A comparative study of the dry and

A comparative study of the dry and wet nano-scale electro-machining
M. P. Jahana, K. R. Virwanib, K. P. Rajurkarc, A. P. Malshed,*
aArchitectural and Manufacturing Sciences Department, Western Kentucky University, Bowling Green, KY 42101, USA
bIBM Almaden Research Center, San Jose, CA 95120, USA
cDepartment of Industrial and Management Systems Engineering, University of Nebraska, Lincoln, NE 68588, USA
dMaterials & Manufacturing Research Laboratories, Department of Mechanical Engineering, University of Arkansas, Fayetteville, AR 72701, USA
* Corresponding author. Tel.: [phone]; Fax: [phone]. E-mail address: [e-mail].
Abstract
In recent years, a nano-electromachining (nano-EM) process based on a scanning tunneling microscope (STM) platform has been
demonstrated. Nano-EM is capable of machining nano-features, under both, liquid dielectric (wet nano-EM) and air dielectric (dry
nano-EM) media. The objective of this paper is to present a comparative study between the wet and dry nano-EM processes based
on process mechanism, machining performance, consistency and dimensional repeatability of these two processes. The comparison
of the two processes has been conducted at near field nano-EM, where the gap between the tool electrode and workpiece is 2 nm
and the machining is performed at room temperature and pressure (macroscopically). The major differences in the process
mechanism are due to the media at dielectric interface, the breakdown field strength and breakdown characteristics of two
dielectrics and therefore, the material removal mechanism. It is reported that the material removal mechanism of wet nano-EM is
associated with field emission-assisted avalanche in nano-confined liquid dielectric, whereas, the material removal mechanism in
dry nano-EM is associated with field-induced evaporation of material. The differences have also been observed in the machining
performance, dimensions of the machined features and repeatability of the nanoscale machined features. The self-tip-sharpening
process with the continuation of machining has added several advantages to dry nano-EM over wet nano-EM in terms of
dimensions of the nanoscale features, repeatability and machining performance.
© 2013 The Authors. Published by Elsevier B.V.
Keywords: Nano-electromachining; Wet nano-EM; Dry nano-EM; Process mechanism; Machining performance; Dimensional repeatability
1. Introduction
In recent years, to meet the increasing demand of
manufacturing nanoscale-structures and features, a
number of fabrication techniques have been developed,
those can be broadly categorized into soft lithography,
laser machining, and tip-based based lithography [1].
Some of the important applications of nanoscale features
produced by these techniques are pores for DNA
detection devices and electrical interconnects, jets for
next generation fuel atomizers and controlled drug
release, channels for controlled drug delivery and nanofluidics
and others [2]. In addition, these nanoscalefeatures
can be used in fuel cells, molecular sort sieves
and templates for deposition of nano-wires [1-2]. The
above applications demand machining of features in
wide variety of materials ranging from metal, ceramic,
polymer and biological samples. So far, most of these
nanofabrication techniques are driven for material
removal primarily from silicon and polymeric materials,
which are used in electronic and biological applications.
