يستخدم المجهر الإلكتروني الماسح بالضغط المنخفض في محيط بخار الماء لتصنيع ميزات النانو إلى المصغر في غابات الأنابيب النانوية الكربونية.
مقالة منهجية
يستخدم المجهر الإلكتروني الماسح بالضغط المنخفض في محيط بخار الماء لتصنيع ميزات النانو إلى المصغر في غابات الأنابيب النانوية الكربونية.
أنابيب الكربون النانوية (الأنابيب النانوية الكربونية) والجرافين هي المواد النانوية الكربونية التي جذبت اهتماما كبيرا بسبب قوتها العالية والمتانة والحرارية، والخواص الكهربائية. أصبحت الآلات الدقيقة للمواد النانوية الكربونية موضوعا الناشئة من الأبحاث ويوفر القدرة على مهندس والتعامل مع هذه المواد نحو مجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. الأنابيب النانوية الكربونية وتصنيع الآلات والجرافين تتطلب الدقة المكانية النانو لتحديد أول منطقة النانو ذات الاهتمام ومن ثم لإزالة انتقائي فقط المواد داخل المنطقة من الفائدة. وكمثال على ذلك، والنظر في تشكيل الغابات المركز الوطني للاستشعار موجه عموديا (المعروف أيضا باسم صفائف CNT). المقطع العرضي من الغابات المركز الوطني للاستشعار يمكن محددة بدقة من قبل الزخرفة الحجرية من الأفلام محفز. السطح العلوي للغابات موجه عموديا، ومع ذلك، في كثير من الأحيان سيئة أمرت مع ارتفاع غير موحدة. للتطبيقات الحساسة للسطح مثل مواد واجهة الحرارية، ركان السطح غير المنتظم يمكن أن تعرقل الأمثل اتصال سطح والحد من أداء الجهاز. تقليم الدقة لسطح غير منتظم لخلق سطح مستو موحد يحتمل أن تقدم أفضل، وأداء أكثر للتكرار من خلال تعظيم مجال الاتصال المتاحة.
تقنيات الآلات الدقيقة للمواد النانوية في كثير من الأحيان لا تشبه التقنيات الميكانيكية macroscale التقليدية بالقطع مثل الحفر والطحن، وتلميع عن طريق الأدوات صلابة. حتى الآن، وقد تم استخدام تقنيات الحزم حيوية أنجح في طحن انتقائية الموقع للمواد النانوية الكربونية. وتشمل هذه التقنيات ليزر، شعاع الإلكترون، وركزت شعاع ايون (FIB) التشعيع. من هذه، توفر تقنيات بالقطع ليزر معظم المواد السريعة معدل إزالة 1، 2، ومع ذلك، فإن حجم البقعة من أنظمة الليزر هو بناء على أمر من العديد من ميكرون وكبير جدا لعزل الكيانات نانومتر النطاق مثل ن الكربون واحد قطاع anotube داخل غابة كثيفة السكان. على النقيض من ذلك، والإلكترون وأيون أنظمة شعاع تنتج شعاع التي يمكن أن تركز على نقطة وهذا هو عدة نانومتر أو أقل في القطر.
تم تصميم أنظمة الاكذوبه خصيصا لطحن النانو وترسب المواد. هذه الأنظمة تستخدم شعاع حيوية من ايونات المعادن الغازية (عادة الغاليوم) لتفل المواد من المنطقة المحددة. الاكذوبه طحن الأنابيب النانوية الكربونية يمكن تحقيقه، ولكن كثير من الأحيان مع المنتجات الثانوية غير مقصودة بما في ذلك الغاليوم وإعادة الترسب الكربون في المناطق المحيطة بها من الغابة 3 و 4. عند استخدام هذه التقنية للغابات CNT، أقنعة المواد redeposited و / أو يغير مورفولوجيا المنطقة طحن المحدد، تغيير المظهر الأصلي وسلوك الغابة المركز الوطني للاستشعار. الغاليوم قد زرع أيضا في المجلس الوطني الانتقالي، وتوفير المنشطات الإلكترونية. هذه النتائج غالبا ما تجعل طحن أساس FIB-باهظة من أجل الغابات المركز الوطني للاستشعار.
