KR100482172B1 - 나노핀셋 및 나노매니퓰레이터 - Google Patents

Abstract

부품구성의 극소화를 도모하여, 절연체·반도체·도전체의 각종 나노물질을 파지할 수 있으며, 임의의 형상의 나노물질을 파지할 수 있는 나노핀셋 및 나노매니퓰레이터를 개발한다.

정전방식의 나노핀셋(2)은, 홀더(6)에 기단부를 고정하여 돌설된 복수의 나노튜브와, 이들 나노튜브 표면을 절연 피복하는 코팅피막과, 이 중 2본의 나노튜브(8, 9)에 연결된 리드선(10, 10)으로 이루어지며, 이 리드선 사이에 전압을 인가하여 정전인력에 의해 상기 2본의 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재로 만들어, 이 사이에 나노물질을 파지할 수 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또, 나노튜브(9)의 표면에 압전막(32)을 형성하고, 압전막을 신축시켜서 상기 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재로 만들면, 절연체·반도체·도전체에 관계없이, 임의의 나노물질을 핸들링할 수 있다. 또, 3본의 나노튜브를 정전방식으로 개폐 자재로 만들면, 구상·막대모양 등의 임의의 형상의 나노물질을 핸들링할 수 있다. 나아가, 3차원 구동기구와 조합하여 나노매니퓰레이터를 구성하여, 나노물질의 파지·방출을 용이하게 한다.

Description

나노핀셋 및 나노매니퓰레이터{NANOTWEEZERS AND NANOMANUPULATOR}

본 발명은 나노오더 사이즈의 물질(이후, 나노물질이라 함)을 파지(把持)하거나 방출할 수 있는 나노핀셋에 관한 것이며, 또 나노물질을 이동시키고·쌓아 올려 나노사이즈부품, 나노분자 디바이스 등을 조립할 수 있는 나노매니퓰레이터장치에 관한 것이다.

최근의 기술개발은 점점 극소영역을 지향하고 있다. 예컨대, 광·전자정보관련의 신소재나 나노사이즈부품의 창제, 세포나 단백질의 집적에 의한 새로운 바이오관련 기능물질의 창제와 같이, 나노영역에 있어서의 혁신적인 제조기술의 개발이 요망되고 있다.

이와 같이 나노물질을 이동시키고 쌓아 올리는 것이 가능하기 위해서는, 나노물질을 파지하기도 하고 그것을 방출하기도 할 수 있는 나노핀셋의 개발이 필요하게 된다. 이 나노핀셋의 제 1 원형은, Philip Kim과 Charles M. Lieber에 의해 1999년 12월 10일에 발행된 사이언스지상에 발표되었다. 도 16 ~ 도 18은 이 나노핀셋의 제조공정도이다.

도 16은 테이퍼가공된 글래스튜브(80) 선단(先端)의 측면도로서, 이 선단의 직경은 약 100㎚, 도시되지 않은 후단(後端)의 직경은 1㎜이다. 도 17은 나노핀셋의 완성도이다. 상기 글래스튜브(80)의 둘레에 절연부(82)를 개재하여 2개의 금전극막(84a, 84b)을 형성한다. 이 금전극막에 각각 카본나노튜브(86a, 86b)를 돌설상(突設狀)으로 고정하여, 나노핀셋(88)이 완성된다.

도 18은 나노핀셋에 전압을 인가하는 개요도이다. 금전극막(84a, 84b)에는 접점(90a, 90b)으로부터 리드선(92a, 92b)이 도출되어, 직류전원(94)의 양단(兩端)에 결선되어 있다. 직류전원(94)의 전압을 인가하면, 카본나노튜브 86a는 양극으로 대전되고, 카본나노튜브 86b는 음극으로 대전된다. 이들의 음양의 정전인력에 의해, 카본나노튜브(86a, 86b)의 선단은 안쪽으로 닫히고, 이 사이에 나노물질(96)을 끼워 협지(挾持)할 수가 있다.

