84]. Но выход на насыщение происходит не во всех случаях [85-87].

Нами было обнаружено, что использование пробойного напряжения в течение очень короткого времени (порядка десятка миллисекунд) вызывает неконтролируемое ускорение процессов структурирования слоёв. Причём, приложенное напряжение напрямую связано с выходом процесса. Например, выход будет больше в случае изменения напряжения от 0 до Vmax, чем при постоянном напряжении или его повышении от Vmax до Vmax. Такой результат был получен при изучении двух рядов УНТ, обозначенных А1 и А2 [74]. К ряду А1 прикладывалось напряжение от Vmax до Vmax с шагом 10 мВ через каждые 100 мкс. По той же схеме к ряду А2 прикладывалось напряжение от 0 до Vmax. В ряду А1 только 12 нанотрубок оказались пригодными для контролируемого изменения их слоёв, что составило 67%. В случае А2 – 89%.

В ходе работы нами так же был разработан способ модифицирования заданных участков слоёв МСНТ с использованием метода DEP. В дальнейшем это может стать мощным инструментом для конструирования сложных структур и устройств для НЭМС на основе одиночных УНТ.

На рисунке 5с показана нанотрубка, соединённая с тремя электродами. На вкладке приведено СЭМ изображение рядов УНТ. Прилагая разность потенциалов между электродами, соединёнными с концами трубки, мы смогли удалить некоторые участки внешнего слоя УНТ в её центральной части (рис. 5d). Эта технология отличается от способа, которым мы пользовались для получения УНТ, изображённой на рисунке 5а. На рисунке 5е показана одиночная МСНТ, соединённая с пятью электродами. Если вместо того, чтобы постепенного воздействовать на каждый слой, подвергнуть разрушению их все одновременно, то получится телескопическая структура, разделённая щелями 6-15 нм (рис. 5g).

Такая структура может найти себе широкое применение. Её малая длина (210 нм) обеспечит трём центральным сегментам быстрое движение без трения. Нами была рассчитана частота осцилляции такой телескопической трубки, состоящей из трёх сегментов. По модели Zheng [50,88], считая, что экструзия происходит на 5 нм, частота может достигать 1.28 ГГц.

Удаление слоёв происходит под действием джоулева тепла, поэтому получающиеся нанотрубки могут обладать рядом дефектов – изгибаться и содержать дыры. Однако перенос тока вдоль МСНТ происходит по диффузионному механизму [85,86], при этом происходит удаление внешних слоев трубки в центральной части, а образование дефектов имеет незначительный вклад.

На рисунке 6а изображена нанотрубка, связанная с металлическим контактом [89]. Этот контакт выполняет роль теплоотвода и уводит джоулево тепло, выделяющиеся в нанотрубке. Один теплоотвод состоит из двух металлических пластин, между которыми заключена нанотрубка, площадь их контакта достаточно велика. Другой теплоотвод состоит из одной металлической пластины и имеет линейный контакт с нанотрубкой.

 

Рис.6. Воздействие на оболочки МСНТ. (а) Схема МСНТ с двумя теплоотводами и электрическая схема. (b-d) СЭМ изображения наноструктуры, изображённой на (с) после воздействия пробойного тока. Утоньшение нанотрубки происходит в области соединения УНТ с однослойным теплоотвдом. Вкладки на (b) и (с): Изображения сверху. Вкладка на (d): Изображение области теплоотвода при большом увеличении, ясно видно изменение диаметра УНТ. (e), (f) СЭМ изображения УНТ с отмеченными областями утоьшения. (g) Типичное строение наноэлектрода.

Так как интенсивность отвода джоулева тепла зависит от площади контакта, то диссипация тепла выше в случае двухслойного контакта. Но этот результат был получен для УНТ с неодинаковым распределением тепла по своей длине. В той половине, где она была соединена с однослойным контактом, температура была выше. Можно сделать вывод, что электрический пробой, вызванным выделяющимся теплом, происходит именно в этой половине УНТ. СЭМ изображения нанотрубок, в которых произошёл такой пробой, представлены на рисунках 6b-f. Стрелками указаны места, в которых произошло удаление некоторых слоёв. Можно заметить, что утоньшение нанотрубки происходит только в области её соединения с однослойным теплоотводом. С этими экспериментальными данными согласуются результаты математического моделирования по распределению тепла в проводящей МСНТ [89].

Результатом электрического пробоя может также стать усадка отдельных слоёв нанотрубки при высокой температуре [90,91], образование различных заострённых концов. Воздействие джоулева тепла и электронно-лучевое облучение могут привести к ещё более интересным последствиям. В литературе есть данные по обнаружению сверхпластичности в одно-[92], двух-, трёхстенненных УНТ [93]. При температуре выше 2000°С относительное удлинение ОСНТ и МСНТ может достигать 280% и 190% соответственно, при этом диаметр уменьшается в 15 раз и на 90% соответственно. В работах [94,95] эти данные объясняются с использованием дислокационной теории. Очевидно, благодаря наблюдаемому явлению возникают широкие перспективы для воздействия на нанотрубки.

 

Массоперенос в УНТ

Не так давно впервые были получены нанотрубки, заполненные игольчатыми монокристаллами меди. Синтез проводили по CVD технологии с использованием медного катализатора [96]. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью и имеет низкое значение энергии связи с атомами углерода в нанотрубке (0.1-0.144 эВ/атом), поэтому УНТ, интеркаллированные медью, являются перспективным материалом для многих областей применения. Мы исследовали контролируемое плавление и перемещение монокрисаллитов меди внутри нанотрубки при помощи наноманипулирования [80].

На рисунке 7а представлен процесс переноса в разные моменты времени, снятый с использованием просвечивающей электронной микроскопии (TEM). Медь начинает перемещаться по внутреннему цилиндру нанотрубки снизу вверх, когда приложенное напряжение достигает 2.5 В. Весь процесс длиться примерно 70 секунд. Средняя скорость переноса, определённая по изменению длины столбика меди, составляет 11.6 нм/с (рис. 7b). Скорость массопереноса была определена по данным, представленным на рисунке 7с. Она составляет » 0.12 фемтограмм/с (1фемтограмм = 10-15грамм), то есть является очень медленной и контролируемой, и может обеспечить доставку вещества количеством порядка аттограммов за определённое время.

 

Рис.7. Массоперенос малого количества вещества внутри нанотрубки. (а) Временная зависимость процесса переноса, снятая с использованием TEM. Медь начинает заполнять внутренний цилиндр нанорубки, когда внешнее напряжение составляет 2.5 В. Процесс заполнения длится примерно 70 секунд. (b) График зависимости высоты столбика меди в нанотрубке от времени. Рассчитанная скорость массопереноса составляет » 0.12 фемтограмм/с. (с) График зависимости количества меди в нанотрубке от времени. Рассчитанная скорость протекания составляет примерно 11.6 нм/с. (d) Графики ВАХ, полученные для разных моментов времени, при постоянном внешнем напряжении 2.5 В. Плотность тока при таком напряжении составляет » 2.6Ч106 – 3.07Ч106 А/см2. (е) Связь плотности тока, J, и скорости массопереноса, dm/dt.

Авторизация

логин
пароль
Регистрация Забыли пароль?

Реклама нефтегаз

Анонсы событий