CN110446680A - 基于金属-硫属元素化物纳米管的机电谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了基于金属硫属元素化物纳米管的机电谐振器。本发明还提供了制造机电谐振器的方法和这种机电谐振器的使用方法。

Description

基于金属-硫属元素化物纳米管的机电谐振器
技术领域
本发明涉及基于金属-硫属元素化物纳米管的机电谐振器。
背景技术
1992年首次报道的无机纳米管(INT)作为卷制型式的非碳2D材料和作为纳米技术的潜在结构单元(building block)，越来越引起兴趣。长期以来，碳纳米管(CNT)由于它们出色的机械和电特性，以及它们独特的机电耦合，一直被认为是纳米机电系统(NEMS)的有吸引力的结构单元。特别地，扭转机电系统可以用作导航超小型无人驾驶飞行器(UAV)，以及用于各种化学和生物传感器的陀螺仪的基础。关于基于CNT的扭转装置已经做了大量工作：制造单壁CNT(SWCNT)和多壁CNT(MWCNT)、表征单壁CNT(SWCNT)和多壁CNT(MWCNT)的扭转和机电性质，以及建造MWCNT和SWCNT扭转谐振器。决定谐振NEMS灵敏度的最关键因素之一是它们的品质因数-无量纲参数，其与每个周期的储存和消散能量之间的比率相对应。即，品质因数越高，在一个振荡周期期间消散的能量越少。内摩擦、层间耦合、晶体学结构和化学组成可以在决定纳米管的扭转行为、特别是它们的品质因数(Q)中发挥关键作用。
发明内容
本发明首次提出了金属硫属元素化物纳米管的谐振机电行为。提出了金属硫属元素化物纳米管、特别是二硫化钨(WS2)的谐振扭转行为，并与碳纳米管的谐振扭转行为比较。例如，发现WS2纳米管拥有在纳米管中见到过的最高品质因数(Q)和扭转谐振频率。发现各种纳米管的动态和静态扭转弹簧常数是不同的，特别是在WS2的情况下，这可能是由于速度依赖性的壳间摩擦所致。结果表明，金属-硫属元素化物纳米管是高Q机电谐振器系统的有前景的结构单元。
在一个实施方式中，本发明提供了一种包含至少一个金属-硫属元素化物纳米管的机电谐振器。
在一个实施方式中，谐振器是微机电装置、纳机电装置或其组合。
在一个实施方式中，金属硫属元素化物纳米管包含WS2、MoS2、WSe2、MoSe2。在一个实施方式中，金属硫属元素化物纳米由WS2、MoS2、WSe2、MoSe2组成。在一个实施方式中，金属硫属元素化物纳米管包含Mo1-xNbxS2、Mo1-xNbxSe2、W1-xTaxS2、W1-xTaxSe2、MoxWyNb1-x-yS2、MoxWyNb1-x-ySe2、Re1-xWxS2、Ti1-xScxS2、Zr1-xYxS2、Hf1-xLaxS2、Ta1-xHfxS2、Pt1-xIrxS2、Ru1-xMnxS2、Rh1-xRuxS2、Mo1-xRexS2、W1-xRexS2、Re1-xOsxS2、Ti1-xVxS2、Zr1-xNbxS2、Hf1-xTaxS2、Ta1-xWxS2、Pt1- xAuxS2、Ru1-xRhxS2、Rh1-xPdxS2、WS2-xSeX、Mo1-xWxS2-ySey、WS2-x-ySexTey，其中0.0001<x<0.5且0.0001<y<0.5或其中0.0001<x<0.9999且0.0001<y<0.9999，或其中0.0001<x<0.5或其中0.0001<x<0.9999或其中0.0001<x<1.9999或其中0.0001<x<1.9999且0.0001<y<1.9999。
在一个实施方式中，纳米管被另一种物质掺杂。在一个实施方式中，纳米管被金属掺杂。在一个实施方式中，金属是Nb或Re。在一个实施方式中，物质包括氢、氧、氟或钠。在一个实施方式中，机电谐振器选自由下列组成的组：陀螺仪、加速度计、质量传感器、材料传感器、磁力计、或移动镜(moving mirror)。在一个实施方式中，本发明提供了包含本发明的机电谐振器的陀螺仪、加速度计、质量传感器、材料传感器、磁力计或移动镜。在一个实施方式中，本发明的机电谐振器是选自由陀螺仪、加速度计、质量传感器、材料传感器、磁力计或移动镜组成的组中的设备中的部件。
在一个实施方式中，所述纳米管的直径范围在1nm和1000nm之间。在一个实施方式中，所述纳米管的直径范围在1nm和100nm之间。在一个实施方式中，所述纳米管的直径范围在1nm和10nm之间或10nm和50nm之间或50nm和250m之间或250nm和500nm之间或500nm和1μm之间。
在一个实施方式中，对于单一纳米管，所述纳米管是单壁或多壁纳米管。在一个实施方式中，对于多于一种纳米管，纳米管是单壁的、多壁的或其组合。
在一个实施方式中，纳米管是至少部分中空的。在一个实施方式中，纳米管不是中空的。在一个实施方式中，所述纳米管的至少一部分悬置在表面上方(在一个实施方式中为基板的表面)。
在一个实施方式中，本发明的谐振器还包括：
●基板；
●至少第一焊盘和第二焊盘；
●电触点。
在一个实施方式中，所述纳米管的第一区域与第一焊盘接触，而纳米管的第二区域与第二焊盘接触。
在一个实施方式中，第一焊盘和第二焊盘各自与基板接触。在一个实施方式中，基板是有涂层的。在一个实施方式中，基板包含Si并且涂层包含SiO2。
在一个实施方式中，谐振器还包含踏板(pedal)。在一个实施方式中，踏板与纳米管接触。在一个实施方式中，踏板具有长方形形状并且附着于所述纳米管，使得所述长方形的较长维度垂直于所述纳米管的较长维度定位。在一个实施方式中，长方形踏板相对于所述纳米管不对称地定位。
在一个实施方式中，纳米管悬置在基板上方。在一个实施方式中，踏板悬置在基板上方。在一个实施方式中，谐振器与电子元件/电子仪器连接。
在一个实施方式中，仪器包括网络分析仪、示波器、锁定放大器、频谱分析仪、RF信号发生器、电源、AC发电机、DC发电机、信号发生器、脉冲发生器、函数发生器、波形发生器、数字模式发生器、频率发生器或其组合。
在一个实施方式中，焊盘和基板独立地通过所述电触点与所述仪器中的任一种或多种连接，并且所述仪器通过电触点在焊盘之间和基板之间施加电压。
在一个实施方式中，焊盘和基板独立地通过电触点与网络分析仪(或上文提供的名单中的任何其它仪器)连接，并且网络分析仪(或任何其它电子仪器)通过电触点在焊盘之间和基板之间施加电压。在一个实施方式中，在基板上构造电极，电极通过电触点与网络分析仪或与任何其它电子仪器连接。根据该方面并且在一个实施方式中，通过电触点在焊盘之间和电极之间施加电压。
在一个实施方式中，施加的电压在纳米管中产生机械响应。在一个实施方式中，谐振器的Q因数范围在1和1000000之间。在一个实施方式中，谐振器的Q因数范围在1和100之间。在一个实施方式中，谐振器的Q因数范围在100和1000之间。在一个实施方式中，谐振器的Q因数范围在1000和1000000之间。在一个实施方式中，谐振器的Q因数范围在1和5之间。
在一个实施方式中，谐振器还包括在基板上制造的电极。在一个实施方式中，电极通过电触点与电子仪器连接。
在一个实施方式中，本发明提供了一种制造机电装置的方法，方法包括：
●提供基板；
●将至少第一焊盘和第二焊盘施加到基板上，使得焊盘不互相接触；
●将至少一个金属-硫属元素化物纳米管施加到焊盘上，使得纳米管的第一区域与第一焊盘接触并且纳米管的第二区域与第二焊盘接触；
●去除纳米管下面的基板表面层，从而使纳米管悬置在基板上方。
在一个实施方式中，基板包含被SiO2涂覆的Si。在一个实施方式中，焊盘包含被金层涂覆的铬层。
在一个实施方式中，施加焊盘的步骤包括光刻和金属沉积。在一个实施方式中，施加至少一个金属-硫属元素化物纳米管的步骤包括干法分散纳米管。在一个实施方式中，去除纳米管下面的基板表面层的步骤包括使用氢氟酸(HF)蚀刻基板层。在一个实施方式中，蚀刻之后进行临界点干燥(CPD)。施加焊盘和纳米管的其它方法以及蚀刻表面层的其它方法是本领域中已知的并且包括在本发明中。
在一个实施方式中，方法还包括在所述去除基板表面层的步骤之前在所述纳米管的顶部上施加踏板，使得所述踏板与所述纳米管接触。在一个实施方式中，踏板具有长方形形状并且附着于所述纳米管，使得所述长方形的较长维度垂直于所述纳米管的较长维度定位。在一个实施方式中，长方形踏板相对于所述纳米管不对称地定位。在一个实施方式中，在所述去除基板表面层的步骤之后，踏板悬置在所述基板上方。
在一个实施方式中，方法还包括在基板上制造电极。
在一个实施方式中，本发明提供了一种操作电化学谐振器的方法，方法包括：
○提供谐振器，所述谐振器包括：
●至少一个金属硫属元素化物纳米管；
●基板；
●可选的在基板上制造的电极；
●在基板上组装的至少第一焊盘和第二焊盘；
●与第一焊盘和第二焊盘连接、可选地与基板和/或可选地与电极连接的电触点；
其中所述金属-硫属元素化物纳米管的第一区域与第一焊盘接触并且纳米管的第二区域与第二焊盘接触，并且其中纳米管的第三区域悬置在基板上方；
o在焊盘和基板之间或焊盘和电极之间施加电压，使得电压产生金属硫属元素化物纳米管的机械响应。
在一个实施方式中，基板是有涂层的。在一个实施方式中，有涂层的基板包含硅并且涂层包含氧化硅。
在一个实施方式中，机械响应包括扭转、面内旋转、面内弯曲、异相弯曲或其组合。
在一个实施方式中，机电装置/谐振器用作导航小型化无人驾驶飞行器(UAV)的陀螺仪、用作材料传感器例如化学传感器或生物传感器。在一个实施方式中，装置还包括踏板，所述踏板与悬置的纳米管接触，使得踏板悬置在基板上方。