However, with the growing demand from new
applications, the fabrication of nanoscale features in
different functional metals like gold, nickel, copper,
titanium alloys are becoming more important, especially
in optical, chemical and other applications [3]. There are
several reported disadvantages of commonly used
nanomachining processes; for example, residue buildup
and contamination for nano imprinting process, material
re-deposition for focused ion beam and femtosecond
laser, photo resist or development residues for UV

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

การศึกษาเปรียบเทียบระดับนาโนไฟฟ้าเครื่องจักรกล ม. แห้งและเปียก พี jahana, k r virwanib, k พี rajurkarc, พี malshed, *
aarchitectural และวิทยาศาสตร์การผลิตภาคตะวันตกมหาวิทยาลัยเคนตั๊กกี้, โบว์ลิงกรีน, เคนตั๊ก 42101, usa
bibm Almaden ศูนย์วิจัย, San Jose, CA 95120, usa
cdepartment ของอุตสาหกรรมและการจัดการวิศวกรรมระบบมหาวิทยาลัยเนแบรสกาลิงคอล์นne 68588, usa
dmaterials &ห้องปฏิบัติการวิจัยการผลิตภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลที่มหาวิทยาลัยอาร์คันซอ, อาร์คันซอ 72701, usa
* ผู้เขียนสอดคล้องกัน โทร: 1-479-575-6561; โทรสาร:. 1-479-575-6982 e-mail address:. [e-mail]

นามธรรมในปีที่ผ่านมากระบวนการนาโน electromachining (นาโน em) ตามกล้องจุลทรรศน์อุโมงค์ (STM) แพลตฟอร์มที่ได้รับการ
แสดงให้เห็นถึง นาโน em มีความสามารถในการใช้เครื่องจักรนาโนคุณสมบัติภายใต้ทั้งสองอิเล็กทริกเหลว (เปียกนาโน em) แล​​ะอิเล็กทริกอากาศ (แห้ง
นาโน em) สื่อ วัตถุประสงค์ของบทความนี้คือการที่จะนำเสนอการศึกษาเปรียบเทียบระหว่างเปียกและแห้งกระบวนการนาโน em
ตามกลไกกระบวนการประสิทธิภาพเครื่องจักรกลความสอดคล้องและการทำซ้ำมิติของทั้งสองกระบวนการ เปรียบเทียบ
ของทั้งสองกระบวนการที่ได้รับการดำเนินการที่อยู่ใกล้สนามนาโน em ที่ช่องว่างระหว่างขั้วไฟฟ้าเครื่องมือและชิ้นงานคือ 2
นาโนเมตรและเครื่องจักรกลที่มีการดำเนินการที่อุณหภูมิห้องและความดัน (macroscopically) แตกต่างที่สำคัญในกระบวนการ
กลไกเป็นเพราะสื่อที่เชื่อมต่อเป็นฉนวนความแรงของสนามสลายและรายละเอียดลักษณะของสอง
dielectrics และดังนั้นกลไกการกำจัดวัสดุ มีรายงานว่ากลไกการกำจัดวัสดุที่เปียกนาโน em เป็น
เกี่ยวข้องกับเขตข้อมูลการปล่อยหิมะถล่มช่วยในนาโน จำกัด ของเหลวอิเล็กทริกในขณะที่กลไกการกำจัดวัสดุใน
แห้งนาโน em มีความเกี่ยวข้องกับการระเหยสนามเหนี่ยวนำของวัสดุ . ความแตกต่างนี้ยังได้รับการปฏิบัติในการใช้เครื่องจักร
ประสิทธิภาพขนาดของคุณสมบัติกลึงและการทำซ้ำของนาโนกลึงคุณสมบัติ ตัวเองสุดเหลา
กระบวนการที่มีความต่อเนื่องของการใช้เครื่องจักรที่มีการเพิ่มข้อได้เปรียบหลายประการให้แห้งนาโน em กว่าเปียกนาโน em ในแง่ของ
ขนาดของคุณสมบัติระดับนาโนการทำซ้ำและประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักรกล.
© 2013 ผู้เขียน ถูกจัดทำโดย BV
คำหลัก: นาโน electromachining;เปียกนาโน em; แห้งนาโน em กลไกกระบวนการประสิทธิภาพเครื่องจักรทำซ้ำมิติ
1 การแนะนำ
ในปีที่ผ่านมาเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นของการผลิตระดับนาโน
โครงสร้างและคุณสมบัติ
จำนวนของเทคนิคการผลิตได้รับการพัฒนา
ผู้ที่สามารถแบ่งออกเป็นพิมพ์หินนุ่ม
เลเซอร์เครื่องจักรกลและทิปเกี่ยวกับที่ใช้พิมพ์หินตาม [1].
