It is important to know the mechanism of cell membrane fluctuation because it can be readout for the nanomechanical interaction between cytoskeleton and plasma membrane. Traditional techniques, however, have drawbacks such as probe contact with the cell surface, complicate analysis, and limit spatial and temporal resolution. In this study, we developed a new system for non-contact measurement of nano-scale localized-cell surface dynamics using modified-scanning ion-conductance microscopy. With 2 nm resolution, we determined that endothelial cells have local membrane fluctuations of ~20 nm, actin depolymerization causes increase in fluctuation amplitude, and ATP depletion abolishes all membrane fluctuations.
The Young's modulus of a nanoscale titanium (Ti) thin-film was evaluated using a high-speed microcantilever resonating at the megahertz frequency in the present study. A 350 nm thick Ti film was deposited on the surface of a silicon microcantilever, and the morphology of the film was analyzed using the atomic force microscopy. The microcantilever was excited to resonate using an ultrasonic pulser that generates tone burst signals and the resonance frequency shift induced by the deposition of Ti was measured using a Michelson interferometer. The Young's modulus was determined through a modal analysis using the finite element method and the result was validated by the nanoindentation testing, showing good agreement within a relative error of 1.0%. The present study proposes a nanomechanical characterization technique with enhanced accuracy and sensitivity.
Chemical mechanical polishing (CMP) achieves surface planrity through combined mechanical and chemical means. The role of slurry is very important in metal CMP. Slurry used in metal CMP normally consists of oxidizers, complexing agents, corrosion inhibitors and abrasives. This paper investigates the effects of citric acid as a complexing agent for Cu CMP with $H_2O_2$. In order to study chemical effects of citric acid, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was peformed on Cu sample after etching test. XPS results reveal that CuO, $Cu(OH)_2$ layer decrease but $CU/CU_2O$ layer increase on Cu sample surface. To investigate nanomechanical properties of Cu sample surface, nanoindentation was performed on Cu sample. Results of nanoindentation indicate wear resistance of Cu surface decrease. According to decrease of wear resistance on Cu surface removal rate increases from $285\;{\AA}/min\;to\;8645\;{\AA}/min$ in Cu CMP.
Despite numerous researches on atomic-scale friction have been carried out for understanding the origin of friction, lots of questions about sliding friction still remain. It is known that friction at atomic-scale always shows unique phenomena called 'stick-slips' which reflect atomic lattice of a scanned surface. In this work, experimental study on the effects of system stiffnesses and load on the atomic-scale stick-slip friction of graphite was performed by using an Atomic Force Microscope and various cantilevers/tips. The objective of this research is to figure out the dependency of atomic-scale friction on the nanomechanical properties in sliding contact such as load, stiffness and contact materials systematically. From this work, the experimental observation of transitions in atomic-scale friction from smooth sliding to multiple stick-slips in air was first made, according to the lateral cantilever stiffness and applied normal load. The superlubricity of graphite could be verified from friction vs. load experiments. Based on the results, the relationship between the stickslip behaviors and contact stiffness was carefully discussed in this work. The results or this work indicate that the atomic-scale stick-slip behaviors can be controlled by adjusting the system stiffnesses and contact materials.
We present a simple and easy-to-implement lumped stiffness model to elucidate the load transfer mechanism among all individual tube shells and intertube van der Waals (vdW) interactions in transversely compressed multi-walled carbon nanotubes (CNTs). Our model essentially enables theoretical predictions to be made of the relevant transverse mechanical behaviors of multi-walled tubes based on the transverse stiffness properties of single-walled tubes. We demonstrate the validity and accuracy of our model and theoretical predictions through a quantitative study of the transverse deformability of double- and triple-walled CNTs by utilizing our recently reported nanomechanical measurement data. Using the lumped stiffness model, we further evaluate the contribution of each individual tube shell and intertube vdW interaction to the strain energy absorption in the whole tube. Our results show that the innermost tube shell absorbs more strain energy than any other individual tube shells and intertube vdW interactions. Nanotubes of smaller number of walls and outer diameters are found to possess higher strain energy absorption capacities on both a per-volume and a per-weight basis. The proposed model and findings on the load transfer and the energy absorption in multi-walled CNTs directly contribute to a better understanding of their structural and mechanical properties and applications, and are also useful to study the transverse mechanical properties of other one-dimensional tubular nanostructures (e.g., boron nitride nanotubes).