在一个实施方式中，踏板具有长方形形状并且附着于纳米管，使得长方形的较长维度垂直于纳米管的较长维度定位。在一个实施方式中，长方形焊盘相对于纳米管不对称地定位。在一个实施方式中，施加电压包括施加AC电压、或AC电压和DC电压的组合。在一个实施方式中，AC电压的频率在RF范围内。
在一个实施方式中，装置的操作方法还包括检测纳米管的机械响应。在一个实施方式中，光学检测响应。在一个实施方式中，电检测响应。在一个实施方式中，电检测包括电导率测量。在一个实施方式中，电检测包括电容测量。
附图说明
被视为本发明的主题在说明书的所附权利要求部分中特别指出和明确要求保护。然而，本发明，关于构造和操作方法两方面，以及其目的、特征和优点，可通过参考结合附图阅读时的以下详细描述来最佳理解，在附图中：
图1示出了基于纳米管的扭转谐振器的谐振频谱测量的设置(示意性设置)。(a)多壁CNT、BNNT和WS2NT的示意性结构；(b)扫描电子显微镜(SEM)图像；和(c)基于纳米管的扭转谐振器的原子力显微镜(AFM)图像。(d)扭转谐振器通过在基板和偏置踏板之间施加DC和AC电压来致动，偏置踏板附着于纳米管。振幅由激光多普勒振动计(LDV)检测并输出到网络分析仪。
图2示出了不同的基于纳米管的扭转谐振器的代表性谐振频谱：(a)CNT(装置#2)；(b)BNNT(装置#5)；和(c)WS2NT(装置#1)。插图示出了在更高分辨率下测量的各种谐振峰与等式1的拟合。在(b)中，在5.84MHz处有一个清晰的峰，并且不管LDV激光点的位置如何，在更高频率处都出现较小特征，因此很可能是由于某些测量的相对低的信噪比(参见相对振幅信号标度)造成的测量伪像。
图3是基于碳纳米管的扭转谐振器的不同简正模式的测量共振频率和模拟共振频率之间的比较(装置2，图2a)。研究了实心棒和中空圆柱体两个极端壳间耦合情况。强调的模拟频率是更接近测量频率的频率。
图4是CNT、BNNT和WS2NT的扭转谐振特性的比较：(a)代表性的基于CNT、基于BNNT和基于WS2NT的谐振器在空气和真空中的扭转谐振峰(分别为CNT装置#2(左)、BNNT装置#1(中)和WS2NT#1(右))。括号中的值表示在真空中测量的值。(b)作为NT直径的函数的在空气中测量的扭转谐振器的动态扭转弹簧常数。(c)作为谐振器扭转弹簧常数的函数的所有谐振器在空气中的品质因数(在(b)和(c)中，左下CNT，中间BNNT，右上WS2)。
图5是CNT、BNNT和WS2NT谐振器的静态扭转弹簧常数的测量。(a)在力-距离测量期间AFM悬臂和踏板的示意图。(b)CNT谐振器(装置#5)的线性刚度被绘制为悬臂跨过踏板的位置的函数。
图6示出了LDV系统的激光点对踏板的瞄准。
图7是基于BNNT的扭转装置#1的FEA模拟。
图8是基于WS2NT的扭转装置#1的FEA模拟。
图9是基于二硫化钨纳米管的扭转谐振器的LDV频谱(下)相对于混合频谱(上)。
图10是电信号混合测量的示意性描述。
应该领会，为了图示的简单和清楚起见，图中显示的元素不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元素的尺寸可以相对于其它元素被放大。此外，在认为适当的情况下，附图标记可以在图之间重复以指示相应的或相似的元素。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的全面了解。然而，本领域技术人员将会理解，在没有这些具体细节下可以实践本发明。在其它情况下，公知的方法、过程和组分不被详细描述，以免使本发明费解。
如上所述，决定谐振NEMS灵敏度的最关键因素之一是它们的品质因数。品质因数越高，在一个振荡周期期间消散的能量越少。内摩擦、层间耦合、晶体学结构和化学组成可在决定纳米管的扭转行为、特别是它们的品质因数(Q)中发挥关键作用。
这些影响品质因数的方面推动了对金属硫属元素化物纳米管作为扭转装置的潜在结构单元的考查。为此，WS2纳米管(WS2NT)由于其显著的机电响应、粘滑扭转行为和高载流能力而被发现是有前景的材料。
在一个实施方式中，本发明提供了基于金属硫属元素化物纳米管的扭转谐振器。在环境条件和真空条件下，将所述谐振器的机电性质与基于CNT的扭转谐振器进行比较。发现金属硫属元素化物纳米管表现出更高的扭转谐振频率和品质因数，扩大了扭转NEMS装置的可用材料工具箱。本发明还证明了金属硫属元素化物纳米管对于一般的NEMS、特别是扭转NEMS是有前景的结构单元。
在一个实施方式中，本发明中公开的扭转谐振器表现出有意破坏的对称性，使其能够静电致动。
扭转谐振器的一个实施方式(图1)由端部夹在金属焊盘之间、顶部附有悬置式踏板的悬置式纳米管(MWCNT，WS2NT)组成。踏板相对于纳米管是偏心的，使得踏板的每一端位于与纳米管不同的距离处(图1b、1c，相对于纳米管，踏板的右手侧比踏板的左手侧长；并且在图1d中，相对于纳米管线，踏板的远侧比近侧短)。所述谐振器使用如下制造：电子束光刻，然后进行湿法蚀刻和临界点干燥(参见实施例)。为了测量所述扭转谐振器的振荡行为，使用网络分析仪在基板和踏板之间施加DC偏置电压和较小的AC驱动电压。AC分量的频率从0.1MHz到24MHz(根据该实施方式的检测系统上限)扫描。基板和踏板之间的交流电压与踏板中心相对于纳米管的偏移相结合，在踏板上产生振荡净扭矩，从而周期性地扭转纳米管。踏板的振幅使用激光多普勒振动计(LDV)检测，并作为驱动AC电压频率的函数提供，以捕获每个基于纳米管的谐振器的谐振响应(图1d)。
总之，首次测量了基于金属硫属元素化物纳米管、即WS2NT和BNNT的扭转NEMS的谐振频谱，并将其与基于MWCNT的类似装置的谐振频谱进行比较。发现在大气压下，WS2NT表现出最高的品质因数和谐振频率，其次是BNNT和MWCNT。不受任何理论束缚，这些结果可归因于碳、BN和WS2NT之间的三个主要差异：(i)直径(强烈影响扭转弹簧常数)，(ii)剪切模量(线性影响所述弹簧常数)，和(iii)壳间耦合，它影响贡献于总体扭转行为的有效层数。品质因数系统地依赖于空气中的扭转弹簧常数，在本征材料性质占主导地位的高真空中，预计该常数会显著变化。
发现，对于INT，当与CNT相比时，在层之间具有较高的耦合。较高的层间耦合增加了它们的刚度，并且这增加了谐振频率。较高的层间耦合也降低了能量消散，这增加了品质因数。WS2NT对扭转/扭动的电响应(即由于扭动导致的电导变化)高于CNT。具有较高的谐振频率、较高的品质因数和对扭转的较高电响应都会使扭转谐振器对惯性变化的灵敏度增加。因此，当与基于CNT的谐振器比较时，本发明提供的基于INT的谐振器是有利的。
动态扭转弹簧常数从扭转谐振峰提取，并与通过AFM测量的静态弹簧常数进行比较。发现，虽然CNT和BNNT的动态扭转弹簧常数略高于静态扭转弹簧常数，但WS2NT的动态κ明显大于其静态κ。常数之间的这些差异可能源于速度依赖性壳间摩擦，但需要进一步研究以充分了解这种感兴趣的行为。也在真空条件下测量了各种NT的谐振频谱。认为，尽管由于空气阻尼降低而观察到所有NT的品质因数的预期增加，但尚未达到使得能够观察NT的真实本征行为的足够真空水平。未来在更高真空下的实验将为金属硫属化物纳米管的扭转机械性质提供更准确的值。然而，现有数据提供了它们独特的扭转谐振特性的重要评估，表明金属硫属元素化物纳米管具有比碳纳米管更高的谐振频率和品质因数，从而证明了金属硫属元素化物纳米管作为功能性NEMS装置的结构单元的巨大潜力。WS2NT和BCNNT(BCNNT＝硼碳氮化物纳米管)的扭转运动期间的机电耦合原则上使得能够实现扭转运动的电检测，进一步促进了金属硫属元素化物纳米管作为NEMS的结构单元的潜力。
应注意，在一些实施方式中，装置包含踏板，并且在其它实施方式中，装置不包含踏板。在包含踏板的装置中，踏板不仅用于分析机电偏移，而且在一些实施方式中是装置的一部分。踏板提供了具有惯性行为并调制谐振频率的质量。在装置不包含踏板的实施方式中，启用其它谐振机电功能。例如，本发明的实施方式包括作为弦(string)的基于纳米管的振动装置。根据该方面并且在一个实施方式中，悬置在基板上方的纳米管部分位于两个锚固部或焊盘之间，不包含附着于纳米管的任何附加结构。
在一个实施方式中，本发明提供了一种包含无机纳米管的谐振器。在一个实施方式中，本发明提供了一种包含无机纳米管的机电谐振器。在一个实施方式中，本发明提供了一种包含无机纳米管的谐振器，其中所述谐振器是电激活的。在一个实施方式中，本发明的装置的电激活产生机械响应。在一个实施方式中，本发明的装置的电激活产生谐振响应。在一个实施方式中，在某个谐振频率下的电激活，引起纳米管旋转或振动。在一个实施方式中，在某个谐振频率下的电激活，引起纳米管旋转或振动，使得旋转/振动可检测。在一个实施方式中，在某个谐振频率下的电激活，引起纳米管旋转或振动，使得旋转/振动用于进一步激活其它装置/系统。在一个实施方式中，本发明的装置中纳米管的运动引起电响应。在一个实施方式中，检测或记录电响应。在一个实施方式中，电响应用于激活其它装置/系统。上文描述的装置进一步如下文所述进行表征。
术语“纳米结构”意指包括具有至少一维在纳米范围内(即，根据某些实施方式在0.1nm和100nm之间或0.1nm和500nm之间或在0.1nm和999nm之间)的任何三维结构。根据本发明，纳米管形式的纳米结构包括至少一种通式为MpXq的金属-硫属元素化物化合物的卷制片材，其中M是金属、X是硫属元素化物原子(离子)、并且p和q是0和3之间的任何数字。在一个实施方式中，p、q或其组合是整数。在一个实施方式中，纳米管(NT)是如上文所述的纳米结构，以的管形式。
