Introduction
Los nanotubos de carbono (CNT) y el grafeno son los nanomateriales basados en el carbono que han atraído considerable atención debido a su mayor resistencia, durabilidad térmica y propiedades eléctricas. mecanizado de precisión de los nanomateriales de carbono se ha convertido en un tema emergente de la investigación y ofrece el potencial para diseñar y manipular estos materiales hacia una variedad de aplicaciones de ingeniería. CNT de mecanizado y grafeno requiere precisión espacial nanoescala ubicar en primer lugar una zona a nanoescala de interés y luego para eliminar selectivamente sólo el material dentro del área de interés. Como ejemplo, considerar el mecanizado de los bosques CNT orientados verticalmente (también conocida como matrices de CNT). La sección transversal de los bosques CNT puede ser precisamente definida por el patrón litográfica de las películas de catalizador. La superficie superior de los bosques orientados verticalmente, sin embargo, son frecuentemente mal ordenó con la altura no uniforme. Para aplicaciones sensibles a la superficie tales como materiales de interfaz térmica, tsuperficie irregular que puede impedir el contacto de la superficie óptima y reducir el rendimiento del dispositivo. recorte de precisión de la superficie irregular para crear una superficie plana uniforme podría potencialmente ofrecer un mejor rendimiento, más repetible al maximizar el área de contacto disponible.
técnicas de mecanizado de precisión para los nanomateriales con frecuencia no se parecen a las tecnologías de mecanizado mecánico macroescala convencionales tales como taladrado, fresado y pulido por medio de herramientas endurecido. Hasta la fecha, las técnicas que utilizan rayos energéticos han tenido más éxito en la molienda selectiva de sitio de los nanomateriales de carbono. Estas técnicas incluyen láser, haz de electrones, y se centró la irradiación por haz de iones (FIB). De estos, las técnicas de mecanizado por láser proporcionan la mayor tasa de eliminación de material rápido 1, 2; sin embargo, el tamaño del punto de sistemas de láser es del orden de muchos micrómetros, y es demasiado grande para aislar entidades de escala nanométrica, como una sola carbono nanotube segmento dentro de un bosque densamente poblado. Por el contrario, los sistemas de haces de electrones e iones producen un haz que puede ser enfocado a un punto que está varios nanómetros o menos de diámetro.
sistemas de FIB se han diseñado específicamente para el fresado de nanoescala y la deposición de materiales. Estos sistemas utilizan un haz de energía de iones de metales gaseosos (normalmente de galio) para pulverización catódica material de un área seleccionada. FIB molienda de CNT es alcanzable, pero a menudo con subproductos no deseados que incluyen galio y re-deposición de carbono en las regiones circundantes de la selva 3, 4. Cuando se utiliza la técnica para los bosques CNT, las máscaras de material redepositados y / o altera la morfología de la región de molienda seleccionado, alterar la apariencia nativa y el comportamiento del bosque CNT. El galio también puede implantar dentro de la CNT, proporcionando el dopaje electrónico. Tales consecuencias a menudo hacen a base de fresado FIB prohibitivo para los bosques de la CNT.
5, la energía de los electrones producidos por TEM es suficiente para eliminar directamente los átomos de la red cristalina CNT e inducir la molienda muy localizada. Los nanotubos de carbono molinos técnica con precisión potencialmente subnanométrica 5, 6, 7; sin embargo, el proceso es muy lento - a menudo requieren minutos a molino de un solo CNT. Es importante destacar que, los enfoques de molienda a base de TEM requieren CNTs a ser quitados primero a partir de un sustrato de crecimiento y se dispersaron en una rejilla de TEM para su procesamiento. Como resultado, los métodos basados en TEM no son generalmente compatibles con CNT fresado bosque en el que los CNT debe permanecer en un sustrato rígido.