บางส่วนของการใช้งานที่สำคัญของนาโนคุณสมบัติ
ผลิตโดยเทคนิคเหล่านี้รูขุมขนสำหรับอุปกรณ์ dna
ตรวจสอบและการเชื่อมไฟฟ้าเจ็ตส์กับอะตอมไมเซอร์เชื้อเพลิง
รุ่นต่อไปและมีการควบคุมยาเสพติด
ปล่อยช่องทางสำหรับการส่งมอบยาเสพติดการควบคุมและ nanofluidics
และอื่น ๆ [2] . นอกจากนี้เหล่านี้ nanoscalefeatures
สามารถใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงเมล็ดข้าวเรียงโมเลกุล
และแม่แบบสำหรับการสะสมของนาโนสาย [1-2]
การใช้งานดังกล่าวข้างต้นมีความต้องการเครื่องจักรกลของคุณสมบัติใน
หลากหลายของวัสดุตั้งแต่โลหะเซรามิกและพอลิเมอ
ตัวอย่างทางชีวภาพ เพื่อให้ห่างไกลที่สุดของเหล่านี้
เทคนิค nanofabrication จะขับเคลื่อนสำหรับวัสดุ
ลบหลักจากวัสดุซิลิกอนและพอลิเมอ,
ที่ใช้ในการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์และชีวภาพ.
แต่กับความต้องการที่เพิ่มขึ้นจากการใช้งานใหม่
, ผลิตของนาโนในลักษณะ
โลหะการทำงานที่แตกต่างกันเช่นทอง, นิกเกิล, ทองแดง, โลหะผสมไทเทเนียม
จะกลายเป็นสิ่งที่สำคัญมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งใน
แสงสารเคมีและการใช้งานอื่น ๆ [3] มีหลาย
รายงานข้อเสียของการใช้กระบวนการ
nanomachining; ตัวอย่างตกค้างที่เหลือ
และการปนเปื้อนสำหรับกระบวนการประทับนาโนวัสดุ
อีกทับถมลำแสงไอออนที่มุ่งเน้นและ femtosecond
เลเซอร์ภาพต่อต้านหรือตกค้างพัฒนายูวี

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การศึกษาเปรียบเทียบแห้ง และเปียกนาโนสเกล electro-จักร
M. P. Jahana คุณ R. Virwanib คุณ P. Rajurkarc, A. P. Malshed, *
aArchitectural และ แผนกผลิตวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเวสเทิร์นเคนตั๊กกี้ โบว์ลิ่งกรี KY 42101 สหรัฐอเมริกา
bIBM ศูนย์วิจัย Almaden, San Jose, CA 95120 สหรัฐอเมริกา
cDepartment อุตสาหกรรมและการจัดการระบบวิศวกรรม เนบมหาวิทยาลัยของรา ลินคอล์น NE 68588 สหรัฐอเมริกา
dMaterials &ผลิตวิจัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยอาร์คันซอ ฟาเยตต์วิลล์ AR 72701 สหรัฐอเมริกา
* Corresponding ผู้เขียน โทร: 1-479-575-6561 โทรสาร: 1-479-575-6982 ที่อยู่อีเมล: [e-mail].
นามธรรม
ได้รับกระบวนการนาโน-electromachining (นาโน-EM) ขึ้นอยู่กับแพลตฟอร์มกล้องจุลทรรศน์ (อิ) ลแบบ tunneling สแกนในปีล่าสุด
แสดง นาโน-EM มีความสามารถในการตัดเฉือนนาโนคุณลักษณะ ทั้ง dielectric ของเหลว (น้ำนาโน-EM) และ dielectric อากาศ (แห้ง
นาโน-EM) สื่อการ วัตถุประสงค์ของเอกสารนี้จะนำเสนอการศึกษาเปรียบเทียบระหว่างกระบวนการเปียก และแห้งนาโน EM ตาม
กระบวนการกลไก เครื่องจักรประสิทธิภาพ ความสม่ำเสมอ และทำซ้ำในมิติของกระบวนการเหล่านี้ทั้งสอง การเปรียบเทียบ
ของกระบวนการ 2 มีการดำเนินการที่ใกล้ฟิลด์นาโน-EM ช่องว่างระหว่างเครื่องมือไฟฟ้าและเทคโนโลยีอยู่ 2 nm
และการตัดเฉือนจะกระทำที่อุณหภูมิห้องและความดัน (macroscopically) ความแตกต่างที่สำคัญในกระบวนการ
มีกลไกเนื่องจากสื่ออินเทอร์เฟซเป็นฉนวน แบ่งฟิลด์ความแข็งแรง และแบ่งลักษณะของสอง