根据其它实施方式，以纳米管形式的纳米结构包含通式M1p1M2p2X1q1X2q2的至少一种金属-硫属元素化物化合物的卷制片材，其中M1是第一金属，M2是第二金属，X1是第一硫属元素化物和X2是第二硫属元素化物原子(离子)，并且p和q在0和3之间。在一个实施方式中，p1、p2、q1、q2或其组合是整数。在一些实施方式中，p1、p2、q1、q2或其组合不是整数。在一个实施方式中，P1为零，并且p2、q1和q2不为零。在一个实施方式中，q1为零，并且p1、p2和q2不为零。在一个实施方式中，金属-硫属元素化物化合物包含一种金属和一种硫属元素化物。在一个实施方式中，金属-硫属元素化物化合物包含两种金属和一种硫属元素化物。在一个实施方式中，金属-硫属元素化物化合物包含一种金属和两种硫属元素化物。在一个实施方式中，金属-硫属元素化物化合物包含两种金属和两种硫属元素化物。
以上描述的是制备本发明纳米管的可能的金属硫属元素化物的例子。应注意，任何金属-硫属元素化物组合物都包括在本发明的纳米管中，包括包含仅一种金属(例如仅W)和仅一种硫属元素化物(例如仅S)的金属硫属元素化物、包含多于一种金属和仅一种硫属元素化物的金属硫属元素化物、包含仅一种金属和多于一种硫属元素化物的金属硫属元素化物、包含多于一种金属和多于一种硫属元素化物的金属硫属元素化物。如上文所述的纳米管的组合可用于其中使用多于一种纳米管的装置中。在一个具体实施方式中，纳米管具有式MXn，其中M是金属，X是硫属元素化物，n范围在0和3之间。在另一个具体实施方式中，纳米管具有式MXn，其中M是金属，X是硫属元素化物，n是值为1、2或3的整数。
在一些实施方式中，纳米结构选自纳米管、纳米卷、纳米笼或其任何组合。
术语金属-硫属元素化物纳米管意在涵盖包含金属-硫属元素化物化合物(在一些实施方式中不由碳原子组成)的纳米管。纳米管由二维片材(即金属-硫属元素化物化合物的片材)形成，片材被卷起以形成管。片材内的原子被强化学键保持。
在一个实施方式中，无机纳米管(INT)是指不包含碳的纳米管。在一个实施方式中，术语‘无机纳米管’不包括碳纳米管。在一个实施方式中，无机纳米管仅由无机元素组成，不包括碳。
本发明的纳米管在一个实施方式中可以是单壁的。在一些实施方式中，本发明的纳米管是多壁纳米管。在本发明的一些装置中，单壁纳米管和多壁纳米管二者都存在。在一些实施方式中，纳米管是包含一层材料的单壁封闭管。在一个实施方式中，多壁纳米管包括多于一个封闭的中空管，其中较小直径的管定位在较大直径的管内。在其它实施方式中，管是盘旋管。在一个实施方式中，管是螺旋管。
在一些实施方式中，本发明的装置是谐振器。在一些实施方式中，本发明的机电装置是谐振器。
在如上文所述的式MXn的本发明金属硫属元素化物中，在一些实施方式中，M是任何金属。在一些实施方式中，金属M可以是碱金属、碱土金属、过渡金属或半金属。
在一些实施方式中，金属M选自Li、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu、Ca、Sr、Ba、Sn、Pb、Sb、Bi、稀土、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Nb、Ta、W和Mo、Re、Zr、Hf、Pt、Ru、Rh、In、Ga和合金例如WMo、TiW、WzMo1-z。在一些实施方式中，这些金属存在于如上文所述的式M1p1M2p2X1q1X2q2的本发明金属硫属元素化物中。
在一些实施方式中，金属硫属元素化物(X)或(X1)/(X2)选自S、Se、Te。
在一些实施方式中，纳米管的直径范围在1nm和999nm之间或在1nm和990nm之间或在1nm和900nm之间。在一些实施方式中，纳米管的直径范围在10nm和999nm之间或10nm和990nm之间或10nm和900nm之间。在一些实施方式中，纳米管的直径范围在20和600nm之间，在20nm和500nm之间，在20和400nm之间，在20和350nm之间，在20和300nm之间，在20和250nm之间，在20和200nm之间，在20和150nm之间，或甚至在20和100nm之间。在一些实施方式中，管状纳米结构的直径在约25nm和约500nm之间，在约50nm和约500nm之间，在约100nm和约500nm之间，在约150nm和约500nm之间，在约200nm和约500nm之间，在约250nm和约500nm之间，或甚至在约300nm和约500nm之间。在另一个实施方式中，管状纳米结构的直径在约25nm和约400nm之间，在约50nm和约350nm之间，或在约100nm和约250nm之间。
纳米卷是线状结构，其中金属-硫属元素化物材料层是成卷的，并且其中线状卷的直径在纳米范围内。在一些实施方式中，纳米卷不包含中空中心。在其它实施方式中，纳米卷包含中空中心。在本发明的实施方式中，当提及纳米管时，同样的实施方式适用于纳米卷。
在包含2-D卷制材料层的多壁纳米管中，在一个实施方式中层数范围在2-10之间，或在一些实施方式中在2-20之间。
对于包含各自形成为封闭管的层的纳米管而言，纳米管的横截面呈现出2-10或2-20个一个套另一个的同心圆。
在如上文所述的(多壁)纳米卷中，层数可以从内层或从卷的横截面的中心开始、向外直至最外层进行计数。
在一些实施方式中，本发明的纳米管或纳米卷是有涂层的。在一个实施方式中，涂层包含无机材料。在一个实施方式中，涂层包含有机材料。
在一些实施方式中，本发明的机电装置/谐振器与光致动/感测相结合。在一些实施方式中，本发明的机电装置与磁致动/感测相结合。在一些实施方式中，本发明的机电装置与电致动/感测相结合。在一个实施方式中，本发明的机电装置用作感测化学/生物材料的存在的传感器。在一个实施方式中，感测的材料是水。在一个实施方式中，基于本发明装置的传感器/检测器包括湿度传感器(水传感器)、材料检测器、化学传感器/检测器、生物传感器/检测器、密度检测器、地质检测器。在一个实施方式中，本发明的机电装置用作评价化学/生物材料的反应动力学的传感器。
在一个实施方式中，本发明的装置中焊盘之间的间隔(距离)在10nm和100nm之间，或在10nm和200nm之间，或在10nm和10μm之间，或在10nm和500nm之间，或在100nm和1000nm之间，或在1μm和10μm之间，或在1μm和5μm之间，或在10nm和10μm之间，或在10nm和100μm之间。
在一个实施方式中，本发明的纳米管的长度范围在100nm和100μm之间，或在10nm和100nm之间，或在1μm和10μm之间，或在1μm和100μm之间，或在100nm和1000nm之间。在一个实施方式中，纳米管的长度范围在20nm和100nm之间或在20nm和1000nm之间或在10nm和200μm之间。
硫属元素化物是由至少一种硫属元素阴离子和至少一种阳离子组成的化合物。硫属元素化物阴离子由周期表第16族的原子形成。金属硫属元素化物是包含金属阳离子和硫属元素化物阴离子的化合物。在一些实施方式中，术语“硫属元素化物”仅指阴离子，而在其它实施方式中，术语“硫属元素化物”是指包含硫属元素化物阴离子和金属阳离子的化合物。
在一些实施方式中，本发明的装置的制造涉及一种或多种以下方法：从溶液沉积(例如，电沉积或无电沉积，饱和，离心)、气相沉积/蒸发法例如PVD、CVD、电子束蒸发或电阻加热蒸发。在一些实施方式中，用于形成本发明装置的部分的方法包括利用可移动尖端和表面例如STM、AFM的方法或与STM和AFM装置和系统有关的方法。在一个实施方式中，本发明的结构利用原子/分子从溶液或从气相自组装到表面上。在一个实施方式中，涉及各种曝光参数的电子束光刻用于在本发明的装置中形成结构。在一个实施方式中，涉及冲压、模塑、软光刻、UV和电子束光刻的方法以及相关方法用于在本发明的装置中图案化/形成结构和部件。涉及湿法蚀刻、干法蚀刻、抗蚀剂施加和剥离、旋涂、滴铸的方法和相关方法可用于在本发明的装置中图案化/形成部件和结构。来自上述技术的技术组合可用于构造本发明的装置。如本领域技术人员所知，任何其它方法可用于形成本发明的结构。
掺杂
在一个实施方式中，纳米管/纳米卷是掺杂的。在一个实施方式中，掺杂剂材料是非金属。根据该方面并且在一个实施方式中，纳米管/纳米卷中的掺杂剂是氢、氧、氟或钠。以中性原子或离子形式的任何其它元素均可在本发明的实施方式中用作掺杂剂。
在另一个实施方式中，掺杂剂是金属。根据该方面并且在一个实施方式中，掺杂的金属-硫属元素化物纳米管的一般结构式是A(1-x)-Bx-硫属元素化物。原子(离子)B并入A-硫属元素化物的晶格中，根据A和B的性质以及并入的B的量(即A-B-硫属元素化物晶格中x的值)改变其特性。在一些实施方式中，Bx并入A-硫属元素化物的晶格中产生电子性质的改变，导致形成高导电性半导体或甚至导致从先前已知的半导体(即所选择的A-硫属元素化物)获得金属纳米管和金属样纳米管。
因此，在一些实施方式中，本发明的纳米管/纳米卷包含式A(1-x)-Bx-硫属元素化物的无机金属-硫属元素化物纳米管，其中A是金属/过渡金属或这种金属/过渡金属的合金，B是金属或过渡金属，并且x小于或等于0.3，条件是A≠B。
