Nye nanokrystallinske diamantsonder overvinder slid

Forskere ved McCormick School of Engineering and Applied Science ved Northwestern University har udviklet, karakteriseret, og modellerede en ny slags sonde brugt i atomkraftmikroskopi (AFM), hvilke billeder, foranstaltninger, og manipulerer stof på nanoskala.

Brug af diamant, forskere lavede en meget mere holdbar sonde end de kommercielt tilgængelige siliciumnitridsonder, som typisk bruges i AFM til at indsamle information fra et materiale, men kan slides efter flere gange.

Horacio Espinosa, James og Nancy Farley professor i fremstilling og entreprenørskab, og hans kandidatstuderende Ravi Agrawal har vist, at diamant atomic force mikroskopi-prober er 10 gange mere holdbare end siliciumnitrid-prober.

Deres resultater blev for nylig offentliggjort i Journal of Applied Physics .

"Det er velkendt, at diamant skal yde meget bedre end andre sondematerialer, " siger Espinosa. "Men, stringent kvantificering af slid og udvikling af modeller med forudsigelige muligheder er forblevet uhåndgribelig. Det var spændende at opdage, at diamantsonder er en størrelsesorden mere slidstærke end siliciumnitridsonder, og at en enkelt model kan forudsige slid på begge materialer."

I undersøgelsen, slidtests blev udført ved hjælp af AFM-sonder fremstillet af forskellige materialer - siliciumnitrid, ultrananokrystallinsk diamant (UNCD) og nitrogen-doteret UNCD - ved at scanne dem hen over et hårdt UNCD-substrat. Argonne National Laboratory, hvor UNCD oprindeligt blev opfundet, støttede også dette arbejde ved at levere nitrogen-doteret UNCD. Prober blev lavet i huset og også leveret af Advanced Diamond Technologies, Inc. (ADT).

"Det krævede en stor indsats at udvikle UNCD til et skarpt spids. Vi var nødt til at optimere de indledende stadier af diamantvækst for at danne nanometerstrukturer med ensartede resultater. Det er virkelig rart at opdage, at dette arbejde betalte sig for at demonstrere, at UNCD-sonder er ganske slidstærk, som vi forudsagde, sagde Nicolaie Moldovan, en tidligere forskningsprofessor ved Northwestern University involveret i fremstillingen af ​​UNCD-sonderne. Moldovan er nu mikrofabrikationsekspert hos Advanced Diamond Technologies, Inc.

Ud over at karakterisere sonden, forskere skabte også en model, der kan forudsige, hvordan en sondespids vil bære.

"Udviklingen af ​​en generel model med prædiktive muligheder er en stor milepæl. Denne indsats gav også indsigt i, hvordan grænsefladeadhæsionen mellem sonden og underlaget relaterer sig til slidstyrken af ​​AFM-sonder, " siger Agrawal.

Neil Kane, formand for ADT, sagde, "Resultaterne rapporteret i denne undersøgelse er imponerende med hensyn til at vise forbedringen i slidstyrke af diamantsonder. Dette arbejde inspirerede til dels udviklingen af ​​vores kommercielt tilgængelige NaDiaProbes®."

Papiret, forfattet af Agrawal, Moldovan, og Espinosa, blev også udvalgt til den 5. oktober, 2009 udgave af Virtual Journal of Nanoscale Science and Technology (www.vjnano.org).

Kilde:Northwestern University