전압을 크게 하면 카본나노튜브는 더욱 닫히기 때문에, 보다 작은 나노물질을 협지할 수 있다. 전압을 0으로 하면 정전인력은 없어지고, 카본나노튜브(86a, 86b)의 탄성복원력에 의해 도 13의 상태로 돌아가, 나노물질(96)을 방출한다. 이와 같이 전압의 대소 제어만으로 나노핀셋(88)의 개폐 제어를 수행할 수 있다는 이점을 가지고 있어, 나노핀셋으로서 획기적인 것이다.

그러나 이 나노핀셋(88)은 다음과 같은 결점을 가지고 있다. 제 1 의 결점은, 글래스튜브(80)를 테이퍼상(狀)으로 그 선단을 100㎚까지 미세가공하고 있기 때문에, 강도가 약하고 게다가 위험하다는 것이다.

제 2 의 결점은, 금전극막(84a, 84b)을 글래스튜브(80)의 전체 길이에 걸쳐 형성하고, 글래스튜브(80)의 직경이 커진 후단부에 접점(90a, 90b)을 마련하고 리드선(92a, 92b)을 개재하여 전원(94)에 접속하고 있다는 점이다. 즉, 리드선이 상당히 굵기 때문에, 글래스튜브의 직경이 확대된 후단부에 전기접점을 마련하지 않을 수 없다. 그 때문에, 금전극막을 글래스튜브의 전체 길이에 형성한다고 하는 곤란함과 효율의 악화가 있다.

제 3 의 결점은, 정전나노핀셋에 기인한다. 요컨대, 정전나노핀셋은 카본나노튜브에 음양의 전기를 축적하여, 그들의 정전인력에 의해 카본나노튜브를 개폐 제어한다. 나노물질(96)이 전기절연막이나 반도체인 경우에는 정전인력을 이용할 수 있지만, 나노물질이 도전체인 경우에는, 카본나노튜브의 양단이 전기적으로 쇼트되어 버려, 정전인력이 작용하지 않게 된다. 또, 쇼트시에 나노물질을 전기적으로 파괴하여 버릴 위험성도 있다. 따라서 나노핀셋의 사용이 반도체 나노물질이나 절연성 나노물질에 제한되고, 사용에 있어서 항상 주의 깊지 않으면 안된다는 약점이 있었다.

제 4 의 결점은, 2본(가락)의 카본나노튜브로 구성되어 있다는 것이다. 즉, 분자는 각종 형상을 가지고 있어, 2본의 나노튜브로는 확실하게 파지할 수 없는 나노물질이 존재한다. 예컨대, 편평한 나노물질이라면 2본의 카본나노튜브(86a, 86b)로 파지할 수 있지만, 구상(球狀)의 나노물질이나 막대모양의 나노물질은 2본의 나노튜브의 파지로는 불안정하여 탈락할 위험성이 있다.

따라서 본 발명의 제 1 의 목적은, 강도가 높고, 가공이 비교적 용이한 나노핀셋을 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 제 2 의 목적은, 정전방식을 사용하지 않아서, 도전성·반도체·절연성의 모든 나노물질을 파지할 수 있는 나노핀셋을 제공하는 것이다.

나아가, 본 발명의 제 3 의 목적은, 구상의 나노물질이나, 막대모양의 나노물질 등의 각종 형상의 나노물질을 확실하게 파지하여 반송(搬送) 제어할 수 있는 나노핀셋을 제공하는 것이다.

또, 이들 나노핀셋을 이용하여, 나노구조물을 조립할 수 있는 나노매니퓰레이터장치를 실현하는 것이다.

도 1은, 본 발명의 나노핀셋을 이용한 나노매니퓰레이터장치의 작동설명도이다.

도 2는, 본 발명에 따른 나노핀셋의 제 1 실시형태의 개략정면도이다.

도 3은, 제 1 실시형태의 나노핀셋을 시료에 대향배치한 개략사시도이다.

도 4는, 나노물질을 파지한 제 1 실시형태의 나노핀셋의 개략정면도이다.

도 5는, 본 발명에 따른 나노매니퓰레이터장치의 개략구성도이다.

도 6은, 본 발명에 따른 나노핀셋의 제 2 실시형태의 개략정면도이다.