Fresado de CN T bosques mediante el escaneo de los microscopios electrónicos (SEM) también ha sido objeto de atención. En contraste con las técnicas de TEM-base, instrumentos SEM son típicamente incapaz de acelerar electrones con energía suficiente para impartir la energía reacción en cadena necesaria para eliminar directamente átomos de carbono. Más bien, técnicas basadas en SEM utilizan un haz de electrones en presencia de un oxidante gaseoso de baja presión. El haz de electrones daños selectivamente la celosía CNT y puede disociar el ambiente gaseoso en las especies más reactivas tales como H 2 O 2 y el radical hidroxilo. El vapor de agua y el oxígeno son los gases más comúnmente reportados para lograr el grabado de área selectiva. Debido a que las técnicas basadas en SEM se basan en un proceso químico de múltiples pasos, numerosas variables de procesamiento pueden influir en la velocidad de molienda y la precisión del proceso. Se ha observado anteriormente que el aumento de corriente voltaje de aceleración y de la viga aumenta directamente la tasa de molienda debido a un mayor flujo de energía, como se esperaba"xref"> 11. El efecto de la presión de la cámara es menos obvio. Una presión que es demasiado bajo sufre de una deficiencia de agente oxidante, la disminución de la tasa de molienda. Además, un-abundancia de especies gaseosas dispersa el haz de electrones y disminuye el flujo de electrones en la región de fresado, también la disminución de la tasa de eliminación de material.
Para estimar la tasa de eliminación de carbono, un enfoque similar a la utilizada por Lassiter y la cremallera 12 se empleó, por lo que los electrones interaccionan con moléculas precursoras cerca de la superficie para generar especies reactivas que atacar la superficie del sustrato. A partir de este modelo, la velocidad de grabado se estima como
donde N es la concentración de superficie de la especie Etchant, Z es la concentración superficial de los sitios de reacción disponibles, x es un factor de estequiometría relativa del grabado volátilproductos generados en relación con los reactivos, A σ representa la probabilidad de generar la especie de grabado deseados de una colisión de electrones vapor de agua, y Γe es el flujo de electrones en la superficie. Los factores de x y A σ se supone que son la unidad, mientras que Z se supone que es casi constante y significativamente más grande que NA. Más detalles se pueden encontrar en nuestro trabajo anterior. 11
En este artículo, un procedimiento se explora que utiliza vapor de agua a baja presión dentro de un SEM a las regiones de molino que van desde CNT individuales de gran volumen (decenas de micrómetros cúbicos) de eliminación de material. Aquí se demuestra la técnica utilizada para molino bosques CNT usando un ESEM por el uso de rectángulos reducción de área, las exploraciones de línea horizontal, y Barrido de software controlado del haz de electrones. Se requiere software y hardware adicional para la generación de patrones, como se indica en la Lista de materiales. Se hace hincapié en la eliminación relativaLy grandes (100 micras de de volumen del material cúbicos) de un bosque CNT, por lo que las siguientes condiciones de procesamiento son relativamente agresivo.
Al manipular la muestra y el talón de la muestra, es importante usar guantes de nitrilo desechables. Esto evitará que los aceites de ser transferido al talón o de la muestra y por lo tanto el deterioro de la eficacia de las bombas.
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Protocol
1. Preparación de la muestra CNT Bosque para el fresado
- CNT Síntesis
- Depósito de 10 nm de óxido de aluminio (alúmina) sobre una oblea de silicio oxidado térmicamente mediante deposición atómica capa 13 u otros métodos de deposición física de vapor.
- Depósito de 1 nm de hierro sobre la capa de soporte de alúmina mediante pulverización catódica 14 u otro método de deposición física de vapor.
- Sintetizar nanotubos de carbono mediante un proceso establecido, tales como deposición de vapor químico térmico 15.
- Calentar un horno de tubo de diámetro 20 mm a 750 ° C en 400 centímetros cúbicos estándar (sccm) de flujo de helio y 100 sccm de hidrógeno. Introducir 100 sccm de etileno en forma de gas de alimentación de hidrocarburos para una tasa de crecimiento de aproximadamente 50 micras / min.
