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碳纳米管操控加工的研究

王宏霞  
【摘要】:碳纳米管具有高强度、高韧性及超强的耐磨性等力学性能,同时还具有良好的导电性,光学性和吸附性等。碳纳米管在许多领域内得到了广泛使用,尤其是在微纳电子领域成为构建电子器件及搭接纳米电路的组装材料。要将碳纳米管的应用付诸于实践,对碳纳米管的可控性,可集成性等问题就变得尤为重要。因此对碳纳米管的纳米操控研究具有一定的现实意义。 首先,本文基于直接用原子力显微镜探针对碳纳米管操控方法的基础之上,根据其所面临的问题,比如探针磨损、无法进行可控加工、加工范围受限制等,提出了一种新的碳纳米管操控方法,即:在原来原子力显微镜仪器的基础上进行改造,又设计了一套金刚石刀具的进给装置,使探针和刀具各司其责,即探针执行检测功能,刀具执行加工功能,其刀具加工微进给由压电陶瓷来完成,该加工装置目前已经能够实现纳米级的微进给。 根据在实验中仪器不稳定受外界环境影响过大,造成无法清晰成像及正确判断刀具接触样品等问题,我们还设计了一套弹簧阻尼减振系统。通过对减振系统简化模型,采用自由振动衰减法求出系统阻尼系数,根据传递系数-频率比曲线分析减振效果。宏观上,我们从采集的衰减信号能够看出该减振系统能使外界传递到系统的信号很快衰减下来。微观上,通过检测光盘和碳纳米管来验证对AFM检测性能的提高,发现通过弹簧阻尼减振系统后扫描光盘结构清晰,碳纳米管图像光滑,扫描质量好。 在样品的制备过程中分析了超声时间对碳纳米管分散的影响,发现在超声2.5~3小时后碳纳米管分散比较均匀,相对比较容易找到单根碳纳米管。同时还发现在碳纳米管扫描检测过程中有时还会出现碳纳米管变形和移走等问题,说明碳纳米管和基底之间的相互作用力是碳纳米管操控中的一个重要影响因素。在刀具对碳纳米管加工定位问题上采取微孔沉积的方法,能够生成所谓的“坐标系”,使我们无论是检测还是加工已不再盲目,可以比较快地定位。最后对样品的定位加工可行性进行了实验研究,发现可以实现定位加工。


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