金属A可以是选自下列的金属或过渡金属或者金属或过渡金属的合金：Mo、W、Re、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Pt、Ru、Rh、In、Ga和合金如WMo、TiW、WzMo1-z。在其它实施方式中，金属A选自形成金属-硫属元素化物纳米管的任何金属或任何金属合金。
在一些实施方式中，金属B选自下列：Si、Nb、Ta、W、Mo、Sc、Y、La、Hf、Ir、Mn、Ru、Re、Os、V、Au、Rh、Pd、Cr、Co、Fe、Ni和合金如WzMo1-z。
在纳米管内，B和/或B-硫属元素化物并入A-硫属元素化物内。在一些实施方式中，硫属化物选自S、Se、Te。例如，本发明的纳米管可以是Mo1-xNbxS2、Mo(W)1-xRexS2、或可包含WMoS2、WMoSe2、TiWS2、TiWSe2的合金或由所述合金(其中Nb或Re掺杂在其中)组成。在本发明的合金内，以WMo、TiW为例，W和Mo或Ti和W之间的比率可以是一种金属或过渡金属的0.65-0.75和另一种金属或过渡金属的0.25-0.35，例如W0.7Mo0.29Nb0.01S2(以Nb掺杂剂的百分比给出)。在其它实施方式中，金属B选自可用作金属硫属元素化物纳米管中的掺杂剂的任何金属。
并入是指B和/或B-硫属元素化物在A-硫属元素化物晶格内均匀掺杂或合金化。B和/或B-硫属元素化物取代晶格内的A原子。这样的取代可以是连续或交替取代。
在一个实施方式中，掺杂剂的浓度范围在纳米管总金属含量的0.1％和40％之间。在一个实施方式中，在A(1-x)-Bx-硫属元素化物式中，x小于0.01。在一个实施方式中，x小于0.005。在一个实施方式中，x在0.005和0.01之间。
在一个实施方式中，掺杂剂在纳米管总金属含量的0.0001％和10％之间。在一个实施方式中，硫属元素化物选自S、Se和Te。在一个实施方式中，纳米管包含选自下列的材料或由下列材料组成：Mo1-xNbxS2、Mo1-xNbxSe2、W1-xTaxS2、W1-xTaxSe2、MoxWyNb1-x-yS2、MoxWyNb1-x- ySe2、Re1-xWxS2、Ti1-xScxS2、Zr1-xYxS2、Hf1-xLaxS2、Ta1-xHfxS2、Pt1-xIrxS2、Ru1-xMnxS2、Rh1-xRuxS2、Mo1-xRexS2、W1-xRexS2、Re1-xOsxS2、Ti1-xVxS2、Zr1-xNbxS2、Hf1-xTaxS2、Ta1-xWxS2、Pt1-xAuxS2、Ru1- xRhxS2、Rh1-xPdxS2；其中0.0001<x<0.5并且0.0001<y<0.5或其中0.0001<x<0.9999并且0.0001<y<0.9999，或其中0.0001<x<0.5或其中0.0001<x<0.9999或其中0.0001<x<1.9999或其中0.0001<x<1.9999并且0.0001<y<1.9999。
一种化合物中的硫属元素化物的混合物也是如上文所述的本发明的实施方式。根据该方面并且在一个实施方式中，纳米管包含WS2-xSeX、Mo1-xWxS2-ySey、WS2-x-ySexTey等或由其组成。
在一个实施方式中，本发明的金属硫属元素化物纳米管包含失配化合物。在一个实施方式中，金属硫属元素化物纳米管包含Bi2Se3或由其组成。
机电装置是其中电能转化为机械能或反之的装置。例如，在机电装置中，响应电刺激而产生运动。
在本发明的实施方式中，踏板是附着于纳米管的一块材料并用于检测纳米管响应电刺激的机械性质(例如，运动/旋转/弯曲/振荡)。在本发明的实施方式中，踏板更改、启动、平衡、增强、降低、转移、吸收、表现、感测、检测和/或控制本发明的装置中由纳米管执行的机械动作。
在一个实施方式中，纳米管不包含碳纳米管。在一个实施方式中，纳米管不包含碳。在一个实施方式中，本发明的装置不包含碳纳米管。
临界点干燥(CPD)是一种方法，其涉及通过用超临界液态CO2冲洗来干燥样品且不会遭受溶剂表面张力的破坏作用，液态CO2在没有液-气界面下顺利地从液态变为气态。
在一个实施方式中，本发明的装置中的纳米管不包含碳纳米管。在一个实施方式中，本发明的装置中的纳米管不包含碳。
本发明的谐振器
在一个实施方式中，本发明提供了一种包含至少一种金属-硫属元素化物纳米管的机电谐振器。在一个实施方式中，装置包含一种纳米管。在一个实施方式中，装置包含多于一种纳米管。在一个实施方式中，本发明提供了包含一个或多个本发明的装置/谐振器的系统或设备。根据该方面并且在一个实施方式中，本发明的系统和设备在一个实施方式中包含一种纳米管，或在其它实施方式中多于一种纳米管。在一个实施方式中，本发明的系统和设备还包含探针、监测器、控制器、测量装置、计算机化元件、电触点、光学仪器、电流/电压发生器、减震器、电气元件、光学元件和能够实现/便于本发明的机电装置、系统和设备的操作和功能的其它元件。在一个实施方式中，装置是微机电装置(MEM)、纳机电装置(NEM)或其组合。
在一个实施方式中，金属硫属元素化物纳米管包含WS2、MoS2、WSe2、MoSe2。在一个实施方式中，金属硫属元素化物纳米管包含Mo1-xNbxS2、Mo1-xNbxSe2、W1-xTaxS2、W1-xTaxSe2、MoxWyNb1-x-yS2、MoxWyNb1-x-ySe2、Re1-xWxS2、Ti1-xScxS2、Zr1-xYxS2、Hf1-xLaxS2、Ta1-xHfxS2、Pt1- xIrxS2、Ru1-xMnxS2、Rh1-xRuxS2、Mo1-xRexS2、W1-xRexS2、Re1-xOsxS2、Ti1-xVxS2、Zr1-xNbxS2、Hf1- xTaxS2、Ta1-xWxS2、Pt1-xAuxS2、Ru1-xRhxS2、Rh1-xPdxS2、WS2-xSeX、Mo1-xWxS2-ySey、WS2-x-ySexTey。在一个实施方式中，纳米管被另一种材料掺杂。在一个实施方式中，纳米管被金属掺杂。在一个实施方式中，金属是Nb或Re。在一个实施方式中，掺杂材料包含氢、氧、氟或钠。
在一个实施方式中，本发明的机电装置选自由下列组成的组：谐振器、陀螺仪、加速度计、质量传感器、磁力计、移动镜。
在一个实施方式中，纳米管的直径范围在1nm和1000nm之间。在一个实施方式中，纳米管的直径范围在1nm和100nm之间。在一个实施方式中，纳米管的直径范围在1nm和10nm之间或在10nm和50nm之间或在50nm和250nm之间或在250nm和500nm之间或在500nm和1μm之间。
在一个实施方式中，对于单一纳米管，纳米管是单壁或多壁纳米管。在一个实施方式中，对于多于一种纳米管，纳米管是单壁的、多壁的或其组合。在一个实施方式中，纳米管是至少部分中空的。在一个实施方式中，纳米管不是中空的。
在一个实施方式中，本发明的装置/谐振器还包含：
●基板；
●至少第一焊盘和第二焊盘；
●电触点。
在一个实施方式中，纳米管的第一区域与第一焊盘接触，并且纳米管的第二区域与第二焊盘接触。在一个实施方式中，第一焊盘和第二焊盘各自与基板接触。在一个实施方式中，基板是有涂层的。在一个实施方式中，基板包含Si并且涂层包含SiO2。在一个实施方式中，基板是掺杂的Si。在一个实施方式中，基板是导电的。在一个实施方式中，基板上的涂层是电绝缘的。
在一个实施方式中，所述纳米管的至少一部分悬置在表面上方。在一个实施方式中，纳米管的悬置部分位于两个焊盘之间。在一个实施方式中，纳米管的悬置部分桥接在两个焊盘之间并悬置在基板的表面上方(或有涂层基板的上方)。在一个实施方式中，电触点与焊盘连接。在一个实施方式中，至少一个电触点与每个焊盘连接。在一个实施方式中，电触点将焊盘与电子仪器、测量仪器、向焊盘施加电流/电压的仪器或其组合连接。在一个实施方式中，基板是具有低电阻的材料。在一个实施方式中，电触点与基板连接。在一个实施方式中，与基板连接的电触点，将基板与电子仪器、测量仪器、向基板施加电流/电压的仪器或其组合连接。
在一个实施方式中，装置还包含踏板。在一个实施方式中，踏板与纳米管接触。在一个实施方式中，踏板具有长方形形状并且附着于纳米管，使得长方形的较长维度垂直于纳米管的较长维度定位。在一个实施方式中，长方形焊盘相对于纳米管不对称地定位。在一个实施方式中，纳米管悬置在基板上方。在一个实施方式中，装置还包括电子仪器或与电子仪器连接。在一个实施方式中，仪器包括网络分析仪、示波器、锁定放大器、频谱分析仪、RF信号发生器、电源、AC发电机、DC发电机、信号发生器、脉冲发生器、函数发生器、波形发生器、数字模式发生器、频率发生器或其组合。在一个实施方式中，施加于装置的电压在纳米管中产生机械响应。
在一个实施方式中，装置还包括电子元件。
在一个实施方式中，焊盘和基板通过电触点与网络分析仪(或上文提供的名单中的任何其它仪器)连接，并且网络分析仪(或上文提供的名单中的任何其它仪器)利用电触点在焊盘之间和基板之间施加电压。
在一个实施方式中，施加的电压在所述纳米管中产生机械响应。在一个实施方式中，施加的电压包括DC电压和AC电压。在一个实施方式中，装置的Q因数范围在1和1000000之间。在一个实施方式中，装置的Q因数范围在1和100之间。在一个实施方式中，装置的Q因数范围在100和1000之间。在一个实施方式中，装置的Q因数范围在1000和1000000之间。在一个实施方式中，装置的Q因数范围在1和5之间。