- Preparación SEM
- Aplique cinta de carbono a un 1/2 "de diámetro SEM código auxiliar estándar. Si la inclinación de la etapa is es necesario, se solapan la región de la muestra de bosque CNT a moler sobre el borde de la trozo. Si se utiliza Barrido de haz de electrones controlado por software en el procedimiento de molienda, asegurar la muestra de CNT a una litografía de haz de electrones montar de una manera similar.
- Si la molienda de la sección transversal de la CNT, asegurar el empalme hacia un soporte de talón de 45 ° con un tornillo de fijación.
- Ventilar el ESEM seleccionando el icono "Vent" del software de control ESEM.
- Abra la puerta del escenario ESEM, y asegurar el empalme hacia el escenario SEM con un tornillo de fijación.
- Cierre la cámara de SEM y seleccione "alto vacío" en el software de control ESEM.
- Mientras que la cámara ESEM está bombeando, seleccionar los parámetros del haz de electrones de 5 kV y tamaño de mancha de 3,0 mediante la ficha de control del haz dentro del software de control.
- Seleccione el detector de electrones secundarios mediante la selección de los detectores | ETD (SE) en el software de control ESEM.
- Seleccione el icono "Beam On" en el software de control.El haz puede ser activa sólo una vez que el vacío de la cámara está a menos de 10 -4 Torr. Use los mandos de control de enfoque manual SEM para enfocar la muestra.
- Incline la muestra a 45 ° con la perilla de control de fase de inclinación manual o mediante la introducción de 45 ° en el campo "inclinación" en la pestaña "Coordenadas" del software ESEM. Centrarse en la muestra más alta. Vincular la distancia focal a la distancia de trabajo mediante la selección de la etapa | Enlace de Z a FWD en el menú del software ESEM. Entrada 7 mm en el campo "Z" en la pestaña "Coordenadas" en el software de control.
- Ajustar el enfoque, stigmation, el brillo y el contraste usando los botones de control manual para resolver una imagen bien enfocada.
- Ajuste del haz en modo alto vacío
- Localizar una región para fresar usando controles de navegación. Haga doble clic dentro de la vista de la imagen SEM o girando manualmente el eje x y de control y mandos de control de la etapa de SEM para navegar.
- Vaya a un l adyacentesocation aproximadamente 100 micras de distancia de la región de fresado.
- Consultar la figura 1 para estimar la tasa de eliminación de material de la selva CNT como una función de la presión, el voltaje de aceleración, tiempo de permanencia por píxel, y la corriente de haz.
- Ajustar el voltaje de aceleración de 30 kV y punto de tamaño a 5,0 usando el software de control ESEM. Ajustar el enfoque de la imagen, el brillo y el contraste usando los botones de control ESEM. Para el fresado a escala nanométrica de CNT individuales o pocas, seleccione 5 kV y tamaño de punto 3.0.
- Seleccionar un 1 mm de abertura mediante el ajuste de apertura manual. Ajuste el enfoque, stigmation, el brillo y el contraste para obtener una imagen bien resuelto, como se detalla anteriormente.
- Reducir la ampliación a <1.000X.
- Configuración del SEM en Baja Presión de Vapor de Agua
- Seleccionar una presión de 11 Pa en el cuadro desplegable software de control.
- Seleccione el modo de "baja presión" en los ajustes de "vacío" en el softwa ESEMvolver a introducir el vapor de agua.
- Seleccione "Beam On" en el software de control sobre estabilización de la presión. Seleccionar un tiempo de permanencia de <10 microsegundos y una resolución de 1.024 x 884 en los cuadros desplegables del software de control.
- Ajustar el brillo, el contraste, el enfoque y stigmation como se detalla anteriormente.
