{"id":28857,"date":"2012-08-10T11:03:47","date_gmt":"2012-08-10T08:03:47","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fyysika.ee\/uudised\/?p=28857"},"modified":"2012-09-13T10:33:10","modified_gmt":"2012-09-13T07:33:10","slug":"pooljuhtmaterjalidest-nanotraatide-mehaanilised-ja-triboloogilised-omadused","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fyysika.ee\/?p=28857","title":{"rendered":"Pooljuhtmaterjalidest nanotraatide mehaanilised ja triboloogilised omadused"},"content":{"rendered":"

Autorid: Polyakov, B; Vlassov, S; Dorogin, L; Antsov, M; Petruhins, A; Kink, I; Romanov, A; L\u00f5hmus, R.<\/em><\/p>\n

Pooljuhtmaterjalidest nanotraate (\u00fclipeenikesed traadid, mille diameeter ei \u00fcleta 100 nanomeetrit) peetakse tulevikutehnoloogiates v\u00e4ga olulisteks materjalideks. T\u00e4nu nende v\u00e4ikestele m\u00f5\u00f5tudele on nanotraatidel v\u00e4ga erilised mehaanilised ja elektrilised omadused, mis teevad v\u00f5imalikuks nende kasutamise nanoelektromehaanilistes rakendustes (NEMS<\/a>). \u00dcliv\u00e4ikeste m\u00f5\u00f5tmete t\u00f5ttu ei kehti selliste \u201cnanoseadmete\u201d konstrueerimisel enamus klassikalisi f\u00fc\u00fcsika- ja materjaliteaduse seaduseid. Kui hakkame v\u00e4hendama klassikaliselt lihtsa elektromehaanilise seadme, nagu n\u00e4iteks relee, m\u00f5\u00f5tmeid makroskaalast nanoskaalasse, siis \u00fclisuure \u201cnakke\u201d t\u00f5ttu muutub elektriliste kontaktide omavaheline eraldamine v\u00f5imatuks. Seega on \u00fclioluline m\u00f5\u00f5ta ja anal\u00fc\u00fcsida nanoskaalas s\u00fcsteemide erinevaid parameetreid individuaalselt. Nanom\u00f5\u00f5tmeliste struktuuride positsioneerimine ja karakteriseerimine on kompleksne ja keeruline v\u00e4ljakutse hoolimata n\u00e4ivast lihtsusest. Siinkohal annabki \u00fcksikute nanotraatide omaduste uurimine nende \u00fcmberpaigutamisel olulist informatsiooni, mis on v\u00e4ga vajalik edasistes nanotehnoloogilistes rakendustes.<\/p>\n

K\u00e4esolevas t\u00f6\u00f6s on uuritud pooljuhtmaterjalidest nanotraatide mehaanilisi ja h\u00f5\u00f5rdeomadusi, mis on h\u00e4davajalikud nanom\u00f5\u00f5tmeliste seadmete liikuvate osade valmistamiseks ja nende korrektseks toimimiseks. Erinevate omaduste m\u00f5\u00f5tmiseks oleme v\u00f5tnud kasutusele skaneeriva elektronmikroskoobi sees paikneva nanomanipulatsiooni tehnoloogia, kus on XYZ suunas liikuv nanopositsioneer ning mis on varustatud originaalse j\u00f5usensoriga [1].\u00a0 Selline eksperimendiseade v\u00f5imaldab visuaalselt\u00a0 j\u00e4lgida nanostruktuuride \u00fcmberpositsioneerimist koos samaaegse\u00a0 j\u00f5u m\u00f5\u00f5tmisega.<\/p>\n

N\u00e4iteks m\u00e4\u00e4rasime Youngi mooduli<\/a> v\u00e4\u00e4rtuse paigutades nanotraadi osaliselt \u00fcle aluse serva ja painutades selle vaba osa terava teraviku abil. Painutamisega samaaegselt registreerisime\u00a0 omavalmistatud sensorit kasutades selleks kuluvat j\u00f5udu \u00a0(joonis1) [2]. M\u00f5\u00f5tmised n\u00e4itasid, et nanotraadid on sama materjali makroskaalas objektidega v\u00f5rreldes palju j\u00e4igemad. Samas tuleb arvesse v\u00f5tta, et tulemuste hajuvus on nanotraatide korral palju suurem kui makroskaalas, kuna nanom\u00f5\u00f5tmetes on materjalisisesed defektid juhuslikumat laadi.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Joonis 1. Youngi mooduli m\u00f5\u00f5tmine osaliselt fikseeritud ZnO nanotraadi korral SEM m\u00f5\u00f5tekambris. <\/p><\/div>\n