在一个实施方式中，装置/谐振器还包括在基板上制造的电极。根据该方面并且在一个实施方式中，通过将焊盘与电压发生器的一个极连接，并将基板上的电极与电压发生器的另一个极连接，来向装置施加电压。根据该方面并且在一个实施方式中，代替将绝缘涂层下面的基板与电压发生器连接，将电极与电压发生器连接。在一个实施方式中，这样的连接允许在电极和焊盘之间产生电压，使得纳米管将表现出机械响应。根据该方面并且在一个实施方式中，电极通过电触点与电压发生器(或与如本文所述的任何其它电压源)连接。
制造方法
在一个实施方式中，本发明提供了一种制造机电装置的方法，所述方法包括：
●提供基板；
●将至少第一焊盘和第二焊盘施加到所述基板上，使得所述焊盘不互相接触；
●将至少一种金属-硫属元素化物纳米管施加到所述焊盘上，使得所述纳米管的第一区域与所述第一焊盘接触并且所述纳米管的第二区域与所述第二焊盘接触；
●去除所述纳米管下面的基板表面层，从而使所述纳米管悬置在所述基板上方。
在一个实施方式中，基板包含被SiO2涂覆的Si。在一个实施方式中，去除基板表面层包括去除基板的涂层。在一个实施方式中，去除基板表面层是指去除基板的SiO2涂层。根据该方面并且在一个实施方式中，有涂层的基板被称为“基板”。根据该方面，涂层是基板的一部分。在其它实施方式中，基板上的涂层被称为涂层或涂覆层，它不包括基板。
在一个实施方式中，焊盘包含被金层涂覆的铬层。在一个实施方式中，施加焊盘的步骤包括光刻和金属沉积。在一个实施方式中，施加至少一个金属-硫属元素化物纳米管的步骤包括干法分散所述纳米管。在一个实施方式中，去除纳米管下面的基板表面层的步骤包括使用氢氟酸(HF)蚀刻基板层。在一个实施方式中，蚀刻之后进行临界点干燥(CPD)。其它蚀刻技术和其它蚀刻材料可用于蚀刻本发明的基板。可以使用较长或较短的蚀刻时间来控制本发明的基板/有涂层基板的蚀刻轮廓/蚀刻深度。可以修改其它蚀刻参数，例如蚀刻材料、蚀刻温度和蚀刻剂溶液浓度以控制蚀刻过程。这样的修改是技术人员已知的。
在一个实施方式中，方法还包括在基板上制造电极。在一个实施方式中，可以使用光刻来制造电极。可以利用任何其它已知的制造技术在基板上制造电极。可以在制造焊盘之前或之后制造电极。在一些实施方式中，可以在将纳米管施加到焊盘上之前或之后制造电极。在本发明的实施方式中，可以根据需要在基板上制造多于一个电极。
操作方法
在一个实施方式中，本发明提供了一种操作电化学装置/谐振器的方法，方法包括：
○提供装置，所述装置包括：
●至少一种金属硫属元素化物纳米管；
●基板；
●可选的在所述基板上制造的电极；
●在所述基板上组装的至少第一焊盘和第二焊盘；
●与所述第一焊盘和第二焊盘连接、可选地与所述基板和/或可选地与所述电极连接的电触点；
其中所述金属-硫属元素化物纳米管的第一区域与所述第一焊盘接触并且所述纳米管的第二区域与所述第二焊盘接触，并且其中所述纳米管的第三区域悬置在所述基板上方；
○在所述焊盘和所述基板之间或所述焊盘和所述电极之间施加电压，使得所述电压产生所述金属硫属元素化物纳米管的机械响应。
在一个实施方式中，谐振器被DC电压激活。在一个实施方式中，谐振器被AC电压激活。在一个实施方式中，谐振器被DC和AC电压的组合激活。在一个实施方式中，谐振器被RF信号发生器激活。在一个实施方式中，谐振器被函数发生器激活。在一个实施方式中，谐振器的激活使用下列仪器中的一种或多种进行：网络分析仪、示波器、锁定放大器、频谱分析仪、RF信号发生器、AC发电机、DC发电机、信号发生器、脉冲发生器、电源、函数发生器、波形发生器、数字模式发生器、频率发生器，或其组合。在一个实施方式中，施加于装置的电压使用上文所述的仪器中的任何一种或多种施加。
在一个实施方式中，检测装置的机械响应。在一个实施方式中，光学检测装置的机械响应。在一个实施方式中，电检测装置的机械响应。在一个实施方式中，装置的机械响应包括在某个频率或某些频率下的谐振。在一个实施方式中，如上文所述检测装置的谐振频率。在一个实施方式中，该装置的谐振行为用于产生信号。
在一个实施方式中，如上所述，通过测量无机纳米管对机械变形的电响应来电检测装置的机械响应。
在一个实施方式中，通过激光多普勒振动计、激光干涉仪、光学显微镜、或本领域已知的其它方法进行机械响应的光学检测。在一些实施方式中，使用锁定放大器、网络分析仪、频谱分析仪、和/或使用任何通用电路进行电检测。在上文中描述的用于向谐振器施加电压的一些电气仪器可在本发明的实施方式中用于检测纳米管的机械响应。
在一个实施方式中，如上文所述，通过测量无机纳米管对机械变形的电响应来电检测装置的机械响应。
在一个实施方式中，检测机械响应通过测量在变形时纳米管的电导变化来进行。
在一个实施方式中，检测机械响应通过测量在变形时谐振器的电容变化来进行。(纳米管和基板之间、或纳米管和电极之间的电容随着纳米管移动而变化)。
在一个实施方式中，基板是有涂层的。在一个实施方式中，有涂层的基板包含硅并且所述涂层包含氧化硅。
在一个实施方式中，悬置在基板上方的纳米管区域位于第一焊盘和第二焊盘之间。在一个实施方式中，悬置在基板上方的纳米管的至少一个区域位于第一焊盘和第二焊盘之间。
在一个实施方式中，机械响应包括扭转、面内旋转、面内弯曲、异相弯曲或其组合。
在一个实施方式中，机电装置用作导航小型无人驾驶飞行器(UAV)的陀螺仪、化学传感器、或生物传感器。在一个实施方式中，装置还包括踏板，踏板与悬置的纳米管接触，使得踏板悬置在所述基板上方。图1d示出了装置的一个实施方式，其中踏板和纳米管悬置在基板上方。
在一个实施方式中，踏板具有长方形形状并且附着于所述纳米管，使得所述长方形的较长维度基本垂直于所述纳米管的较长维度定位。在一个实施方式中，长方形焊盘相对于所述纳米管对称地定位。在一个实施方式中，长方形焊盘相对于所述纳米管不对称地定位。在一个实施方式中，对称和不对称是指踏板相对于纳米管的较长维度的取向。例如，在对称取向中，在纳米管一侧的踏板部分具有与在纳米管另一侧的踏板部分相同的形状和尺寸。在一些实施方式中，在不对称取向中，在纳米管一侧的踏板部分小于或大于在纳米管另一侧的踏板部分。在一些实施方式中，这种不对称性导致某些机电性质不同于其中踏板相对于纳米管对称取向的装置的机电性质。
在一个实施方式中，踏板的较长维度相对于纳米管的较长维度的垂直或基本垂直的取向意味着相对于纳米管的较长维度成90度的角度，或成85度至95度、80度至100度、或70度至110度之间的任何角度。踏板相对于纳米管的其它成角度取向用于本发明的实施方式中。在一些实施方式中，踏板具有非长方形的形状。其它踏板形状和相对于纳米管的其它踏板取向在本发明的实施方式中是可能的。例如，本发明的实施方式中使用了圆或圆形的踏板、泪滴形、线形、椭圆形或完全不对称的踏板几何形状。对于所使用的每种踏板形状，相对于纳米管的长维度的任何不对称取向都包括在本发明的实施方式中。在本发明的实施方式中，存在于纳米管一侧的踏板部分的尺寸不同于存在于踏板另一侧的踏板部分的尺寸。踏板尺寸也可以针对本发明装置的各种应用进行修改和匹配。
在一个实施方式中，施加电压包括施加AC电压、或AC电压和DC电压的组合。在一个实施方式中，AC电压的频率在RF范围内。
在一个实施方式中，操作装置的方法还包括检测纳米管的机械响应。在一个实施方式中，响应是光学检测的。在一个实施方式中，响应是电检测的。在一个实施方式中，电检测包括电导率测量。在一个实施方式中，电检测包括电容测量。
在一个实施方式中，本发明的装置包括机电谐振器。在一个实施方式中，本发明的装置是机电谐振器。在一个实施方式中，本发明的谐振器是装置。在一个实施方式中，装置是机电装置。在一个实施方式中，本发明的谐振器包括机电装置。在一个实施方式中，谐振器的描述是指装置的描述。
术语RF、AC和DC是本领域中已知的电子术语。
在一个实施方式中，纳米管的一部分悬置在基板上方。在一个实施方式中，悬置在基板上方的纳米管是指纳米管的一部分悬置在基板上方，而纳米管的至少两个锚固部分附着于焊盘(各部分附着于单独的焊盘)，使得纳米管的悬置部分位于附着于焊盘的两个纳米管部分之间。
在一个实施方式中，本发明的谐振器的谐振频率范围在15MHz和24MHz之间。在一个实施方式中，本发明的谐振器的谐振频率范围在10MHz和30MHz之间。在一个实施方式中，本发明的谐振器的谐振频率范围在7MHz和30MHz之间或7MHz和50MHz之间。在一个实施方式中，谐振频率是扭转谐振频率。在一个实施方式中，谐振频率在MHz范围内。在一个实施方式中，谐振频率在KHz范围内。
在一个实施方式中，向谐振器施加电压以激活谐振器。在一个实施方式中，使用RF发生器向谐振器施加电压。在一个实施方式中，使用AC发电机向装置/谐振器施加电压。在一个实施方式中，所施加的AC电压的频率在RF(射频)范围内。在一个实施方式中，施加的电压频率在MHz范围内。
在本发明的实施方式中，自感测是指激活装置和检测装置的响应是使用相同或类似的技术、或通过相同的设备、或根据相同或相似的原理、或通过使用相同或相似的物理性质/参数来完成的。
在一个实施方式中，“一”、“一个”是指至少一个。在一个实施方式中，短语“两个或更多”可以是将适合特定目的的任何值。在一个实施方式中，“约”或“近似”或“基本上”可包括与所指示项偏差+1％，或在一些实施方式中，-1％，或在一些实施方式中，±2.5％，或在一些实施方式中，±5％，或在一些实施方式中，±7.5％，或在一些实施方式中，±10％，或在一些实施方式中，±15％，或在一些实施方式中，±20％，或在一些实施方式中，±25％。