- Navegue hasta la región de tallado deseada. Rotar la orientación de la imagen seleccionando la opción | Analiza rotación en el software de control, si es necesario. Seleccionar un ángulo de rotación adecuado que se alinea con la orientación de exploración vertical y horizontal nativo de la SEM.
- En el fresado de tamaños de las características del orden de 1 m, seleccione una ampliación de 40,000X. Seleccionar un aumento de 20.000X a las características del molino con dimensiones de hasta 5 micras.
- Pausa el haz de electrones mediante la selección de la ' "' icono. Una imagen del bosque CNT se mostrará y puede ser utilizado para la selección de las regiones de fresado área reducida, mientras que la viga está en pausa. </ Li>
2. CNT Bosque de fresado
- Las instrucciones para la molienda CNT bosque utilizando un área seleccionada rectangular
- Elija la herramienta 'área reducida "en el software de control, o seleccione reducido el área de escaneado en el menú del software. Extender un rectángulo área reducida sobre el área a ser molido.
- Permite ajustar la resolución de 2.048 x 1.768. Aumentar el tiempo de permanencia de 2 ms. Si 2 ms no está disponible, vaya a la exploración | Preferencias y seleccione la pestaña "Análisis". Seleccione un tiempo de exploración existente y escriba "2.0 ms" en el campo "tiempo de permanencia". Haga clic en "Aceptar" para cerrar el menú.
- Selecciona el icono "" "en el software de control para activar el haz de electrones.
- Selecciona el icono "" "para que los raster viga sobre el área seleccionada de una vez. Seleccione el icono inmediatamente después del paso 2.1.3. La duración de la exploración depende del tamaño de los seleccionadoszona, la resolución y el tiempo de permanencia y pueden ser una aproximación al multiplicar el número de píxeles dentro del área de escaneo y el tiempo de permanencia por píxel.
- Reducir la ampliación a <1.000X una vez que el haz ha completado rastering el área seleccionada. Volver a los parámetros utilizados en el paso 1.3, incluyendo alto vacío. Seleccione "Beam On" para activar el haz.
- Las instrucciones para la molienda CNT bosque a lo largo de una línea horizontal
- Seleccione la función de exploración de línea, navegando a Analiza | Línea en el software de control. La anchura de la línea se determina por el tamaño del haz de electrones en sí. Permite ajustar la resolución de 2.048 x 1.768 en el cuadro desplegable software de control. Aumentar el tiempo de permanencia de 2 ms, como se detalla en el paso 2.1.2.
- El uso de la imagen fija adquiridos antes de la pausa del haz de electrones, coloque la línea sobre el área a ser molido.
- Seleccione el icono videoscopio o vaya al menú de exploración y seleccione "Videoscopio." Uso de la videoscope herramienta proporciona información relativa a cuando una línea de exploración se ha completado totalmente.
- Seleccione la ' "' icono para escanear un haz de electrones a lo ancho de la línea.
- Selecciona el icono "" "ajustar a cero el haz de electrones.
- Las instrucciones para la molienda CNT Bosque utilizando Barrido de haz de electrones controlado por software
- generación de patrones
- Diseñar una figura de fresado de interés utilizando un paquete de software CAD como AutoCAD.
- El uso de software "Sistema de generación de patrones del nanómetro" (NPGS), importe el archivo de patrones de CAD.
- Convertir las formas a operaciones de sólidos seleccionados por "polígonos rellenos" en el software NPGS.
- Guarde el dibujo como un archivo '.dc2' en una carpeta de proyecto designado de NPGS.
- Usando NPGS, navegue a la carpeta del proyecto que contiene el archivo ".dc2". Derecho seleccione el archivo ".dc2" y seleccione "Ejecutar Archivo Edicióno "para convertir el dibujo de código NPGS parámetros típicos que se utilizan para los bosques modelo de la CNT en condiciones dadas son como se indican a continuación.:
la distancia de centro a centro = 5 nm
Interlineado = 5 nm
Aumento = 10.000 veces
Deseada del haz actual = 26
Línea Dosis = 100 nC / cm
- Fresado por haz de electrones usando NPGS Litografía Software
- Seleccione el "Modo NPGS" en el botón de software NPGS para dar el control de la SEM a NPGS.