dielectrics ดัง นั้น กลไกการกำจัดวัสดุ แต่ก็มีรายงานว่า กลไกกำจัดวัสดุของ EM นาโนเปียกเป็น
เกี่ยวข้องกับฟิลด์มลพิษช่วยหิมะถล่มในวังนาโน dielectric ของเหลว โดย กลไกกำจัดวัสดุใน
นาโน EM แห้งจะสัมพันธ์กับฟิลด์เกิดระเหยของวัสดุ ยังมีการสังเกตความแตกต่างในการตัดเฉือน
ประสิทธิภาพ ขนาดของคุณลักษณะ machined และทำซ้ำในลักษณะ nanoscale กลึง การ self-tip-เรื่อง
กระบวนการ ด้วยความต่อเนื่องของเครื่องจักรได้เพิ่มข้อได้เปรียบหลายแห้งนาโน EM กว่านาโนเปียกเอมในแง่ของ
มิติคุณลักษณะ nanoscale ทำซ้ำใน และประสิทธิภาพการทำงานชิ้นนั้น
© 2013 ผู้เขียน เผยแพร่ โดย Elsevier B.V.
Keywords: นาโน-electromachining นาโนเปียก-EM นาโนแห้ง-EM กลไกกระบวนการ เครื่องจักรประสิทธิภาพ ทำซ้ำในมิติ
1 แนะนำ
ในปีที่ผ่านมา เพื่อตอบสนองความต้องการเพิ่มขึ้นของ
ผลิต nanoscale-โครงสร้างและลักษณะการทำงาน การ
ของเทคนิคการผลิตได้รับการพัฒนา,
ผู้ทั่วไปแบ่งออกได้ภาพพิมพ์หินอ่อน,
เลเซอร์ภาพพิมพ์ชิ้น และ ตามคำแนะนำตามหิน [1] .
บางโปรแกรมประยุกต์ที่สำคัญของ nanoscale
ผลิต โดยเทคนิคเหล่านี้มีรูขุมขนสำหรับ DNA
อุปกรณ์ตรวจจับ และไฟฟ้าเชื่อมโยง jets สำหรับ
รุ่นต่อไปเชื้อเพลิง atomizers และยาควบคุม
ปล่อย ช่องทางการจัดส่งยาควบคุมและ nanofluidics
และอื่น ๆ [2] นอกจากนี้ nanoscalefeatures เหล่านี้
ใช้ในเซลล์เชื้อเพลิง เรียงโมเลกุล sieves
และการสะสมของนาโนสาย [1 - 2]
ข้างบนโปรแกรมประยุกต์ต้องตัดเฉือนของคุณลักษณะใน
หลากหลายวัสดุจากโลหะ เซรามิก,
ตัวอย่างพอลิเมอร์และชีวภาพ มาก ส่วนใหญ่เหล่านี้
nanofabrication เทคนิคจะขับเคลื่อนวัสดุ
เอาจากซิลิคอนและวัสดุพอลิเมอ,
ที่ใช้ในอิเล็กทรอนิกส์ และชีวภาพประยุกต์
อย่างไรก็ตาม มีความต้องการเติบโตจากใหม่
โปรแกรมประยุกต์ ประดิษฐ์ของ nanoscale ใน
งานโลหะต่าง ๆ เช่นทอง นิกเกิล ทอง แดง,
โลหะผสมไทเทเนียมจะกลายเป็นสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง
ในโปรแกรมประยุกต์ออปติคอล เคมี และอื่น ๆ [3] มี
หลายรายงานข้อเสียของใช้
กระบวนการ nanomachining ตัวอย่าง สารตกค้างโลหิต
และปนเปื้อนในนาโน imprinting กระบวนการ วัสดุ
สะสมใหม่โฟกัสไอออนบีมและ femtosecond
เลเซอร์ ถ่ายตกค้างต่อต้านหรือพัฒนาสำหรับ UV

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การศึกษาเปรียบเทียบที่แห้งและเปียกชื้น Nano - ขนาด electro - กลึง
m . p . jahana , K . R . virwanib , K . p . rajurkarc , A . P . malshed, *
aarchitectural การผลิตและกรมวิทยาศาสตร์,มหาวิทยาลัย Western Kentucky , Bowling Green ,หมู่เกาะเคย์แมน 42101 , USA
bibm almaden Research Center , San Jose , CA 95120 , USA
cdepartment ของอุตสาหกรรมและการจัดการระบบทางวิศวกรรม, University of เนแบรสกา, Lincoln ,ด้านทิศตะวันออกเฉียงเหนือ 68588 USA Today
การวิจัยห้องปฏิบัติการ& dmaterials กรมการผลิตของกลไกทางวิศวกรรม Fayetteville University of อาร์คันซอ AR 72701 USA Today
*ที่เกี่ยวข้องผู้เขียน. โทร. 1-479-575-6561 โทรสาร 1-479-575-6982 . อีเมลแอดเดรส [e-mail] .