实施例
实施例1
纳米管的谐振频谱
图2示出了基于CNT、基于BNNT和基于WS2NT的扭转谐振器在大气压下的代表性谐振频谱。通过将结果针对经典驱动阻尼振荡器(等式1)进行拟合，为频谱中的每个峰提取谐振频率和品质因数，其中θmax是踏板的振幅，κ是扭转弹簧常数，τ0是踏板上的最大静电扭矩，ν是驱动频率，ν0是自然谐振频率其中I是踏板质量惯性矩，以及Q是品质因数。所有基于CNT、基于BNNT和基于WS2NT的谐振器的结果分别总结在表3、表4和表5中。总共测量了25个装置：11个CNT、9个BNNT和5个WS2NT。虽然基于CNT的谐振器在测量的频率范围内呈现出2-5个峰，但WS2NT呈现出1-2个峰，而BNNT仅显示出一个清晰的峰。
实施例2
有限元分析
为了将不同的峰分配给它们相应的振荡模式，特别是为了鉴定扭转模式，已经进行了使用COMSOLMULTIPHYSICSTM的有限元分析(FEA)。通过网格的细化验证了我们的FEA模拟的数值收敛。已经进行了各种包含在这些系统中可能存在的宽范围参数的模拟，即：(i)在5.8和88.4nm之间的NT直径；(ii)在170GPa(对于WS2NT)和0.8-1.2TPa(对于CNT和BNNT)之间的杨氏模量；(iii)在0和0.3之间的泊松比；(iv)在1380kg/m3(对于BNNT)和7730kg/m3(WS2的体积密度)之间的密度；和(v)范围从中空圆柱体的极端情况(仅最外壳承载负荷)到实心棒的另一极端情况(所有壳耦合)的壳间耦合的程度。在所有这些模拟中，最低频率的自然(本征)模式始终是扭转，其次是与其它模式(面内旋转、面内弯曲和面外弯曲)相关的明显更高的频率。在该详细分析之后，所有我们测量的频谱的第一个峰(即最低频率)可以安全地分配给基于纳米管的谐振器的扭转模式。图3示出了针对谐振频谱描绘在图2a中的谐振器的这种分析的示例。将FEA模拟与实验进行比较，可以看出扭转模式与中空圆柱体的情况一致，而面内和面外弯曲模式与实心棒的情况一致。该结果符合MWCNT的扭转行为，已知MWCNT仅涉及纳米管的外壳，并且符合弯曲运动将必须涉及所有的壳的直观假设。测量的峰位置和计算的谐振频率之间的差异可以用模型的简化来解释，该模型没有考虑纳米管的内部结构的复杂性及其各向异性，以及在制造过程期间出现的缺陷和不足。此外，指定为“扭转”的简正模式实际上含有弯曲运动的小分量，同样，指定为“面外”的简正模式实际上含有扭转运动的小分量，每个模式具有来自所有壁(实心棒情况)或仅来自外壁(中空圆柱体情况)的不同贡献。原则上，实验设置不是设计用于致动也不是检测面内运动，因此理想情况下预期这些模式不出现在频谱中。尽管如此，由于谐振器相对于激光束的未对准以及踏板相对于纳米管的偏移，x-y-z串扰和寄生致动预期将达到一定程度。这可以解释频谱中出现面内弯曲模式而不存在面内旋转模式。
基于BNNT和基于WS2NT的扭转谐振器的FEA模拟在性质上类似于CNT(图3)，并且分别总结在图7和图8中。将基于BNNT的谐振器的测量谐振频率与模拟进行的比较表明，BNNT的谐振扭转运动是在实心棒情况和中空圆柱体情况之间的中间情况，即在扭转运动期间存在一定程度的壳间耦合。基于WS2NT的谐振器的FEA模拟似乎指出了矛盾：测量的扭转谐振频率看起来高于实心棒的极端情况，似乎一起扭动的壳的数量大于纳米管中现有壳的数量。这种矛盾可能与用于模拟的杨氏模量是最广泛接受的值(170GPa)，但已知WS2NT的杨氏模量表现出很大的变化(介于～15GPa和～615GPa之间)的事实有关。
实施例3
扭转谐振频谱的比较
图4a示出了得自每种材料的典型扭转装置在大气压和真空下的扭转谐振频谱的比较(括号中的值表示在真空中测量的值)。比较所有测量的扭转谐振器的扭转谐振频谱，WS2NT表现出最高的平均扭转谐振频率(19.7±4.1MHz)，其次是BNNT(5.21±1.57MHz)和CNT(1.26±0.43MHz)。同样的趋势也适用于平均品质因数：WS2NT为86±30，BNNT为28±4，以及CNT为15±9。注意，图4a的插图中的数值是某些装置的结果，因此不同于上文提到的平均值。动态κ，即使用关系式从在空气中测量的谐振频谱提取的扭转弹簧常数，在图4b中作为纳米管直径d的函数绘图(对于我们的装置，有效κ考虑了悬置纳米管的两个区段，它们同时沿相反的方向扭动)。WS2NT表现出最高的动态κ，其次是BNNT和CNT。这种趋势与κ对纳米管直径的预期强依赖性一致(假如是实心棒的情况～d4，假如是中空圆柱体的情况～d3)。因此，在直径方面κ的幂律可以提供壳间耦合的量度：如果壳更加耦合，它应该更接近4，如果只有最外壳承受扭转载荷，则更接近3。可以看出，BNNT表现出幂律为～d3.6，提示壳间耦合比CNTs(～d2.2)更显著。BNNT的幂律与通过FEA模拟揭露的两种极端情况之间的中间情况一致。WS2NT不能拟合到任何这样的幂律，可能是由于构成谐振器的各个纳米管之间在壳间耦合方面的高度变化和在前面提到的它们的杨氏模量方面的大幅变化。
图4c示出了在大气压下测量的品质因数随动态扭转弹簧常数而增加。这种关系可归因于空气阻力的主要作用。当如在环境条件下一样，粘滞损失(即空气阻尼)是主要的能量消散机制时，则其中κ是动态扭转弹簧常数，I是踏板质量惯性矩，b是由空气摩擦引起的阻尼系数。质量惯性矩主要取决于踏板的几何形状和密度，因为纳米管材料和直径的影响可忽略不计，因此所有谐振器的I应该非常相似(由于纳米加工不准确而使踏板位置相对于纳米管偏移的小差异除外)。基于CNT和基于BNNT的谐振器的计算挤压数(squeezenumber)分别为0.04和0.15(参见实施例9)，表明对于这些谐振器，系统的阻尼系数b预计主要由纯粹的阻力阻尼贡献(由远离其它表面的流体中的移动物体引起的阻力)，与挤压膜阻尼相反(通过挤压约束在两个相近表面之间的气体引起的阻尼增加)。估算纯阻力的常用方法是用球体的叠置来代替振荡物体。每个球体的阻尼系数由等式2给出，其中μ是空气粘度，r是球体半径，ρ是空气密度，以及ω是振荡频率。由于在谐振下，我们的系统的预期阻尼系数应该是b～κ0-0.25，因此预计Q～κ0.25-0.5。如图4c所示，我们的结果Q～κ0.30±0.07与该预测一致。由于它们的谐振频率较高，基于WS2NT的扭转谐振器的挤压数较高(0.55)，表明挤压膜阻尼的贡献较高。扭转谐振器在高频下的挤压膜阻尼系数是收敛级数的形式，因此不具有对谐振频率的简单幂律依赖性。
实施例4
装置频率响应的真空测量
为了观察纳米管的本征行为，即由纳米管材料和结构引起的内摩擦，空气阻尼必须降低到与NT的内摩擦相比可忽略不计的点。本征行为为主的气压范围可以称为本征区域。因此，在真空中进行扭转装置频率响应的测量，并总结在表1中。正如预期，由于踏板与空气分子的相互作用减少，真空导致所有纳米管的品质因数增加。将真空中品质因数相对于空气中品质因数的比率进行平均，看起来所有品质因数都大致改变了相同的倍数(CNT装置为2.4±0.6，BNNT为1.7±0.3并且WS2NT为2.3±0.2)。这表明，尽管测量的品质因数更接近于本征Q，但达到的真空水平并未完全消除空气阻尼。如果已达到本征区域，则将预期看到每种材料的品质因数在真空下改变不同的倍数，因为每种材料的本征Q应该与空气中的Q无关。尽管如此，与在空气中的测量相比，在真空中测量的Q的本征分量更显著。
表1：大气压和真空下扭转谐振频率和品质因数之间的比较
通过将在空气中对MWCNT扭转装置测量的品质因数Q与先前进行的在足够真空中对类似装置测量的Q进行比较，可以粗略估算BNNT和WS2NT的预期本征Q(参见实施例8)。根据粗略的估算，BNNT和WS2的品质因数非常相似(分别为200和216)，并且二者都比CNT大，根据先前的测量，CNT在真空中的平均品质因数为98。虽然在比较大气压和真空下的行为时，Q因数的变化对于所有材料的所有装置都是明显的，但是谐振频率在误差范围内保持相同，尽管看似预期向由等式3预测的更高频率转变。因为Q的变化是～2倍，所以预期的频率转变应该是～0.2％，这在测量的误差裕量之内。
在我们计算动态κ之后，还使用已确立的方法确定了各种纳米管的静态扭转弹簧常数(静态κ)，所述方法沿着踏板在各个位置处将原子力显微镜(AFM)尖端对踏板按压，并在扭转纳米管的同时测量力(图5a)。对于踏板上的每个位置计算系统的线性刚度K。静态κ通过将K作为尖端位置的函数的图线(图5b)拟合到等式4来提取，其中x和a分别是尖端和纳米管相对于任意原点的位置，κ是静态扭转弹簧常数，KB是弯曲弹簧常数。
在表2中，将从谐振频谱测量中提取的扭转弹簧常数(动态κ，图4b)与从AFM测量中提取的静态κ进行比较。所有测量的装置都表现出动态扭转弹簧常数比静态κ更高。而对于基于CNT的装置，所述常数之间的差异在误差范围内，对于基于BNNT和基于WS2NT的装置，这种差异是显著的。
表2.CNT、BNNT和WS2NT的动态和静态扭转行为的比较。注意：a AFM力-距离测量在动态测量之前进行，对于其余装置与此相反，在动态测量之后通过AFM测量。