도 7은, 제 2 실시형태의 나노핀셋을 시료에 대향배치한 개략사시도이다.

도 8은, 나노물질을 파지한 제 2 실시형태의 나노핀셋의 개략정면도이다.

도 9는, 피라미드부를 가진 캔틸레버의 요부 사시도이다.

도 10은, 본 발명에 따른 나노핀셋의 제 3 실시형태의 개략정면도이다.

도 11은, 나노물질을 파지한 제 3 실시형태의 나노핀셋의 개략정면도이다.

도 12는, 본 발명에 따른 나노핀셋(정전나노핀셋)의 제 4 실시형태의 개략사시도이다.

도 13은, 구상 나노물질을 파지한 제 4 실시형태의 작용설명도이다.

도 14는, 막대모양 나노물질을 파지한 제 4 실시형태의 작용설명도이다.

도 15는, 제 4 실시형태의 정전나노핀셋을 이용한 나노매니퓰레이터장치의 작동설명도이다.

도 16은, 종래의 테이퍼가공된 글래스튜브 선단의 측면도이다.

도 17은, 종래의 나노핀셋의 개략설명도이다.

도 18은, 종래의 나노핀셋에 전압을 인가하는 개요설명도이다.

제 1 항의 발명은, 홀더에 기단부를 고정하여 돌설된 복수의 나노튜브와, 이들 나노튜브 표면을 절연 피복하는 코팅피막과, 이 중 2본의 나노튜브에 연결된 리드선으로 이루어지며, 이 리드선 사이에 전압을 인가하여 정전인력에 의해 상기 2본의 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재(自在)로 만든 것을 특징으로 하는 나노핀셋이다.

제 2 항의 발명은, 캔틸레버(cantilever)에 돌설된 피라미드부와, 이 피라미드부에 기단부를 고정하여 돌설된 복수의 나노튜브와, 이 중 2본의 나노튜브에 연결된 리드선으로 이루어지며, 이 리드선 사이에 전압을 인가하여 정전인력에 의해 상기 2본의 나노튜브의 선단부 사이를 개폐 자재로 만든 것을 특징으로 하는 나노핀셋이다.

제 3 항의 발명은, 홀더에 기단부를 고정하여 돌설된 복수의 나노튜브와, 이 중 적어도 1본의 나노튜브의 표면에 형성된 압전막(壓電膜)으로 이루어지며, 이 압전막에 전압을 인가하여 압전막을 신축시켜 상기 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재로 만든 것을 특징으로 하는 나노핀셋이다.

제 4 항의 발명은, 상기 홀더는 캔틸레버의 피라미드부인 것을 특징으로 하는 제 3 항에 따른 나노핀셋이다.

제 5 항의 발명은, 캔틸레버의 피라미드부를 구성하는 변형 가능한 복수의 피라미드편(片)과, 이 피라미드편의 선단에 고정된 나노튜브와, 적어도 1개의 피라미드편의 측면에 형성된 압전막으로 이루어지며, 이 압전막에 전압을 인가하여 압전막을 신축시켜, 피라미드편을 가요(可撓) 자재로 만들어 나노튜브의 선단 사이를 개폐하는 것을 특징으로 하는 나노핀셋이다.

제 6 항의 발명은, 홀더에 기단부를 고정시켜 돌설된 3본 이상의 도전성 나노튜브와, 이 중 적어도 3본 이상의 도전성 나노튜브에 각각 연결된 리드전극으로 이루어지며, 이들 리드전극 사이에 전압을 인가하여 그 정전인력에 의해 상기 도전성 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재로 만든 것을 특징으로 하는 정전나노핀셋이다.

제 7 항의 발명은, 캔틸레버에 돌설된 돌출부와, 이 돌출부에 기단부를 고정하여 돌설된 3본 이상의 도전성 나노튜브와, 이 중 적어도 3본 이상의 도전성 나노튜브에 각각 연결된 리드전극으로 이루어지며, 이들 리드전극 사이에 전압을 인가하여 정전인력에 의해 상기 도전성 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재로 만든 것을 특징으로 하는 정전나노핀셋이다.