- Resalte el archivo de patrones y seleccione "Ejecutar proceso de Archivo" en NPGS para iniciar la molienda.
- Seleccione "Modo SEM" en el software NPGS cuando se termina el patrón. Seleccione "alto vacío" en el software de control ESEM.
- Seleccione "Beam On" para inspeccionar la región molido. Utilice las condiciones detalladas en el paso 1.3.
- generación de patrones
La eliminación 3. Muestra
- Ventilar la cámara seleccionando "Vent" en el software de control ESEM.
- Abra la puerta ESEM. Retire el trozo aflojando el tornillo de fijación.
- Cierre la puerta de la cámara. Seleccione "alto vacío" en el software de control.
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Representative Results
La técnica ESEM se utilizó para moler un bosque CNT sintetizado utilizando CVD térmica 15, 16. Eliminación área seleccionada de un par de CNTs dentro de un bosque se muestra en la Figura 2 11. Para esta demostración, los parámetros incluyen 5 kV, tamaño de punto de 3, 11 Pa, 170,000X ampliación, 2 ms de tiempo de reposo, y una abertura de 30 micras.
Para demostrar una eliminación área a mayor escala, se seleccionó la superficie superior de una microcolumnas bosque CNT para el fresado. SEM condiciones se seleccionan para una rápida, de gran superficie tala de los bosques CNT. Es decir, estas condiciones incluyen un aumento de 20.000X, una presión de 11 Pa, voltaje de aceleración de 30 kV, el tamaño del punto de 5, el tiempo de permanencia de 2 ms, y un ajuste de abertura de 1 mm. Una caja de área reducida se elige de manera que la superficie superior irregular que ser eliminado está encerrado dentro de la seleccionadazona. Micrografías SEM de la columna bosque CNT se muestran en la figura 3 antes y después del proceso de molienda de área selectiva. La línea roja en la figura representa el límite inferior de la caja de reducción de la superficie utilizada para la molienda.
geometrías no rectangulares lograr utilizando controlado por software Barrido de haz de electrones y un tiempo relativamente corto bosque CNT altura de 20 m. Como se muestra en la Figura 4, un círculo 15 m de diámetro se mecanizó en un bosque CNT. Para esta demostración, el bosque CNT se molió en paralelo a la dirección de crecimiento CNT (normal al sustrato). parámetros de molienda utilizados para esta demostración incluyen un aumento de 10.000 veces, una presión de 11 Pa, voltaje de aceleración de 30 kV, el tamaño del punto de 5, el tiempo de permanencia de 2 ms, y la abertura de 1 mm. La Figura 4 muestra que el proceso de molido los NTC totalmente al sustrato de silicio subyacente.