从中提取动态κ的谐振频谱测量涉及以比静态AFM按压测量高6-7个数量级的平均速度扭动纳米管。在双壁碳纳米管(DWCNT)的拉拔实验期间已经发现，外壳和内壳之间的壳间摩擦随着拉拔速度的增加而线性增加。尽管测量的拉拔速度是轴向的而不是扭转的，并且它们与本文介绍的动态实验中相比明显更小，但这些发现与目前的结果一致，因为壳间摩擦越高，壳之间的耦合应该越高，并且因此，更多的壳分摊负荷并为整体扭转作贡献-即动态κ应高于静态κ。动态κ相对于静态κ的增加似乎不是源于挤压膜效应，因为如表1所示，在空气中和真空中的谐振频率之间没有明显差异并因此动态扭转弹簧常数之间没有明显差异。基于单个MWCNT装置测量，基于CNT的扭转装置的仅静态κ和动态κ之间的比较发现动态κ略小于静态κ。该结果与目前结果之间的不一致尚不了解。
BNNT显示动态κ相对于静态κ的增加。与CNT情况相似，速度依赖性壳间摩擦机制可以解释该较高的动态κ。BNNT的动态/静态比率高于CNT的动态/静态比率的事实可以通过这两种类型的纳米管的不同化学组成和结构以及通过这两种类型的纳米管之间的直径差异(由于壳间摩擦是接触面积依赖性的，因此直径越大，接触面积越大)来解释。对于BNNT，应该考虑导致较高动态κ的其它因素，并且与它们的小平面有关。已经表明，大直径(>27nm)的BNNT是有小面的，但是当使用AFM扭动时会经历无小面化。可能BNNT经历无小面化所花的时间比振荡时间长，因此BNNT在整个振荡过程中保持有小面。如果情况确实如此，与无小面的情况相比，由于有小面的BNNT的壳间耦合，动态κ应该大于静态κ。
与CNT和BNNT相比，WS2NT表现出最高的动态/静态比。已知WS2NT表现出扭转粘滑行为。这种行为，由于相邻平衡位置之间的不可逆跳跃而消散能量，已知在原子尺度上造成了速度依赖性摩擦。如前面针对CNT所述，动态测量期间的高扭转速度可能导致壳间摩擦增加，这可能导致壳之间的更高耦合。这意味着更多的壳体参与扭转运动，从而增加κ。之前已经提出，在“粘性状态”期间，WS2NT的不同壳不一定以全或无的情况被锁定或放开。与静态AFM按压测量相比，有可能动态致动使壳的锁定程度增加。高动态/静态比可以通过WS2NT的机械和结构性质相对于CNT和BNNT的差异来解释。虽然这些都是具有不同机械性质和动态行为的不同材料，但也需要考虑直径差异，因为壳间摩擦是接触面积依赖性的。用直径相似的纳米管的进一步实验可以帮助区分纳米管材料和尺寸的影响。
实施例5
纳米制造
将具有1000nm氧化物层的高度掺杂硅晶片(Si<100>，P/B掺杂，电阻率0.005-0.02Ω·cm)切成大约1cm×1cm。切割的硅晶片然后通过在丙酮中超声处理、继以在IPA中超声处理并通过N2吹干来清洁。对干净的硅晶片进行焊盘的光刻(之后用于引线接合触点)和对准标记(之后用于电子束光刻)，然后进行20nm Cr和200nm Au的电子束蒸发并在丙酮中剥离。之后以下列方式将纳米管分散在硅晶片上：
●CNT–将通过电弧放电合成并购自Iljin Nanotech.Co.，Ltd的MWCNT悬浮在二氯乙烷(DCE)中并超声处理以分开束，并离心。将数滴悬液施加在晶片上，并将样品旋转数秒钟。
●BNNT–将几小片CVD合成的BNNT溶解在DCE中并超声处理。将数滴悬液施加到晶片上并通过空气干燥。然后用丙酮、IPA清洗样品并通过N2吹干。
●WS2NT–通过干法分散将通过外部硫化(OS)生长的WS2NT分散在基板上。
通过SEM映射纳米管，并通过AFM成像测量它们的直径。使用电子束光刻(EBL)在所选纳米管的顶部对踏板装置和电极进行图案化。在CNT的情况下，进行温和的等离子体灰化。为了完成踏板装置和电极的图案化，进行5nm Cr和80nm Au的蒸发，然后丙酮剥离。然后通过AFM对所有扭转装置进行成像，以测量所有踏板装置的尺寸。通过导电环氧树脂胶将晶片胶合到芯片载体上，并在扭转装置的电极和芯片载体之间进行引线接合。为了使NT悬置并最终完成制造过程，使用HF(1:6BOE)7分钟以蚀刻～700nm的SiO2层。蚀刻之后进行临界点干燥(CPD)以允许在避免表面张力损坏的同时进行干燥。
实施例6
谐振频谱测量
将网络分析仪(Keysight E5061B网络分析仪)与使用上文所述方法制造的扭转装置连接。由网络分析仪产生的包含DC分量和AC分量的静电致动信号与高度掺杂硅(基板)连接，同时将地面与夹住悬置的纳米管和踏板的两个电极连接。通过具有x100的放大透镜的激光多普勒振动计(具有DD-300位移解码器的Polytec LDVOFV5000)实现对踏板位移的检测。将激光瞄准正使用与LDV连接的摄像机致动的扭转装置，如图6所示。LDV的输出反馈到网络分析仪，其除了致动之外也用于只过滤出相关频率，降低噪声，和显示结果-作为驱动频率(踏板的激励频率)的函数的踏板位移谱。在标准实验中，施加2V的DC电压和1.4V的AC电压(但是在高驱动频率下，由于所使用的线缆的衰减，到达装置的电压较低)。进行从0.1MHz到24MHz(LDV检测范围的上限)的致动电压的频率扫描，以便获得完整的谐振频谱。在测量完整的谐振频谱之后，通过缩窄频率扫描以一次只包含一个峰来进行高分辨率测量，从而增加测量的准确度。为了增加信噪比，使用了平均化-每个频率扫描实际上是至少30次测量的平均值。通过将每个峰拟合到等式1来提取谐振频率和品质因数。
表3.基于CNT的扭转装置谐振测量的总结。所有装置的1号峰分配给扭转，以下峰对应于其他振动模式。注意：误差范围根据3-5次测量之间的变化计算，每次测量由平均30-200次扫描组成。(a)对于由平均30-200次扫描组成的一次测量的从拟合到等式1计算的误差范围。(b)指示为“n/a”的品质因数由于信噪比不足以实现可靠的拟合而不可用。在这些情况下，谐振频率的误差范围是不可用的。
装置# 直径(nm) 峰编号 谐振频率(MHz) 品质因数
1 30.4±0.5 1 5.84±0.01 31±2
2 23.2±2.1 1 3.04±0.04 20±2
3 35.3±1.4 1 5.85±0.11 24±2
4 25.4±5.7 1 4.74±0.01 33±1
5 30.1±0.5 1 5.84±0.03 31±1
6 29.5±1.2 1 7.31±0.02 32±2
7 27.2±1.1 1 3.89±0.01 27±1
8 22.9±1.2 1<sup>a</sup> 3.263±0.002 25±1
9 36.1±2.2 1<sup>a</sup> 7.130±0.004 28±1
表4.基于BNNT的扭转装置谐振测量的总结。
注意：a由标准偏差计算的误差范围。对于所有其它情况，误差范围根据对等式1的拟合计算。
表5.基于WS2NT的扭转装置谐振测量的总结。
实施例7
静态扭转弹簧常数测量
用闭环扫描仪在Veeco Multimode/Nanoscope V上进行AFM成像和静态κ测量。测量过程在Garel，J等人.Nano Lett.2012，12，6347-6352中深入描述。
实施例8
真空下本征Q的估算
首先，空气阻尼对CNT装置的总Q(Q粘性)的贡献是通过对我们测量的空气中的Q(QCNT,空气)和由Papadakis等人.Phys.Rev.Lett.2004，93，146101测量的在本征区域中在真空中的Q(Q本征)进行比较来估算的。
为了粗略估算纳米管的本征Q，假设所有材料的摩擦系数和惯性矩是相同的。使用以下等式：
其中κ是动态扭转弹簧常数，I是质量惯性矩，b是阻尼系数，Q粘性，被缩放，(先前对CNT得到的由粘性阻尼引起的Q)，以得到对于BNNT和WS2NT的它的等效值：
这些估算值用于估算BNNTs和WS2的本征Q因数：
实施例9
挤压数的计算
挤压数是一个无量纲参数，表明系统中挤压膜阻尼的重要性，限定如下：
其中μ是动态粘度，ω是频率，l是踏板的长度，P是压力，h是间隙尺寸。代入所有参数，得到CNT的值为～0.04，BNNT为0.15和WS2NT为～0.55。
实施例10
基于金属硫属元素化物纳米管的自感测扭转谐振器
构建机电装置。该装置基于无机纳米管(例如WS2)，单壁或多壁的，放置在由导电材料组成的基板(例如掺杂的Si晶片)上。导电材料涂有高度绝缘的介电层，例如氧化硅。通过在绝缘层上图案化形成的两个金属焊盘(源极和漏极)在端部夹住纳米管，并且在纳米管的顶部，不对称地放置平坦的金属板(踏板)。纳米管的中心部分，包括踏板，悬置在绝缘层中蚀刻成的沟槽上方。由焊盘夹紧的纳米管悬置部分与踏板一起构成谐振器。
焊盘通过金属图案与外部电路连接。源极焊盘与RF信号发生器连接，漏极馈入锁定放大器。构成栅电极的基板导电层与另一个信号发生器连接。栅极施加以RF信号(ω)，该RF信号被高于信号幅度的一些DC电压偏移。源极施加以频率加倍和中频小偏移(2ω-Δω)的信号。由于纳米管上的压电电阻率或电荷调制，装置在谐振频率下的机械振荡导致电导率的调制。谐振器装置用作信号混合器，并且通过测量用锁定技术检测到的中频(Δω)下的信号来获得机械谐振的检测。当装置处于谐振时，信号具有不同的行为。
该装置类似地用施加到栅极的RF信号致动，并使用激光多普勒振动计进行光学检测。比较通过扫描致动频率和测量机械谐振的表现(光学和电学)而获得的两个频谱来表征该装置。
图9是基于WS2的纳米管的扭转装置的谐振频谱的比较。所述频谱用激光多普勒振动计(下面的线)和电信号混合测量(上面的线)获得。在每个测量中获得的谐振特征之间存在相关性。在17.2MHz处的峰(在光学和电学测量二者中都获得)被假定为属于谐振器的扭转模式。在27MHz处的另一个谐振特征可能是弯曲模式，例如面外弯曲。
图10是电信号混合测量的示意性描述。采用两个RF源，向源极和栅极供应信号。通过混合这两个信号获得中频的参考信号。用锁定放大器测量漏极电流。