Dung, Mai Xuan;Mohapatra, Priyaranjan;Choi, Jin-Kyu;Kim, Jin-Hyeok;Jeong, So-Hee;Jeong, Hyun-Dam
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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pp.191-191
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2012
InP quantum dot (QD) - organosilicon nanocomposites were synthesized and their photoluminescence quenching was mainly investigated because of their applicability to white LEDs (light emitting diodes). The as-synthesized InP QDs which were capped with myristic acid (MA) were incompatible with typical silicone encapsulants. Post ligand exchange the MA with a new ligand, 3-aminopropyldimethylsilane (APDMS), resulted in soluble InP QDs bearing Si-H groups on their surface (InP-APDMS) which allow embedding the QDs into vinyl-functionalized silicones through direct chemical bonding, overcoming the phase separation problem. However, the ligand exchange from MA to APDMS caused a significant decrease in the photoluminescent efficiency which is interpreted by ligand induced surface corrosion relying on theoretical calculations. The InP-APDMS QDs were cross-linked by 1,4-divinyltetramethylsilylethane (DVMSE) molecules via hydrosilylation reaction. As the InP-organosilicon nanocomposite grew, its UV-vis absorbance was increased and at the same time, the PL spectrum was red-shifted and, very interestingly, the PL was quenched gradually. Three PL quenching mechanisms are regarded as strong candidates for the PL quenching of the QD nano-composites, namely the scattering effect, Forster resonance energy transfer (FRET) and cross-linker tension preventing the QD's surface relaxation.
짧은 바깥쪽 탄소 나노튜브를 가진 이중벽 탄소 나노튜브 공진기의 경우, 자유로운 끝은 긴 안쪽 벽의 진동에 중요한 역할을 한다. 짧은 안쪽 탄소 나노튜브를 가진 이중벽 카본 나노튜브 공진기의 경우, 안쪽은 부드러운 코어로 작동하여 기본 주파수가 이들의 길이에 의해 영향을 받는다. 본 논문에서는 서로 다른 길이를 가지고 나노튜브로 구성된 이중벽 탄소 나노튜브 공진기의 주파수 변화를 분석한다. 분석 결과, 안쪽 혹은 바깥쪽 탄소 나노튜브 길이를 제어하는 다양한 주파수 소자를 구현하는데 널리 응용될 수 있을 것으로 판단된다.
Nano and micro structure-based biosensors are promising tool for label-free detection of biomolecular interactions with great accuracy. This review gives a brief survey on nano and micro platforms to sense a variety of analytes such as DNA, proteins and viruses. Among incredible nano and micro structure for bio-analytical applications, the scope of this paper will be limited to micro and nano resonators and nanowire field-effect transistors. Nanomechanical motion of the resonators transducers biological information to readable signals. They are commonly combined with an optical, capacitive or piezo-resistive detection systems. Binding of target molecule to the modified surface of nanowire modulates the current of the nanowire through electrical field-effect. Both detection methods have advantages of label-free, real-time and high sensitive detection. These structures can be extended to fabricate array-type sensors for multiplexed detection and high-throughput analysis. The biosensors based on these structures will be applied to lab-on-a-chip platforms and point-of-care diagnostics. Basic concepts including detection mechanisms and trends in their fields will be covered in this review.
Kwon, Sangku;Ko, Jae-Hyeon;Yang, G.E.;Kim, Won-Dong;Kim, Yong-Hyun;Park, Jeong Young
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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pp.129.1-129.1
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2013
Atomically-thin graphene is the ideal model system for studying nanoscale friction due to its intrinsic two-dimensional anisotropy. Here, we report the reduced nanoscale friction of epitaxial graphene on SiC, investigated with conductive-probe atomic force microscopy/friction force microscopy in ultra-high vacuum. The measured friction on a buffer layer was found to be 1/8 of that on a monolayer of epitaxial graphene. Conductive probe atomic force microscopy revealed a lower conductance on the buffer layer, compared to monolayer graphene. We associate this difference in friction with the difference in total lateral stiffness. Because bending stiffness is associated with flexural phonons in two-dimensional systems, nanoscale frictional energy should primarily dissipate through damping with the softest phonons. We investigated the influence of hydrogen intercalation on the nanoscale friction. We found that the friction decreased significantly after hydrogen intercalation, which is related to loose contact between the graphene and the substrate that results in a lower bending stiffness.
Kim, Jong Hun;Fu, Deyi;Kwon, Sangku;Wu, Junqiao;Park, Jeong Young
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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pp.143.2-143.2
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2013
Nanomechanical and electrical properties of vanadium dioxide (VO2) thin films across thermal-driven phase transition are investigated with ultra-high vacuum atomic force microscopy. VO2 thin films have been deposited on the n-type heavily doped silicon wafer by pulsed laser deposition. X-ray diffraction reveals that it is textured polycrystalline with preferential orientation of (100) and (120) planes in monoclinic phase. As the temperature increases, the friction decreased at the temperature below the transition temperature, and then the friction increased as increasing temperature above the transition temperature. We attribute this observation to the combined effect of the thermal lubricity and electronic contribution in friction. Furthermore, the dependence of nanoscale conductance on the local pressure was indicated at the various temperatures, and the result was discussed in the view of pressure-induced metal-insulator transition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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