ซึ่งจะช่วยเป็นนามธรรมในช่วงหลายปีที่ผ่านมากระบวนการนาโนไดมอนด์ electromachining ( Nano - EM )ที่ใช้ในการสแกนแบบ Tunneling กล้องจุลทรรศน์( stm :)แพลตฟอร์มที่ได้รับการตอบแทน
แสดงให้เห็น นาโนไดมอนด์ em จะสามารถของสื่อผสมน้ำยาทำความสะอาดทั้งสองตามที่เป็นฉนวน(แบบเปียก Nano - EM )และอากาศที่เป็นฉนวน(แห้ง
Nano - EM )กลึง Nano - โดดเด่นไปด้วย วัตถุประสงค์ของเอกสารฉบับนี้เป็นการนำเสนอการศึกษาเปรียบเทียบระหว่างกระบวนการนาโนไดมอนด์ EM แห้งและเปียกที่ขึ้นอยู่บนพื้นฐาน
ซึ่งจะช่วยในกลไกการประมวลผล ประสิทธิภาพ การทำงานและมีความกลึงมีความแม่นยำมิติของกระบวนการนี้ได้ การเปรียบเทียบ
ตามมาตรฐานได้ของสองกระบวนการที่ได้รับการจัดให้บริการอยู่ใกล้กับนาโนไดมอนด์ EM ที่ช่องว่างระหว่าง workpiece เชื่อมและเครื่องมือที่เป็น 2 นาโนเมตร
และกลึงที่ทำได้ที่ อุณหภูมิ ห้องและความดัน( macroscopically ) ความแตกต่างที่สำคัญในกระบวนการ
ซึ่งจะช่วยให้กลไกการมีสื่อที่อยู่อินเตอร์เฟซที่เป็นฉนวนลักษณะแบ่งและความแรงของสนามรายละเอียดของสอง
dielectrics และดังนั้นจึงกลไกการถอดวัสดุที่. มีรายงานว่าที่กลไกการถอดวัสดุที่เปียกของ Nano - em จะ
ซึ่งจะช่วยลดการปล่อยที่เกี่ยวข้องกับหิมะถล่ม - ความช่วยเหลือในฟิลด์ผสมน้ำยาทำความสะอาดที่เป็นฉนวนนาโนไดมอนด์จำกัดในขณะที่กลไกการถอดวัสดุใน
ซึ่งจะช่วยให้แห้ง Nano - em จะเชื่อมโยงกับระเหยฟิลด์ - ทำให้เกิดของวัสดุ ความแตกต่างที่ได้รับการสังเกตเห็นในกลึง
ซึ่งจะช่วยเพิ่ม ประสิทธิภาพ ได้อีกด้วยขนาดของมีความแม่นยำและมีความโดดเด่นที่รุนแรงมากในความโดดเด่น nanoscale ที่รุนแรงมาก. ที่ตัวเอง - ปลายแผ่นความร้อน Steam Tip แบบลับคมในตัว
ซึ่งจะช่วยให้การด้วยความต่อเนื่องของกลึงมีเพิ่มความได้เปรียบในการซักแห้งหลาย Nano - EM กว่าเปียก Nano - EM ในเงื่อนไขของ
ขนาดของ nanoscale โดดเด่นไปด้วย,มีความแม่นยำและ ประสิทธิภาพ กลึง.