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Figura 1: Variación del Tipo de remoción de material. tasa de eliminación de material (MRR) variación. Micrografías SEM demuestran la MRR en la dirección transversal (a) mediante la variación de la presión de trabajo de 133, 66, 33, 66, y 11 Pa (de arriba abajo) y (b) en el axial dirección de corte mediante la variación de tiempo de permanencia de 3, 2 , 1 y 0,5 ms / píxel (izquierda a derecha). El MRR se representa gráficamente como una función de los cambios incrementales en la presión, tensión de aceleración, la corriente de haz, y el tiempo de permanencia en el (c) transversal y el corte axial (d). El MRR como una función de la dosis de electrones varía casi linealmente tanto en la (e) transversal y (f) la orientación de fresado axial. Esta figura se reproduce con la autorización de referencia 11.9 / 55149fig1large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Fresado de CNT individuales. Micrografía SEM que muestra CNT individuales dentro de un bosque seleccionada para la molienda local (a) antes y (b) después de la molienda. Esta figura se reproduce con la autorización de referencia 11. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Fresado de un bosque CNT. Un pilar bosque CNT amplia 10 micras (a) antes y (b) después de la molienda de área selectiva usando molienda a base de ESEM. condiciones de molienda incluyen la ampliación de 20.000X, una presión de 11 Pa, voltaje de aceleración de 30 kV, el tamaño del punto de 5, el tiempo de permanencia de 2 ms por píxel, y 30 micras de abertura. La línea roja en la figura representa el límite inferior del rectángulo de área selectiva se utiliza en el proceso de molienda. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Fresado con dibujos de CNT Bosque. Barrido de haz de electrones controlado por software se utiliza para definir y el molino de un círculo de 15 m de diámetro en un bosque CNT. En esta configuración, la dirección de fresado fue paralela a la dirección de crecimiento de la CNT asuperficie p al sustrato subyacente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: carbón depositado después de la molienda. micrografías SEM que muestra el acabado superficial del ESEM muelen bosques CNT. (A) La superficie superior de un bosque CNT muestra la variación de la superficie entre las regiones molidos y tal como se sintetiza. (B) mayores aumentos revelan que algunos depósitos de carbono amorfo se quedan atrás durante el proceso de corte. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
El protocolo detalla las mejores prácticas para el fresado relativamente grande (a escala micrométrica) presenta en los bosques de la CNT. En general, la tasa de eliminación de material se puede reducir mediante la reducción de la tensión de aceleración, tamaño de punto, y el diámetro de la abertura. Para recortar una CNT específica dentro de un bosque, recomiendan condiciones incluyen 5 kV, un tamaño de punto de 3, y una abertura que es de 50 micras o menos de diámetro. Tenga en cuenta que la técnica de fresado usando rectángulos área reducida se detalla de manera que el haz de electrones rasters la región encerrada sólo una vez. El área reducida puede ser escaneado varias veces si se desea profundidad de corte adicional; No obstante, se expone una sola exploración por simplicidad. Observamos que el haz de electrones prolongado tiempo de permanencia, la elevada corriente y tensión alta aceleración representan condiciones que se evitan con frecuencia para obtener imágenes de los materiales basados en carbono; Sin embargo, estos parámetros agresivos en un ambiente de vapor de agua a baja presión son críticos para el logro de la molienda a gran escala. PelajeTher, observamos que las condiciones de formación de imágenes similares en la ausencia de resultados de baja presión de vapor de agua en poco daño CNT.
El método de molienda a base de ESEM se describe en este trabajo es un método de mecanizado mínimamente perjudicial que preserva la morfología estructural vecino bosque CNT. La técnica es susceptible de eliminación de componentes a nanoescala tales como segmentos de CNT individuales y también para la eliminación de las regiones que abarcan muchos micras. Demostramos la técnica usando rectángulos reducción de área, líneas y patrones arbitrarios utilizando Barrido de haz de electrones controlado por software. Si bien la técnica es relativamente limpia en comparación con la molienda a base de FIB, pequeñas cantidades de residuos de carbono existe en las superficies fresadas. La investigación actual se dirige vías para reducir este residuo. Además, las tasas de eliminación de material mostrado en la Figura 1 se obtuvieron para un bosque CNT con CNTs que ofrecen un diámetro exterior e interior promedio de 10 y 7 nm, respectivamente. tasa de remoción de materialSe espera que s es una función de la densidad de CNT, diámetro CNT, y la alineación CNT. Figura 1 debe ser consultado como guía, reconociendo que la tasa de eliminación de material indicado es específico para esta morfología bosque CNT. Aunque se espera que las tendencias cualitativas representados en la figura para mantener durante todos los bosques de la CNT, un poco de experimentación puede ser necesaria para encontrar los parámetros óptimos para un sistema material diferente.