Lisaks eelnevale arvutasime siledal r\u00e4nialusel asuva nanotraadi staatilise ja kineetilise h\u00f5\u00f5rdeteguri v\u00e4\u00e4rtused kasutades algandmeteks paindes nanotraadi profiili [3]. Kineetilise h\u00f5\u00f5rdeteguri m\u00e4\u00e4ramiseks lohistasime nanotraati keskpunktist \u00fchtlaselt ristsuunas (sarnaselt saaks \u00fcksikut spagetti kahvli otsaga painutada ja liigutada). Joonisel 2 on toodud eksperimentaalsed pildid nanotraadi lohistamisel tekkinud kaarjast kujust, mis on m\u00e4\u00e4ratud elastsus- ja h\u00f5\u00f5rdej\u00f5u omavahelisest tasakaalust. Kaare raadiust kasutades on v\u00f5imalik v\u00e4lja arvutada kineetilise h\u00f5\u00f5rdeteguri v\u00e4\u00e4rtus konkreetse nanotraadi jaoks.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Joonis 2. Skaneeriva elektronmikroskoobi kujutis nanotraadi profiilist manipuleerimise eksperimendis. Teravik on puutes nanotraadiga ja nool n\u00e4itab manipuleerimise suunda (a); osaliselt \u00fcmberpositsioneeritud nanotraat (b); t\u00e4ielikult nihutatud nanotraat (c); l\u00f5plik karakteerne kuju (d).<\/p><\/div>\n

Staatilise h\u00f5\u00f5rdeteguri arvutamiseks painutasime nanotraati elastselt ja vaatlesime paindeolekut. Staatilise h\u00f5\u00f5rde maksimaalv\u00e4\u00e4rtuse saamiseks l\u00fckkasime pinnal asetsevat nanotraati \u00fchest otsast kuni selle t\u00e4ieliku \u00fcmberpaiknemiseni. Paigale j\u00e4\u00e4va nanotraadi osa staatilise h\u00f5\u00f5rde maksimaalv\u00e4\u00e4rtuse arvutasime paindeprofiilist, mille traat saavutas vahetult enne \u00fcmberpaiknemist [4] (joonis 3).<\/p>\n

\"\"<\/a>

Joonis 3. R\u00e4ni pinnal asetseva ZnO nanotraadi maksimaalse h\u00f5\u00f5rdeteguri m\u00e4\u00e4ramine. N\u00e4idatud on SEM pildid, kus nanotraadi \u00fchte otsa painutatakse AFM teravikuga ja osa nanotraadist j\u00e4\u00e4b \u201cnakkesse\u201d alusega. <\/p><\/div>\n

\n

\u00dcheks k\u00f5ige olulisemaks nanomanipulatsiooni eksperimentide tulemuseks on, et erinevalt makroskaalast, s\u00f5ltub nanoskaalas h\u00f5\u00f5rdumine v\u00e4ga palju kontaktis olevast pinnast ja pinna karedusest [5].<\/p>\n

Arvutusmudelites kasutasime elastsete varraste teooriat<\/a>, mille kohaselt nanotraati m\u00f5jutavad v\u00e4lised, h\u00f5\u00f5rde- ja elastsusj\u00f5ud on omavahel tasakaalus (joonised 4 ja 5).<\/p>\n

\"\"<\/a>

Joonis 4. Skeemil on n\u00e4idatud tasapinnal paindes olev nanotraat pikkusega L ja l\u00e4bim\u00f5\u00f5duga D ning lateraalsete j\u00f5u f jaotus.<\/p><\/div>\n

\"\"<\/a>

Joonis 5. Keskpunktist j\u00f5uga Fapl-lat l\u00fckatud nanotraadi (pikkus L) kineetilise h\u00f5\u00f5rdej\u00f5u qkin jaotus. <\/p><\/div>\n

