Scanning elektronenmicroscopie met lage druk in een waterdampomgeving wordt gebruikt om nanoschaal- tot microschaalfuncties in koolstofnanobuisbossen te vervaardigen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Precisie Frezen van koolstof nanobuis Bossen Met behulp van Low Pressure Scanning Electron Microscopy
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Een nanoschaalige fabricagetechniek die geschikt is voor het frezen van koolstofnanobuis (CNT) bossen wordt beschreven. De techniek maakt gebruik van een omgevings-scannende elektronenmicroscoop (ESEM) die werkt met een omgeving van lagedruk waterdamp. In deze techniek interageert een deel van de elektronenbundel met de waterdamp in de nabijheid van het CNT-monster, waardoor de watermoleculen worden gedissocieerd in hydroxylradicalen en andere soorten door radiolyse. Het restant van de elektronenbundel interageert met het CNT-bosmonster, waardoor het vatbaar wordt voor oxidatie door de chemische producten van radiolyse. Deze techniek kan worden gebruikt om een geselecteerd gebied van een individuele CNT te trimmen, of het kan worden gebruikt om honderden kubieke micrometer materiaal te verwijderen door de ESEM-parameters aan te passen. De bewerkingsresolutie is vergelijkbaar met de beeldresolutie van de ESEM zelf. De techniek produceert slechts kleine hoeveelheden koolstofresidu langs de grenzen van de snijzone, met minimale invloed op de inheemse structurele morfologie van het CNT-bos.
Inleiding
Carbon nanotubes (CNTs) en grafeen koolstofbasis nanomaterialen die veel aandacht hebben getrokken vanwege hun superieure sterkte, duurzaamheid, thermische en elektrische eigenschappen. Precisie bewerking van koolstof nanomaterialen is uitgegroeid tot een opkomende onderwerp van het onderzoek en biedt de mogelijkheid om te ontwerpen en te manipuleren van deze materialen in de richting van een verscheidenheid van technische toepassingen. Machining CNTs en grafeen vereist nanoschaal ruimtelijke precisie om eerst een nanoschaal gebied van belang te lokaliseren en vervolgens alleen het materiaal selectief te verwijderen binnen het aandachtsgebied. Als bijvoorbeeld de bew....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Voorbereiding van de CNT Bos Sample voor frezen
- CNT Synthesis
- 10 nm deponeren van aluminiumoxide (alumina) op een thermisch geoxideerde siliciumwafel via atomic layer deposition 13 of andere fysische dampdepositie methoden.
- Borg 1 nm van ijzer op de alumina dragerlaag 14 door sputteren of een andere fysische dampafzetting methode.
- Synthetiseren CNT's met behulp van een gevestigd proces, zoals thermische chemical vapour deposition 15.
- Verhit een 20 mm diameter buis oven tot 750 ° C in 400 standaard kubieke centimeter (SCCM) v....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De ESEM techniek werd gebruikt om een molen CNT bos gesynthetiseerd gebruikmakend van thermische CVD 15, 16. Geselecteerde gebied verwijdering van enkele CNTs vanuit een bos wordt getoond in figuur 2 11. Voor deze demonstratie, parameters omvatten 5 kV, spot grootte van 3, 11 Pa, 170,000X vergroting, 2 ms verblijftijd, en een opening van 30 urn.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Het protocol Gegevens best practices voor het frezen van relatief grote (micron-schaal) functies in CNT bossen. In het algemeen kan de afname worden verminderd door de versnellingsspanning, puntgrootte en diameter van de opening. Om een specifieke CNT trimmen in het bos, aanbevolen voorwaarden omvatten 5 kV, een spot grootte van 3 en een opening die 50 urn of minder in diameter. Merk op dat de freestechniek onder verminderde stippellijn rechthoeken zodanig beschreven dat de elektronenbundel rasters bijgevoegde regio s.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door de Air Force Office of Scientific Research subsidie FA9550-16-1-0011 en opstartfondsen van de Universiteit van Missouri. De auteurs willen de Electron Microscopy Core-faciliteit van de Universiteit van Missouri bedanken voor de assistentie met SEM-beeldvorming en het gebruik van patroonapparatuur en software.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 100 mm diameter silicon wafer with 1 micron thermal oxide | University Wafer | Beginnende substraat | |
| Iron sputter target | Kurt J. Lesker | EJTFEXX351A2 | Sputterdoel |
| Savannah 200 | Cambridge | Voor atoomlaagdepositie van alumina | |
| Quanta 600F Environmental SEM | FEI | Omgevings-scanning elektronenmicroscoop gebruikt om een omgeving met lage druk waterdamp te ondersteunen voor CNT-bos frezen | |
| xT Microscope Control software | FEI | 4.1.7 | Besturingssoftware gebruikt op Quanta 600F ESEM |
| Nanometer Pattern Generation System - Software | JC Nabity Lithography Systems | Version 9 | Software gebruikt voor elektronenbundel litografie |
| Dedicated computer met PCI516 lithografiekaart | Apparatuur gebruikt voor elektronenbundel litografie | ||
| DesignCAD software | V 21.2 | Optionele apparatuur gebruikt om patronen te genereren voor elektronenbundel litografie | |
| E-beam litografie montage | Ted Pella | 16405 | Elektronenbundel litografie montage met een Faraday cup en goud nanodeeltjes op koolstoftape |
| Picoammeter | Keithley | 6485 | Gebruikt met de Faraday cup om de stralingsstroom te kwantificeren |
| 12,7 mm diameter SEM stub | Ted Pella | 16111 | SEM stub |
| 45 graden pin stub houder | Ted Pella | 15329 | Optionele apparatuur gebruikt om de dwarsdoorsnede van een CNT-bos te frezen |
Referenties
- Labunov, V., et al. Femtosecond laser modification of an array of vertically aligned carbon nanotubes intercalated with Fe phase nanoparticles. Nanoscale Res Lett. 8 (1), 375-375 (2013).
- Lim, K. Y., et al. Laser Pruning of Carbon Nanotubes as a Route to Static and Movable Structures. Adv....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