제 8 항의 발명은, 제 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7 항에 따른 나노핀셋과, 이 나노핀셋을 시료에 대해 XYZ 방향으로 이동 제어하는 3차원 구동기구로 구성되며, 나노핀셋에 의해 나노물질을 시료에 반송 제어하는 것을 특징으로 하는 나노매니퓰레이터이다.

제 9 항의 발명은, 나노핀셋을 구성하는 적어도 1본의 나노튜브를 주사형 프로브현미경용의 탐침으로서 이용하는 것을 특징으로 하는 제 8 항에 따른 나노매니퓰레이터장치이다.

본 발명자들은 내구성을 갖는 나노핀셋을 개발하기 위해 예의 연구한 결과, 전술한 나노튜브를 이용한 정전인력방식의 나노핀셋을 개량하는데 성공하고, 또 나아가 고성능의 압전막방식의 나노핀셋을 개발하는 데에도 성공하기에 이르렀다.

먼저, 종래의 정전인력방식 나노핀셋의 약점은, 파지하는 나노물질이 도전성인 경우에, 나노튜브 사이가 전기적으로 쇼트되어 핀셋기능을 상실하고, 파단의 염려가 있었다는 것이다. 이 결점을 개선하기 위해서, 나노튜브 표면에 절연물질로 이루어지는 코팅피막을 형성하여, 접촉시의 쇼트를 방지할 수 있는 나노핀셋을 제안한다. 이 코팅피막을 나노튜브에 한하지 않고 다른 배선부분에까지 형성하면, 나노핀셋 전체의 절연성을 높일 수 있다. 이 절연처리는 모든 구조의 정전방식 나노핀셋에 적용할 수 있다.

종래의 제 2 의 약점은, 끝이 가는 유리관에 나노튜브를 고정하고 있기 때문에, 강도가 약하고 위험하다는 것이다. 이 결점을 개선하기 위해서, 나노튜브의 홀더로서, AFM(원자간력 현미경)용의 캔틸레버의 피라미드부를 이용하는 것을 제안한다. 이 피라미드부는 실리콘이나 질화실리콘제이기 때문에, 전기절연성을 가지며, 게다가 강도가 종래의 글래스튜브와 비교하여 대폭적으로 높다.

상기 2개의 발명을 캔틸레버를 사용하여 종합적으로 설명한다. 피라미드부의 정점 근방에, 2본의 나노튜브의 기단부를 고정시키고, 선단부를 돌출시킨다. 이 고정방법에는 2종류가 있다. 제 1 은, 전자현미경내에서 기단부 근방을 전자빔 조사한다. 이 조사에 의해, 기단부를 피복하도록 카본막이나 CVD막을 코팅피막으로서 형성한다. 이 코팅피막이 기단부를 덮어서 나노튜브를 강고하게 고정한다. 제 2 는, 기단부를 직접 전자빔 조사하면, 기단부가 피라미드부 표면에 융착한다. 이 융착부가 나노튜브를 고정시킨다.

다음으로, 나노튜브의 기단부에 리드선을 배선한다. 본 발명에서는 리드선으로서 나노튜브나 CVD(화학적 기상증착법)에 의한 금속배선 등을 이용할 수 있다. 예컨대, 나노튜브는 강도가 강하고 유연성이 극히 높은 소재이며, 굵기나 길이도 여러 종류가 있어 나노사이즈의 리드선으로서 최적이다. 또, CVD법에 의해 금속원자를 배선상(配線狀)으로 미소 형성하는 것도 가능하다.

나노튜브 리드선의 일단을 상기 기단부에 접촉시키고, 이 접점을 전자빔 조사하여 스폿용접방식으로 피라미드부에 일체 고정한다. 나노튜브 리드선의 타단은 다른 나노튜브 리드선에 연결하여도 되고, 캔틸레버에 형성된 전극막에 연결시켜도 좋다. 또 CVD 리드선은 기단부나 피라미드부 표면에 고정하면서 형성시킬 수 있다.

