Precision Fresagem de Nanotubos de Carbono Florestas Usando Baixa Pressão Scanning Electron Microscopy

Resumo

A microscopia eletrônica de varredura de baixa pressão em um ambiente de vapor de água é usada para usinar recursos em nanoescala a microescala em florestas de nanotubos de carbono.

Resumo

Uma técnica de fabricação em nanoescala apropriada para moagem de florestas de nanotubos de carbono (CNT) é descrita. A técnica utiliza um microscópio eletrônico de varredura ambiental (ESEM) operando com um ambiente de vapor de água de baixa pressão. Nesta técnica, uma parte do feixe de elétrons interage com o vapor de água nas proximidades da amostra CNT, dissociando as moléculas de água em radicais hidroxila e outras espécies por radiólise. O restante do feixe de elétrons interage com a amostra da floresta CNT, tornando-a suscetível à oxidação dos produtos químicos da radiólise. Esta técnica pode ser usada para aparar uma região selecionada de um CNT individual, ou pode ser usada para remover centenas de mícrons cúbicos de material ajustando os parâmetros ESEM. A resolução de usinagem é semelhante à resolução de imagem do próprio ESEM. A técnica produz apenas pequenas quantidades de resíduo de carbono ao longo dos limites da zona de corte, com efeito mínimo na morfologia estrutural nativa da floresta CNT.

Introdução

Os nanotubos de carbono (CNT) e grafeno são nanomateriais à base de carbono que têm atraído grande atenção devido à sua força superior, durabilidade, térmica e propriedades elétricas. usinagem de precisão de nanomateriais de carbono tornou-se um tema emergente de pesquisa e oferece o potencial para projetar e manipular esses materiais para uma variedade de aplicações de engenharia. Nanotubos de carbono de usinagem e grafeno requer precisão espacial nanoescala a primeira localizar uma área nanoescala de interesse e, em seguida, para eliminar selectivamente apenas o material no interior da área de interesse. Como um exemplo, considere a usinagem das florestas CNT orien....

Protocolo

1. Preparação da Amostra CNT Floresta para fresagem

1. CNT Síntese
   1. Depósito de 10 nm de óxido de alumínio (alumina) sobre uma pastilha de silício termicamente oxidado usando deposição de camadas atômicas ¹³ ou outros métodos de deposição de vapor físico.
   2. Depósito 1 nm de ferro sobre a camada de suporte de alumina por pulverização catódica ¹⁴ ou outro método de deposição de vapor físico.
   3. Sintetizar os nanotubos de carbono utilizando um processo estabelecido, tais como deposição de vapor químico térmico ^15.
      1. Aquece-se uma 20 milímetros d....

Resultados

A técnica ESEM foi usada para moer uma floresta CNT sintetizados utilizando térmica DCV ^{15, 16.} Remoção área seleccionada de uns poucos de nanotubos de carbono dentro de uma floresta é mostrado na Figura 2 ^11. Para esta demonstração, incluem parâmetros de 5 kV, o tamanho do ponto de 3, 11 Pa, 170,000X ampliação, 2 ms o tempo de paragem, e uma abertura de malha de 30 um.

Discussão

O protocolo detalhes as melhores práticas para moagem relativamente grande (escala micron) apresenta em florestas da CNT. Em geral, a taxa de remoção de material pode ser reduzido através da redução da voltagem de aceleração, tamanho do ponto, e o diâmetro da abertura. Para aparar uma CNT específico dentro de uma floresta, sob as condições recomendadas incluem 5 kV, um tamanho de mancha de 3, e de uma abertura que é de 50 fim ou menos de diâmetro. Note-se que a técnica de moagem usando rectângulos área reduzida é detalh.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Wafer de silício de 100 mm de diâmetro com óxido térmico de 1 mícron	Substrato inicial	Wafer
universidade Alvo de pulverização de ferro	Kurt J. Lesker	EJTFEXX351A2	Alvo de pulverização catódica
Savannah 200	Cambridge		Para a deposição atômica da camada da alumina
Quanta 600F ambiental	SEM FEI		Microscópio eletrônico ambiental da exploração usado para apoiar um ambiente de baixa pressão do vapor de água para a moagem da floresta de CNT
Software do controle do microscópio do xT	do	Quanta 600F ESEM usado no
sistema da geração do teste padrão do nanômetro de Quanta 600F ESEM - software	JC Nabity Lithography Systems	Versão 9	Software usado para litografia por feixe de elétrons
Computador dedicado com placa			Equipamento usado para litografia por feixe de elétrons
Software DesignCAD		V 21.2	Equipamento opcional usado para gerar padrões para litografia por feixe de elétrons
Montagem de litografia por feixe E	Ted Pella	16405	Montagem de litografia de feixe de elétrons com um copo de Faraday e nanopartículas de ouro em fita de carbono
Picoammeter	Keithley	6485	Usado com o copo de Faraday para quantificar a corrente do feixe
de SEM de 12,7 mm de diâmetro	Ted Pella	16111	Ponta de SEM
Suporte de ponta de pino de 45 graus	Ted Pella	15329	Equipamento opcional usado para fresar a seção transversal de uma floresta CNT

de de Software do controle do cliente de litografia PCI516 Ponta