"jove_content"> المجاهر نقل الإلكترون (إحساس الغانيين) الاستفادة من شعاع ناعما تركيزا من الإلكترونات لفحص التركيب الداخلي للمواد. الفولتية تسريع لعملية تيم عادة ما تتراوح 80-300 كيلو فولت. لأن الطاقة المغلوب على من الأنابيب النانوية الكربونية 86.4 كيلو 5، والطاقة التي تنتجها الالكترونات TEM كافية لإزالة مباشرة ذرات من شعرية المركز الوطني للاستشعار وحمل طحن محلية شديدة. مطاحن تقنية الأنابيب النانوية الكربونية مع يحتمل نانومتر الفرعي الدقة 5، 6، 7؛ ومع ذلك، فإن عملية بطيئة جدا - التي تتطلب في كثير من الأحيان دقيقة لمطحنة المركز الوطني للاستشعار واحد. الأهم من ذلك، تتطلب نهجا طحن القائم تيم الأنابيب النانوية الكربونية إلى إزالة أول من ركيزة النمو وفرقت على شبكة تيم للمعالجة. ونتيجة لذلك، أساليب تعتمد على تيم عادة ما تكون غير متوافقة مع الطحن الغابات المركز الوطني للاستشعار فيها الأنابيب النانوية الكربونية يجب أن تبقى على ركيزة صلبة.
طحن CN تلقت تي الغابات عن طريق المسح الضوئي المجاهر الإلكترونية (محترفو التسويق عبر محركات) أيضا الاهتمام. وعلى النقيض من تقنيات تيم المستندة إلى أدوات ووزارة شؤون المرأة غير قادرة عادة لتسريع الإلكترونات مع ما يكفي من الطاقة لنقل الطاقة المغلوب على المطلوب لإزالة مباشرة ذرات الكربون. بدلا من ذلك، التقنيات التي تعتمد SEM-تستخدم شعاع الالكترون في وجود مادة مؤكسدة الغازي الضغط المنخفض. شعاع الالكترون انتقائي الأضرار شعرية المركز الوطني للاستشعار وقد تنأى في المحيط الغازية إلى أنواع أكثر تفاعلية مثل H 2 O 2 والهيدروكسيل. بخار الماء والأكسجين والغازات ذكرت الأكثر شيوعا لتحقيق النقش منطقة انتقائية. لأن التقنيات التي تعتمد SEM-تعتمد على عملية كيميائية متعددة الخطوات، والمتغيرات معالجة العديد من قد تؤثر على معدل الطحن ودقة العملية. وقد لوحظ سابقا أن زيادة تسارع الجهد والحزم الحالية تزيد بشكل مباشر على سعر الطحن بسبب زيادة تدفق الطاقة، كما هو متوقع"XREF"> 11. تأثير ضغط الغرفة هو أقل وضوحا. وضغط شديد الانخفاض يعاني من نقص عامل مؤكسد، وخفض معدل الطحن. وعلاوة على ذلك، والإفراط في وفرة الأنواع الغازية ينثر شعاع الالكترون ويقلل من تدفق الإلكترونات في المنطقة الطحن، وأيضا خفض معدل إزالة المادي.
لتقدير معدل إزالة الكربون، وهو نهج مماثلة لتلك المستخدمة من قبل اسيتر والرف كان يعمل 12، حيث تتفاعل الإلكترونات مع جزيئات السلائف بالقرب من السطح لتوليد أنواع رد الفعل الذي حفر على سطح الركيزة. من هذا النموذج، ويقدر معدل حفر كما

حيث N A هو تركيز سطح الأنواع منمش، Z هو تركيز سطح مواقع التفاعل المتاحة، x هو عامل رياضيات الكيمياء المتعلقة النقش متقلبةالمنتجات الناتجة بالنسبة إلى المواد المتفاعلة، يمثل وσ احتمال توليد أنواع الحفر المطلوب من بخار الاصطدام المياه الإلكترون، وΓe هو تدفق الإلكترونات على السطح. ويفترض أن عوامل س و A σ أن تكون وحدة وطنية، في حين يفترض Z أن يكون ثابتا تقريبا، وأكبر بكثير من NA. ويمكن الاطلاع على مزيد من التفاصيل في عملنا السابق. 11
في هذه المقالة، هو استكشاف إجراء يستخدم الضغط المنخفض بخار الماء داخل ووزارة شؤون المرأة إلى المناطق مطحنة تتراوح بين الأنابيب النانوية الكربونية الفردية إلى حجم كبير (عشرات ميكرومتر مكعب) إزالة المواد. نحن هنا لشرح هذه التقنية تستخدم لالغابات المركز الوطني للاستشعار مطحنة باستخدام ESEM باستخدام انخفاض المستطيلات المنطقة، بمسح الخط الأفقي، والتي تسيطر عليها البرنامج rastering شعاع الالكترون. ويلزم برامج إضافية وأجهزة لتوليد نمط، على النحو المبين في قائمة المواد. ويتم التركيز على إزالة قريبكبيرة لاي (100 من ميكرون مكعب) حجم المواد من الغابات المركز الوطني للاستشعار، وبالتالي فإن الظروف المعالجة التالية هي عدوانية نسبيا.