虽然本文已经说明和描述了本发明的某些特征，但是本领域普通技术人员现在会想到许多修改、替换、更改和等效物。因此，要理解，所附权利要求旨在覆盖落入本发明真实精神内的所有这类修改和变化。

Claims (62)

1.一种机电谐振器，所述机电谐振器包括至少一个金属-硫属元素化物纳米管。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中所述谐振器是微机电谐振器、纳机电谐振器或其组合。
3.根据权利要求1所述的谐振器，其中所述金属硫属元素化物纳米管包含WS2、MoS2、WSe2、MoSe2。
4.根据权利要求1所述的谐振器，其中所述纳米管被另一种物质掺杂。
5.根据权利要求4所述的谐振器，其中所述纳米管被金属掺杂。
6.根据权利要求5所述的谐振器，其中所述金属是Nb或Re。
7.根据权利要求4所述的谐振器，其中所述金属硫属元素化物纳米管包括Mo1-xNbxS2、Mo1-xNbxSe2、W1-xTaxS2、W1-xTaxSe2、MoxWyNb1-x-yS2、MoxWyNb1-x-ySe2、Re1-xWxS2、Ti1-xScxS2、Zr1- xYxS2、Hf1-xLaxS2、Ta1-xHfxS2、Pt1-xIrxS2、Ru1-xMnxS2、Rh1-xRuxS2、Mo1-xRexS2、W1-xRexS2、Re1- xOsxS2、Ti1-xVxS2、Zr1-xNbxS2、Hf1-xTaxS2、Ta1-xWxS2、Pt1-xAuxS2、Ru1-xRhxS2、Rh1-xPdxS2、WS2-xSeX、Mo1-xWxS2-ySey、WS2-x-ySexTey，其中0.0001<x<0.5且0.0001<y<0.5或其中0.0001<x<0.9999且0.0001<y<0.9999，或其中0.0001<x<0.5或其中0.0001<x<0.9999或其中0.0001<x<1.9999或其中0.0001<x<1.9999且0.0001<y<1.9999。
8.根据权利要求4所述的谐振器，其中所述物质包括氢、氧、氟或钠。
9.一种陀螺仪、加速度计、质量传感器、磁力计或移动镜，包括根据权利要求1所述的谐振器。
10.根据权利要求1所述的谐振器，其中所述纳米管的直径范围在1nm和1000nm之间。
11.根据权利要求10所述的谐振器，其中所述纳米管的直径范围在1nm和100nm之间。
12.根据权利要求10所述的谐振器，其中所述纳米管的直径范围在1nm和10nm之间或10nm和50nm之间或50nm和250m之间或250nm和500nm之间或500nm和1μm之间。
13.根据权利要求1所述的谐振器，其中对于单一纳米管，所述纳米管是单壁或多壁纳米管，并且其中对于多于一种纳米管，所述纳米管是单壁的、多壁的或其组合。
14.根据权利要求1所述的谐振器，其中所述纳米管是至少部分中空的。
15.根据权利要求1所述的谐振器，其中所述纳米管不是中空的。
16.根据权利要求1所述的谐振器，其中所述纳米管的至少一部分悬置在表面上方。
17.根据权利要求1所述的谐振器，还包括：
·基板；
·第一焊盘和第二焊盘；
·电触点。
18.根据权利要求17所述的谐振器，其中所述纳米管的第一区域与所述第一焊盘接触，并且其中所述纳米管的第二区域与所述第二焊盘接触。
19.根据权利要求17所述的谐振器，其中所述第一焊盘和所述第二焊盘各自与所述基板接触。
20.根据权利要求17所述的谐振器，其中所述基板是有涂层的。
21.根据权利要求20所述的谐振器，其中所述基板包含Si并且所述涂层包含SiO2。
22.根据权利要求17所述的谐振器，还包括踏板。
23.根据权利要求22所述的谐振器，其中所述踏板与所述纳米管接触。
24.根据权利要求23所述的谐振器，其中所述踏板具有长方形形状并且附着于所述纳米管，使得所述长方形的较长维度垂直于所述纳米管的较长维度定位。
25.根据权利要求24所述的谐振器，其中所述长方形踏板相对于所述纳米管不对称地定位。
26.根据权利要求23所述的谐振器，其中所述纳米管悬置在所述基板上方。
27.根据权利要求26所述的谐振器，还与电子元件或电子仪器连接。
28.根据权利要求27所述的谐振器，其中所述仪器包括网络分析仪、示波器、锁定放大器、频谱分析仪、RF信号发生器、电源、AC发电机、DC发电机、信号发生器、脉冲发生器、函数发生器、波形发生器、数字模式发生器、频率发生器或其组合。
29.根据权利要求28所述的谐振器，其中所述焊盘和所述基板独立地通过所述电触点与所述仪器连接，并且其中所述仪器通过所述电触点在所述焊盘之间和所述基板之间施加电压。
30.根据权利要求29所述的谐振器，其中所述电压在所述纳米管中产生机械响应。
31.根据权利要求17所述的谐振器，其中所述谐振器的Q因数范围在1和100之间。
32.根据权利要求17所述的谐振器，其中所述谐振器的Q因数范围在100和1000之间。
33.根据权利要求17所述的谐振器，其中所述谐振器的Q因数范围在1000和1000000之间。
34.根据权利要求17所述的谐振器，还包括在所述基板上制造的电极。
35.根据权利要求34所述的谐振器，其中所述电极通过电触点与电子仪器连接。
36.一种制造机电谐振器的方法，所述方法包括：
·提供基板；
·将至少第一焊盘和第二焊盘施加到所述基板上，使得所述焊盘不互相接触；
·将至少一个金属-硫属元素化物纳米管施加到所述焊盘上，使得所述纳米管的第一区域与所述第一焊盘接触并且所述纳米管的第二区域与所述第二焊盘接触；
·去除所述纳米管下面的基板表面层，从而使所述纳米管悬置在所述基板上方。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述基板包含被SiO2涂覆的Si。
38.根据权利要求36所述的方法，其中所述焊盘包含被金层涂覆的铬层。
39.根据权利要求36所述的方法，其中施加所述焊盘的步骤包括光刻和金属沉积。
40.根据权利要求36所述的方法，其中施加至少一个金属-硫属元素化物纳米管的步骤包括干法分散所述纳米管。
41.根据权利要求36所述的方法，其中去除所述纳米管下面的基板表面层的步骤包括使用氢氟酸(HF)蚀刻所述基板层。
42.根据权利要求41所述的方法，其中在所述蚀刻之后进行临界点干燥(CPD)。
43.根据权利要求36所述的方法，还包括在去除基板表面层的所述步骤之前在所述纳米管的顶部上施加踏板，使得所述踏板与所述纳米管接触。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述踏板具有长方形形状并且附着于所述纳米管，使得所述长方形的较长维度垂直于所述纳米管的较长维度定位。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述长方形踏板相对于所述纳米管不对称地定位。
46.根据权利要求45所述的方法，其中在去除基板表面层的所述步骤之后，所述踏板悬置在所述基板上方。
47.根据权利要求36所述的方法，还包括在所述基板上制造电极。
48.一种操作电化学谐振器的方法，所述方法包括：
ο提供谐振器，所述谐振器包括：
·至少一个金属硫属元素化物纳米管；
·基板；
·可选的在所述基板上制造的电极；
·在所述基板上组装的至少第一焊盘和第二焊盘；
·与所述第一焊盘和所述第二焊盘连接、可选地与所述基板和/或可选地与所述电极连接的电触点；
其中所述金属-硫属元素化物纳米管的第一区域与所述第一焊盘接触并且所述纳米管的第二区域与所述第二焊盘接触，并且其中所述纳米管的第三区域悬置在所述基板上方；
ο在所述焊盘和所述基板之间或所述焊盘和所述电极之间施加电压，使得所述电压产生所述金属硫属元素化物纳米管的机械响应。
49.根据权利要求48所述的方法，其中所述基板是有涂层的。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述有涂层的基板包含硅并且所述涂层包含氧化硅。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述机械响应包括扭转、面内旋转、面内弯曲、异相弯曲或其组合。
52.根据权利要求48所述的方法，其中所述机电谐振器用作导航小型化无人驾驶飞行器(UAV)的陀螺仪、或用作材料传感器例如化学传感器或生物传感器。
53.根据权利要求48所述的方法，其中所述谐振器还包括踏板，所述踏板与所述悬置的纳米管接触，使得所述踏板悬置在所述基板上方。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述踏板具有长方形形状并且附着于所述纳米管，使得所述长方形的较长维度垂直于所述纳米管的较长维度定位。
55.根据权利要求54所述的方法，其中所述长方形焊盘相对于所述纳米管不对称地定位。
56.根据权利要求48所述的方法，其中所述施加电压包括施加AC电压、或AC电压和DC电压的组合。
57.根据权利要求56所述的方法，其中所述AC电压的频率在RF范围内。
58.根据权利要求48所述的方法，还包括检测所述机械响应。
59.根据权利要求58所述的方法，其中光学检测所述响应。
60.根据权利要求58所述的方法，其中电检测所述响应。
61.根据权利要求60所述的方法，其中所述电检测包括电导率测量。
62.根据权利要求60所述的方法，其中所述电检测包括电容测量。
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