.<\/p>\n

\n

\n

.<\/p>\n

\n

\n

.<\/p>\n

\n

.<\/p>\n

Meie eksperimendid ja tulemused on andnud panuse nii nanom\u00f5\u00f5tmeliste objektide interaktsioonide ja k\u00e4itumiste paremaks fundamentaalseks m\u00f5istmiseks kui ka arendanud uudset m\u00f5\u00f5tetehnoloogiat, m\u00f5\u00f5tetehnoloogiat saab edukalt kasutada ka teiste \u00fchem\u00f5\u00f5tmeliste struktuuride uurimiseks (n\u00e4iteks nanotorud).<\/p>\n

Mesos\u00fcsteemide tippkeskuse projekti toetab Euroopa Liit\u00a0 l\u00e4bi Euroopa Regionaalarengu Fondi<\/strong><\/p>\n

Viited<\/strong><\/p>\n

[1] Vlassov, Sergei; Polyakov, Boris; Dorogin, Leonid; L\u00f5hmus, Ants; Romanov, Alexey; Kink, Ilmar; Gnecco, Enrico; L\u00f5hmus, R\u00fcnno (2011). Real-time manipulation of gold nanoparticles inside a scanning electron microscope. Solid State Communications, 151(9), 688 – 692.<\/p>\n

[2] Polyakov, Boris; Dorogin, Leonid; Vlassov, Sergei; Kink, Ilmar; L\u00f5hmus, Ants; Romanov, Alexey; L\u00f5hmus, R\u00fcnno (2011). Real-time measurements of sliding friction and elastic properties of ZnO nanowires inside a scanning electron microscope. Solid State Communications, 151(18), 1244 – 1247.<\/p>\n

[3] Dorogin, Leonid; Polyakov, Boris; Petruhins, Andrejs; Vlassov, Sergei; L\u00f5hmus, R\u00fcnno; Kink, Ilmar; Romanov, Alexey (2012). Modeling of kinetic and static friction between an elastically bent nanowire and a flat surface. Journal of Materials Research, 1 – 6.<\/p>\n

[4] Polyakov, Boris; Dorogin, Leonid M.; Vlassov, Sergei; Kink, Ilmar; Romanov, Alexey E.; L\u00f5hmus, R\u00fcnno (2012). Simultaneous measurement of static and kinetic friction of ZnO nanowires in situ with a scanning electron microscope. Micron, in press<\/em><\/p>\n

[5] Polyakov, Boris; Vlassov, Sergei; Dorogin, Leonid; Kulis, Peteris; Kink, Ilmar; L\u00f5hmus, R\u00fcnno (2012). The effect of substrate roughness on the static friction of CuO nanowires. Surface Science, 1393 – 1399. [ilmumas]<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autorid: Polyakov, B; Vlassov, S; Dorogin, L; Antsov, M; Petruhins, A; Kink, I; Romanov, A; L\u00f5hmus, R. Pooljuhtmaterjalidest nanotraate (\u00fclipeenikesed traadid, mille diameeter ei \u00fcleta 100 nanomeetrit) peetakse tulevikutehnoloogiates v\u00e4ga olulisteks materjalideks. T\u00e4nu nende v\u00e4ikestele m\u00f5\u00f5tudele on nanotraatidel v\u00e4ga erilised mehaanilised ja elektrilised omadused, mis teevad v\u00f5imalikuks nende kasutamise nanoelektromehaanilistes rakendustes (NEMS). \u00dcliv\u00e4ikeste m\u00f5\u00f5tmete t\u00f5ttu […]<\/p>\n","protected":false},"author":27,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_genesis_hide_title":false,"_genesis_hide_breadcrumbs":false,"_genesis_hide_singular_image":false,"_genesis_hide_footer_widgets":false,"_genesis_custom_body_class":"","_genesis_custom_post_class":"","_genesis_layout":"","footnotes":""},"categories":[37,107,16],"tags":[110],"class_list":{"0":"post-28857","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","6":"category-eestist-endast","7":"category-tartu-ulikool","8":"category-teadusuudis","9":"tag-materjal","10":"entry","11":"has-post-thumbnail"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/28857","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/27"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=28857"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/28857\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=28857"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=28857"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=28857"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}