Si bien la metodología de mecanizado ESEM se demuestra el uso de los bosques CNT, es igualmente aplicable para grafeno y otros materiales a base de carbono. La técnica no requiere la delaminación del bosque CNT para su procesamiento y no introduce elementos pesados externos que puedan alterar significativamente la morfología bosque que rodea la CNT. El procedimiento se puede utilizar para la inspección de la morfología interna bosque CNT, y tal vez para la producción de celosías estructuras 3-D para la creación de prototipos microescala que puede ser funcionalmente recubierto (con alúmina para una mayorrigidez 17, 18, por ejemplo).
La técnica actualmente está siendo utilizada para examinar la morfología estructural interna de los bosques CNT. Debido a la morfología estructural está íntimamente ligada con propiedades funcionales 16, 19, 20, 21, 22, caracterización de la morfología CNT bosque en un espacio tridimensional puede aportar información adicional sobre las relaciones que rigen la estructura de propiedad. Con la capacidad de molino con precisión en un bosque y observar las interacciones internas de nanotubos, CNT modelado de la síntesis de los bosques y los modelos analíticos se puede ajustar y validado.
El énfasis de la técnica de fresado ESEM hasta la fecha se ha dirigido hacia la eliminación de material rápida, con menos énfasis en la optimización de las condiciones para la reducción del residuoresiduos de carbón UAL. Una dirección futura es explorar el mecanismo de deposición de carbono amorfo en la vecindad inmediata de las superficies de corte cuando grandes volúmenes de materiales son eliminados, como se muestra en la Figura 5. Con un amplio espacio de parámetros disponibles para la exploración, incluyendo la composición del medio ambiente de gas, presión de vapor, voltaje de aceleración, corriente de la sonda, y las condiciones rastering haz de electrones, se puede conseguir una mayor limpieza de la superficie.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 100 mm diameter silicon wafer with 1 micron thermal oxide | University Wafer | Beginning substrate | |
| Iron sputter target | Kurt J. Lesker | EJTFEXX351A2 | Sputter target |
| Savannah 200 | Cambridge | For atomic layer deposition of alumina | |
| Quanta 600F Environmental SEM | FEI | Environmental scanning electron microscope used to support a low-pressure water vapor ambient environment for CNT forest milling | |
| xT Microscope Control software | FEI | 4.1.7 | Control software used on Quanta 600F ESEM |
| Nanometer Pattern Generation System - Software | JC Nabity Lithography Systems | Version 9 | Software used for electron-beam lithography |
| Dedicated computer with PCI516 Lithography board | Equipment used for electron-beam lithography | ||
| DesignCAD software | V 21.2 | Optional equipment used to generate patterns for electron-beam lithography | |
| E-beam lithography mount | Ted Pella | 16405 | Electron beam lithography mount with a Faraday cup and gold nanoparticles on carbon tape |
| Picoammeter | Keithley | 6485 | Used with the Faraday cup to quantify beam current |
| 12.7 mm diameter SEM stub | Ted Pella | 16111 | SEM stub |
| 45 degree pin stub holder | Ted Pella | 15329 | Optional equipment used to mill the cross section of a CNT forest |
References
- 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 Mater. 15 (4), 300-303 (2003).
- Raghuveer, M. S., et al. Nanomachining carbon nanotubes with ion beams. Appl Phys Lett. 84 (22), 4484-4486 (2004).
- Sears, K., Skourtis, C., Atkinson, K., Finn, N., Humphries, W. Focused ion beam milling of carbon nanotube yarns to study the relationship between structure and strength. Carbon. 48 (15), 4450-4456 (2010).
- Smith, B. W., Luzzi, D. E. Electron irradiation effects in single wall carbon nanotubes. J Appl Phys. 90 (7), 3509-3515 (2001).