عند التعامل مع العينة وكعب عينة، من المهم أن ارتداء قفازات النتريل المتاح. هذا سيمنع الزيوت من نقله إلى كعب أو عينة، وبالتالي تدهور فعالية المضخات.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. إعداد نموذج CNT الغابات لطحن
2. المركز الوطني للاستشعار غابة طحن
إزالة 3. عينة
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم استخدام تقنية ESEM إلى طاحونة غابة CNT تصنيعه باستخدام الحرارية الأمراض القلبية الوعائية 15 و 16. ويرد إزالة منطقة مختارة من عدد قليل من الأنابيب النانوية الكربونية من داخل غابة في الشكل 2 11. لهذه التظاهرة، وتشمل المعلمات 5 كيلو فولت، حجم البقعة من 3، 11 با، 170،000X التكبير، 2 مللي ثانية تسكن الوقت، وفتحة من 30 ميكرون.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تفاصيل البروتوكول أفضل الممارسات لطحن كبير نسبيا (ميكرون على نطاق و) يتميز في الغابات المركز الوطني للاستشعار. بشكل عام، قد يتم تخفيض معدل إزالة المواد عن طريق الحد من الجهد والتسارع، وحجم البقعة، وقطر الفتحة. لخفض المركز الوطني للاستشعار معين داخل غابة، أوصى تشمل الظروف 5 كيلو فولت، وحجم البقعة من 3، والفتحة التي هي 50 ميكرون أو أقل في القطر. لاحظ أن تقنية الطحن باستخدام انخفاض المستطيلات منطقة ومفصلة بحيث شعاع الالكترون المنقطات المنطقة المغلقة مرة واحدة فقط. يمكن تفحص منطقة خفض...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.
تم دعم هذا العمل من قبل منحة مكتب البحث العلمي للقوات الجوية FA9550-16-1-0011 وصناديق بدء التشغيل بجامعة ميسوري. يود المؤلفون أن يشكروا المنشأة الأساسية للفحص المجهري الإلكتروني بجامعة ميسوري للمساعدة في تصوير الميكروبات عبر محرك البحث واستخدام معدات وبرامج الزخرفة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| رقاقة سيليكون قطرها 100 مم مع أكسيد حراري 1 ميكرون | رقاقة | بداية الركيزة | |
| هدف رش الحديد | Kurt J. Lesker | EJTFEXX351A2 | هدف الرش |
| سافانا 200 | كامبريدج | لترسب الطبقة الذرية للألومينا | |
| Quanta 600F البيئة SEM | FEI | المجهر الإلكتروني الماسح البيئي المستخدم لدعم بيئة محيطة ببخار الماء منخفض الضغط لطحن الغابات | |
| CNT برنامج التحكم في المجهر | FEI | 4.1.7 | النانومتر Quanta 600F ESEM |
| - البرمجيات | JC Nabity أنظمة الطباعة الحجرية | الإصدار 9 | البرنامج المستخدم في الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون |
| كمبيوتر مخصص مزود بلوحة | المعدات المستخدمة في الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون | ||
| تصميم برنامج | V 21.2 | المعدات الاختيارية المستخدمة لتوليد أنماط للطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون | |
| حامل الطباعة الحجرية للشعاع الإلكتروني | تيد بيلا | 16405 | حامل الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون مع كوب فاراداي وجسيمات نانوية ذهبية على شريط كربوني |
| الضغط | Keithley | 6485 | يستخدم مع كوب فاراداي لتحديد تيار الشعاع |
| بقطر 12.7 مم كعب SEM | تيد بيلا | 16111 | SEM كعب |
| 45 درجة حامل كعب دبوس | تيد بيلا | 15329 | المعدات الاختيارية المستخدمة لطحن المقطع العرضي لغابة CNT |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن