Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2014, № 12 · SOLID STATE ELECTRONICS

Манипулирование микро- и нанообъектами при помощи эффекта памяти формы

A.V. Mashirov1, V.A. Dikan2, A.V. Irzhak2, D.I. Zakharov3, P.V. Mazaev1, A.M. Zhikharev1, A.P. Kamantsev1, V.S. Kalashnikov1, V.V. Koledov1, A.V. Sheliakov3, V.G. Shavrov1

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 НИТУ "МИСиС", Russia
3 НИЯУ "МИФИ", Russia
Full text UDC 621.313 EDN TNVMGN

Abstract

This work describes creation and research of a device for grabbing micro- and nanoobjects, so called “nanotweezers”, with operating body made of two-layer composite material consisting of rapidly quenched layer of Ti 2NiCu with shape memory and amorphous layer of Pt. A certain way of manufacturing of such a material is proposed, by using localized ion etching and ion-beam stimulated chemical vapor deposition. Authors describe a construction of “nanotweezers” they made using these techniques and also a series of experiments on grabbing and manipulation of real submicron-sized objects. A radiation of infrared semiconductor laser was used to perform actuation. A probability of manipulation of objects, like carbon nanotubes, graphene sheets, TaS 3 whiskers and biological objects, was shown experimentally.

  • bimetallic composite material
  • manipulation of micro- and nanoobjects
  • shape memory effect
Аннотация (на русском)

Манипулирование микро- и нанообъектами при помощи эффекта памяти формы

Настоящая работа посвящена созданию и исследованию устройства захвата микро- и нанообъектов - нанопинцета - с рабочим телом из биметаллического композитного материала, включающего слой быстрозакаленного сплава с эффектом памяти формы (ЭПФ) Ti 2NiCu и слой платины. Предложен способ изготовления композитного материала методом локального ионного травления и ионно-стимулированного осаждения из газовой фазы. Описана конструкция нанопинцета на его основе, а также эксперименты по захвату и перемещению объектов субмикронных размеров. Для активации нанопинцета использован разогрев излучением полупроводникового инжекционного лазера. Продемонстрировано манипулирование следующими объектами: пучками углеродных нанотрубок, стопками графеновых листов, вискерами квазиодномерного проводника TaS 3 и биологическими объектами.

For citation

Mashirov A.V., Dikan V.A., Irzhak A.V., Zakharov D.I., Mazaev P.V., Zhikharev A.M., Kamantsev A.P., Kalashnikov V.S., Koledov V.V., Sheliakov A.V., Shavrov V.G. Манипулирование микро- и нанообъектами при помощи эффекта памяти формы // Journal of Radio Electronics. – 2014. – No. 12.

References

  1. Compressive response of NiTi single crystals / Sehitoglu H., Karaman I., Anderson R. et al. // Acta Materialia - 2001 - Vol. 49 - № 4 - P. 747 - 747.
  2. Thermomechanical aspects of NiTi / Shaw J. and Kyriakides S. // Journal of the Mechanics and Physics of Solids - 1995 - Vol. 43. - № 8 - P. 1243 - 1281.
  3. An overview of vibration and seismic applications of NiTi shape memory alloy / Saadat S., Salichs J., Noori M. et al. // Smart Materials and Structures - 2002 - Vol. 11. - № 2 - P. 218 - 229.
  4. Electrochemical and surface characterization of a nickel-titanium alloy / Wever D., Veldhuizen A., de Vries J. et al. // Biomaterials - 1998 - Vol. 19 - № 7-9 - P. 761 - 769.
  5. Review of in vitro studies on the biocompatibility of NiTi alloys / Ponsonnet L., Treheux D., Lissac M. et al. // International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics - 2006 - Vol. 23 - № 3-4 - P. 147 - 151.
  6. Thin-film processing of tini shape memory alloy / Walker J., Gabriel K. and Mehregany M. // Sensors and Actuators A: Physical - 1990 - Vol. 21 - № 1-3 - P. 243 - 246.
  7. Shape-memory properties in Ni-Ti sputter-deposited film / Busch J., Johnson A.D., Lee C. and Stevenson D. // Journal of Applied Physics - 1990 - Vol. 68 - № 12 - P. 6224-6228.
  8. Shape memory alloys for microsystems: A review from a material research perspective / Bellouard Y. // Materials Science and Engineering A - Structural Materials Properties Microstructure and Processing - 2008 - Vol. 481, - №, - P. 582-589.
  9. Tini-based thin films in mems applications: a review / Fu Y., Du H., Huang W. et al. // Sensors and Actuators A: Physical - 2004 - Vol. 112 - № 2-3 - P. 395 - 408.
  10. Reversible SMA actuator for micron sized robot / Kuribayashi K., Yoshitake M. and Ogawa S. // - 1990 - P. 217-221.
  11. Characterization of tini shape-memory alloy thin films for MEMS applications / Fu Y., Huang W., Du H. et al. // Surface and Coatings Technology - 2001 - Vol. 145, - № 1-3. - P. 107 - 112.
  12. One-Dimensional Thermomechanical Constitutive Relations for Shape Memory Materials / Liang C. and Rogers C. // Journal of Intelligent Material Systems and Structures - 1990 - Vol. 1 - № 2 - P. 207-234.
  13. Патент РФ № 2381903 - Композитный функциональный материал / Кирилин А.Г., Коледов В.В., Кучин Д.С. et al. // - 2010.
  14. D.Zakharov, G.Lebedev, A.Irzhak, V.Afonina, A.Mashirov, V.Kalashnikov, V.Koledov, A.Shelyakov, D.Podgorny, N.Tabachkova, V.Shavrov. Submicron-sized actuators based on enhanced shape memory composite material fabricated by FIB-CVD // Smart materials and structures. Vol. 21, № 5, 052001 (2012).
  15. Artemy Irzhak, Viktor Koledov, Dmitry Zakharov, Gor Lebedev, Alexey Mashirov, Veronika Afonina, Kristina Akatyeva, Vladimir Kalashnikov, Nikolay Sitnikov, Natalia Tabachkova, Alexander Shelyakov, Vladimir Shavrov. Development of laminated nanocomposites on the bases of magnetic and non-magnetic shape memory alloys: Towards new tools for nanotechnology // Journal of Alloys and Compounds, 586, S464-S468 (2014).
  16. А.В.Маширов. Исполнительный элемент микромеханического устройства на основе биметаллического композита с эффектом памяти формы // Нелинейный мир, 2011, Т.9, Вып. 1, с. 40-41.
  17. Гигантские обратимые деформации композитного материала с эффектом памяти формы // Иржак А.В., Калашников В.С., Коледов В.В. et al. // Письма в ЖТФ - 2010 - Vol. 36 - № 7.