- Banhart, F., Li, J., Terrones, M. Cutting Single-Walled Carbon Nanotubes with an Electron Beam: Evidence for Atom Migration Inside Nanotubes. Small. 1 (10), 953-956 (2005).
- Krasheninnikov, A. V., Banhart, F., Li, J. X., Foster, A. S., Nieminen, R. M. Stability of carbon nanotubes under electron irradiation: Role of tube diameter and chirality. Phys Rev B. 72 (12), 125428 (2005).
- Royall, C. P., Thiel, B. L., Donald, A. M. Radiation damage of water in environmental scanning electron microscopy. J Microsc. 204 (3), 185-195 (2001).
- Yuzvinsky, T. D., Fennimore, A. M., Mickelson, W., Esquivias, C., Zettl, A. Precision cutting of nanotubes with a low-energy electron beam. Appl Phys Lett. 86 (5), 053109 (2005).
- Liu, P., Arai, F., Fukuda, T. Cutting of carbon nanotubes assisted with oxygen gas inside a scanning electron microscope. Appl Phys Lett. 89 (11), (2006).
- Rajabifar, B., et al. Three-dimensional machining of carbon nanotube forests using water-assisted scanning electron microscope processing. Appl Phys Lett. 107 (14), 143102 (2015).
- Lassiter, M. G., Rack, P. D. Nanoscale electron beam induced etching: a continuum model that correlates the etch profile to the experimental parameters. Nanotechnology. 19 (45), 455306 (2008).
- Amama, P. B., et al. Influence of Alumina Type on the Evolution and Activity of Alumina-Supported Fe Catalysts in Single-Walled Carbon Nanotube Carpet Growth. ACS Nano. 4 (2), 895-904 (2010).
- Almkhelfe, H., Carpena-Nunez, J., Back, T. C., Amama, P. B. Gaseous product mixture from Fischer-Tropsch synthesis as an efficient carbon feedstock for low temperature CVD growth of carbon nanotube carpets. Nanoscale. , (2016).
- Maschmann, M. R., Ehlert, G. J., Tawfick, S., Hart, A. J., Baur, J. W. Continuum analysis of carbon nanotube array buckling enabled by anisotropic elastic measurements and modeling. Carbon. 66 (0), 377-386 (2014).
- Maschmann, M. R., et al. Visualizing Strain Evolution and Coordinated Buckling within CNT Arrays by In Situ Digital Image Correlation. Adv Funct Mater. 22 (22), 4686-4695 (2012).
- Abadi, P. P. S. S., Maschmann, M. R., Baur, J. W., Graham, S., Cola, B. A. Deformation response of conformally coated carbon nanotube forests. Nanotechnology. 24 (47), 475707 (2013).
- Brieland-Shoultz, A., et al. Scaling the Stiffness, Strength, and Toughness of Ceramic-Coated Nanotube Foams into the Structural Regime. Adv Funct Mater. 24 (36), 5728-5735 (2014).
- Maschmann, M. R., Dickinson, B., Ehlert, G. J., Baur, J. W. Force sensitive carbon nanotube arrays for biologically inspired airflow sensing. Smart Mater Struct. 21 (9), 094024 (2012).
- Maschmann, M. R., et al. In situ SEM Observation of Column-like and Foam-like CNT Array Nanoindentation. ACS Appl Mater Inter. 3 (3), 648-653 (2011).
- Pathak, S., Raney, J. R., Daraio, C. Effect of morphology on the strain recovery of vertically aligned carbon nanotube arrays: An in situ study. Carbon. 63, 303-316 (2013).
- Pour Shahid Saeed Abadi, P., Hutchens, S. B., Greer, J. R., Cola, B. A., Graham, S. Effects of morphology on the micro-compression response of carbon nanotube forests. Nanoscale. 4 (11), 3373-3380 (2012).
- Maschmann, M. R. Integrated simulation of active carbon nanotube forest growth and mechanical compression. Carbon. 86 (0), 26-37 (2015).
