Onderzoekers van de McCormick School of Engineering and Applied Science aan de Northwestern University hebben ontwikkeld, gekenmerkt, en een nieuw soort sonde gemodelleerd die wordt gebruikt in atomaire krachtmicroscopie (AFM), welke afbeeldingen, maatregelen, en manipuleert materie op nanoschaal.

Diamant gebruiken, onderzoekers maakten een veel duurzamere sonde dan de commercieel verkrijgbare siliciumnitride-sondes, die doorgaans in de AFM worden gebruikt om informatie te verzamelen uit een materiaal, maar kan slijten na meerdere keren gebruik.

Horacio Espinosa, James en Nancy Farley hoogleraar productie en ondernemerschap, en zijn afgestudeerde student Ravi Agrawal hebben aangetoond dat diamanten atoomkrachtmicroscopie-sondes 10 keer duurzamer zijn dan siliciumnitride-sondes.

Hun resultaten zijn onlangs gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

"Het is bekend dat diamant veel beter zou moeten presteren dan andere sondematerialen, " zegt Espinosa. "Echter, rigoureuze kwantificering van slijtage en de ontwikkeling van modellen met voorspellende mogelijkheden zijn ongrijpbaar gebleven. Het was opwindend om te ontdekken dat diamantsondes een orde van grootte slijtvaster zijn dan siliciumnitride-sondes en dat een enkel model slijtage voor beide materialen kan voorspellen."

In de studie, slijtagetests werden uitgevoerd met behulp van AFM-sondes gemaakt van verschillende materialen - siliciumnitride, ultrananokristallijne diamant (UNCD) en met stikstof gedoteerde UNCD — door ze te scannen over een hard UNCD-substraat. Argonne Nationaal Laboratorium, waar UNCD oorspronkelijk is uitgevonden, steunde dit werk ook door het verstrekken van stikstof-gedoteerde UNCD. Sondes werden in huis gemaakt en ook geleverd door Advanced Diamond Technologies, Inc. (ADT).

"Het kostte nogal wat moeite om UNCD tot een scherpe punt te ontwikkelen. We moesten de beginfasen van diamantgroei optimaliseren om nanometerstructuren te vormen met consistente resultaten. Het is echt leuk om te ontdekken dat dit werk zijn vruchten afwerpt om aan te tonen dat UNCD-sondes behoorlijk slijtvast, die we voorspelden, " zei Nicolaie Moldavië, een voormalig onderzoeksprofessor aan de Northwestern University die betrokken was bij de fabricage van de UNCD-sondes. Moldavië is nu een microfabricage-expert bij Advanced Diamond Technologies, Inc.

Naast het karakteriseren van de sonde, onderzoekers creëerden ook een model dat kan voorspellen hoe een sondepunt zal slijten.

"De ontwikkeling van een algemeen model met voorspellende mogelijkheden is een belangrijke mijlpaal. Deze inspanning heeft ook inzicht gegeven in hoe de grensvlakadhesie tussen de sonde en het substraat zich verhoudt tot de slijtvastheid van AFM-sondes, ', zegt Agrawal.

Neil Kane, voorzitter van ADT, zei, "De resultaten die in dit onderzoek worden gerapporteerd, zijn indrukwekkend omdat ze de verbetering van de slijtvastheid van diamantsondes laten zien. Dit werk inspireerde gedeeltelijk de ontwikkeling van onze in de handel verkrijgbare NaDiaProbes®."

De krant, geschreven door Agrawal, Moldavisch, en Espinosa, werd ook geselecteerd voor de 5 oktober, 2009 uitgave van de Virtueel tijdschrift voor wetenschap en technologie op nanoschaal (www.vjnano.org).

Bron:Northwestern University