©ปี 2013 ที่ผู้เขียน. เผยแพร่โดย elsevier , International B . V .
คีย์เวิร์ด Nano - electromachiningเปียก Nano - EM ;แห้ง Nano - EM ;กระบวนการกลไก;กลึง ประสิทธิภาพ ;มิติมีความแม่นยำ
1 . การแนะนำ
ซึ่งจะช่วยในปีที่ผ่านมาในการตอบสนองความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นของ
ซึ่งจะช่วยการผลิต nanoscale - โครงสร้างและโดดเด่นไปด้วย
หมายเลขที่ใช้เทคนิคการทอได้รับการพัฒนา
เหล่านั้นสามารถแบ่งออกเป็นพิมพ์และความสามารถใช้เคล็ดลับและกลึง
เลเซอร์พิมพ์แบบไม่มีแอลกอฮอล์[ 1 ].
แอพพลิเคชันที่มีความสำคัญอย่างสูงสุดของ nanoscale โดดเด่นไปด้วย
ซึ่งจะช่วยสร้างขึ้นมาด้วยการใช้เทคนิคการเหล่านี้บางรุ่นเป็นรูขุมขนบนสำหรับอุปกรณ์
ซึ่งจะช่วยการตรวจจับการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและดีเอ็นเอเครื่องบินรุ่นถัดไปสำหรับ
ซึ่งจะช่วยประหยัดน้ำมันและการควบคุมยา atomizers
ซึ่งจะช่วยปลดล็อคช่องสำหรับการจัดส่งยาควบคุมและ nanofluidics
และอื่นๆ[ 2 ] นอกจากนี้ nanoscalefeatures
เหล่านี้สามารถใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงระดับโมเลกุลเรียงลำดับ sieves
ตามมาตรฐานและเทมเพลตสำหรับคำให้การของนาโนไดมอนด์สาย[ 1-2 1-2 ]
ทางด้านบนแอพพลิเคชันที่ต้องการกลึงของความโดดเด่นใน
ความหลากหลายของวัสดุหลากหลายจากโลหะเคลือบเซรามิก
โพลิเมอร์ ชีวภาพ และตัวอย่าง ดังนั้นไกลเทคนิค
nanofabrication เหล่านี้ได้มากที่สุดได้รับการนั่งรถสำหรับวัสดุ
ซึ่งจะช่วยถอดจากซิลิโคนและวัสดุ polymeric
ซึ่งจะใช้ในแอปพลิเคชันแบบอิเล็กทรอนิกส์และทางชีววิทยา.
อย่างไรก็ตามพร้อมด้วยความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นจาก
แอปพลิเคชันการของ nanoscale คุณสมบัติที่มีอยู่ใน
โลหะเต็มไปด้วยประโยชน์ใช้สอยแตกต่างกันไปเช่นสีทอง,นิกเกิลทองแดงผสมอัลลอยด์
ไทเทเนียมกำลังกลายเป็นความสำคัญมากขึ้นโดยเฉพาะ
ในออปติคอลไดรฟ์และสารเคมีอื่นๆแอปพลิเคชัน:[ 3 ]. มีรายงานว่าหลายข้อเสียเปรียบ
ซึ่งจะช่วยในการใช้กระบวนการ
nanomachining ใช้กันทั่วไปสำหรับตัวอย่างเช่นการสะสมคราบ
และการปนเปื้อนของกระบวนการเซนติเมตรนาโนไดมอนด์วัสดุ
อีกครั้งสำหรับวาง femtosecond และลำแสงเลเซอร์ไอออนที่มุ่งเน้น
ภาพ ต่อต้านหรือสารตกค้างการพัฒนา UV