Niskociśnieniowa skaningowa mikroskopia elektronowa w otoczeniu pary wodnej jest używana do obróbki cech nanoskali do mikroskali w lasach nanorurek węglowych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Precyzyjne mielenie lasów nanorurek węglowych przy użyciu niskociśnieniowej skaningowej mikroskopii elektronowej
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Opisano technikę wytwarzania na nanoskalę, odpowiednią do mielenia lasów z nanorurek węglowych (CNT). Technika ta wykorzystuje środowiskowy skaningowy mikroskop elektronowy (ESEM) pracujący z otoczeniem pary wodnej pod niskim ciśnieniem. W tej technice część wiązki elektronów oddziałuje z parą wodną w pobliżu próbki CNT, dysocjując cząsteczki wody na rodniki hydroksylowe i inne związki w wyniku radiolizy. Pozostała część wiązki elektronów oddziałuje z próbką lasu CNT, czyniąc ją podatną na utlenianie przez chemiczne produkty radiolizy. Technika ta może być wykorzystana do przycięcia wybranego obszaru pojedynczej CNT lub może być wykorzystana do usunięcia setek mikronów sześciennych materiału poprzez dostosowanie parametrów ESEM. Rozdzielczość obróbki jest podobna do rozdzielczości obrazowania samego ESEM. Technika ta wytwarza jedynie niewielkie ilości pozostałości węgla wzdłuż granic strefy cięcia, przy minimalnym wpływie na rodzimą morfologię strukturalną lasu CNT.
Wprowadzenie
Nanorurki węglowe (CNTs) oraz grafen to nanomateriały na bazie węgla, które przyciągnęły znaczną uwagę ze względu na swoją wyjątkową wytrzymałość, trwałość oraz właściwości termiczne i elektryczne. Precyzyjna obróbka nanomateriałów węglowych stała się nowym tematem badań i oferuje potencjał do projektowania oraz manipulowania tymi materiałami na potrzeby różnych zastosowań inżynieryjnych. Obróbka CNTs i grafenu wymaga precyzji przestrzennej w skali nano, aby najpierw zlokalizować nanoskopiowy obszar zainteresowania, a następnie selektywnie usunąć materiał wyłącznie w obrębie tego obszaru. Jako przykład można rozważyć obróbkę pionowo zorientowanych lasów CNTs (znanych ....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Przygotowanie próbki lasu CNT do mielenia
- Synteza CNT
- Osadzanie 10 nm tlenku glinu (tlenku glinu) na termicznie utlenionej płytce krzemowej przy użyciu osadzania warstwy atomowej13 lub innych metod fizycznego osadzania z fazy gazowej.
- Osadzać 1 nm żelaza na warstwie nośnej tlenku glinu metodą natryskiwania14 lub inną metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej.
- Syntetyzuj CNT przy użyciu ustalonego procesu, takiego jak termiczne chemiczne osadzanie z fazy gazowej15.
- Podgrzej piec rurowy o średnicy 20 mm do temperatury 7....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Technikę ESEM wykorzystano do frezowania lasu CNT zsyntetyzowanego metodą termicznego CVD15,16. Wybiórcze usuwanie kilku CNT z wnętrza lasu przedstawiono na Rysunku 211. W tej demonstracji zastosowano następujące parametry: 5 kV, rozmiar plamki (spot size) 3, 11 Pa, powiększenie 170 000X, czas ekspozycji (dwell time) 2 ms oraz aperturę 30 µm.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Protokół zawiera szczegółowe informacje na temat najlepszych praktyk dotyczących mielenia stosunkowo dużych (w skali mikronowej) obiektów w lasach CNT. Ogólnie rzecz biorąc, szybkość usuwania materiału można zmniejszyć, zmniejszając napięcie przyspieszenia, rozmiar plamki i średnicę otworu. Aby przyciąć określoną CNT w lesie, zalecane warunki obejmują 5 kV, rozmiar plamki 3 i otwór o średnicy 50 μm lub mniejszej. Należy zauważyć, że technika frezowania przy użyciu prostokątów o zmniejszonej powierzchni jest tak szczegóło.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Podziękowania
Ta praca była wspierana przez grant Biura Badań Naukowych Sił Powietrznych FA9550-16-1-0011 oraz fundusze startowe Uniwersytetu Missouri. Autorzy chcieliby podziękować ośrodkowi University of Missouri Electron Microscopy Core za pomoc w obrazowaniu SEM oraz wykorzystaniu sprzętu i oprogramowania do tworzenia wzorów.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Wafel krzemowy o średnicy 100 mm z tlenkiem termicznym o grubości 1 mikrona | Opłatek | Podłoże początkowe | |
| Tarcza do napylania żelaza | Kurt J. Lesker | EJTFEXX351A2 | Tarcza do rozpylania |
| Savannah 200 | Cambridge | Do osadzania warstw atomowych tlenku glinu | |
| Quanta 600F Środowiskowy SEM | FEI | Środowiskowy skaningowy mikroskop elektronowy używany do wspomagania niskociśnieniowego środowiska otoczenia pary wodnej do mielenia CNT w lesie | |
| Mikroskop xT Oprogramowanie sterujące | FEI | 4.1.7 | Oprogramowanie sterujące stosowane w Quanta 600F |
| ESEM Nanometer Pattern Generation System - Oprogramowanie | JC Nabity | Lithography Systems Version 9 Oprogramowanie | używane do litografii wiązką elektronów |
| Dedykowany komputer z płytą | Sprzęt używany do litografii wiązką elektronów | ||
| Oprogramowanie | V 21.2 | Opcjonalne wyposażenie służące do generowania wzorów do litografii wiązką elektronów | |
| Montaż litograficzny wiązką elektronów | Ted Pella | 16405 | Montaż litograficzny wiązką elektronów z kubkiem Faradaya i nanocząstkami złota na taśmie węglowej |
| Amperomierz | Keithley | 6485 | Używany z kubkiem Faradaya do ilościowego określania prądu wiązki |
| średnicy 12,7 mm Króciec SEM | Ted Pella | 16111 | SEM króciec |
| 45 stopni uchwyt na króciec | Ted Pella | 15329 | Opcjonalne wyposażenie używane do frezowania przekroju poprzecznego lasu CNT |
Bibliografia
- 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....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