이들 리드선을 형성하고 나서, 나노튜브 표면, 나노튜브의 기단부 영역, 리드선 전체에 절연재로 이루어진 코팅피막을 형성한다. 나노튜브 표면의 피막형성에 의해, 정전방식에 있어서의 쇼트를 방지할 수 있다. 동시에, 배선 전체의 피막형성에 의해, 나노핀셋 전체를 쇼트 등으로부터 보호할 수 있다. 또, 생체액 등의 전해질 용액 중에서 나노핀셋을 조작하여도 누전되는 일은 없다. 코팅피막의 형성은 전자빔조사법이나 CVD법을 이용할 수 있다.

캔틸레버의 전극막과 외부전원회로와의 결선은, 캔틸레버가 비교적 크기 때문에, 광학현미경 또는 광학적 확대경 하에서 수행할 수 있다. 외부전원회로는 전원과 전압제어회로와 전기스위치로 구성된다. 전압제어회로에 의해 인가전압을 자재로 조정하면, 나노튜브 선단 사이의 개도(開度)를 임의로 조정할 수 있어, 나노물질의 사이즈에 대응하여 나노핀셋을 개폐 제어할 수 있다.

또, 정전인력방식과 완전히 다른 압전막방식의 나노핀셋을 개발하였다. 이 압전막방식은 압전막의 신축에 의해 나노튜브를 가요 자재로 만듦으로써, 나노튜브 선단 사이를 개폐시키는 것이다. 따라서 나노튜브 사이에 전류가 흐르지 않기 때문에, 나노물질의 전기물성에 관계없이 나노핀셋을 기능시킬 수 있다.

이 압전막방식에서는, 나노튜브의 홀더로서, AFM이나 STM(터널현미경)에 한하지 않고, 광범위한 SPM(주사형 프로브현미경)에 사용되는 탐침이 사용될 수 있다. SPM의 탐침은 나노튜브와 비교하면 사이즈가 상당히 커서, 2본의 나노튜브를 고정시키는데는 충분한 크기를 가진다. 가장 유효한 홀더는 전술한 AFM용의 캔틸레버의 피라미드부이다. 이하에서는, 이 캔틸레버에 의해 설명한다.

먼저, 캔틸레버의 피라미드부에 2본의 나노튜브의 기단부를 고정시킨다. 이 때, 2본의 나노튜브의 선단부는 상호 접촉시키도록 해 둔다. 요컨대, 선단이 접촉된 상태로 고정한다. 고정방법에는 전술한 코팅피막법과 융착법이 있다. 어느 고정방법이어도 무방하다.

다음으로, 2본의 나노튜브의 어느 1본의 표면에 압전막을 형성한다. 압전막은 피에조소자라고도 불리며, 전압을 인가하면 수축하는 성질을 갖는다. 전압을 가변으로 하면, 수축량도 변화한다. 압전막이 수축하면, 그것이 고착되어 있는 나노튜브가 열리도록 굽어진다. 따라서 최초에는 나노튜브 선단이 닫혀 있지만, 전압을 인가하여 선단을 열고, 이 열린 상태에서 나노물질을 파지한다. 더욱 전압을 크게 하여 개도를 증대시키면, 나노물질은 방출된다. 분자간력에 의해 나노물질이 나노튜브로부터 이탈하지 않는 경우에는, 시료와 나노핀셋 사이에 전압을 인가하여 전기적으로 방출할 수도 있다.

압전막의 양단에는 나노튜브 리드선의 일단을 결선하고, 타단은 다른 나노튜브 리드선에 결합하여도 무방하며, 전술한 바와 같이 캔틸레버의 전극막에 결선하여도 좋다. 물론, CVD 리드선도 이용할 수 있다. 그리고 이 전극막으로부터 외부전원회로에 접속한다. 외부전원회로는 전원과 전압제어회로와 전기스위치로 구성되며, 그 작용은 전술한 바와 같다.

2본의 나노튜브에 압전막을 형성하여도 된다. 이 경우에는, 2본의 나노튜브를 전압인가에 의해 구부릴 수 있기 때문에, 나노튜브 선단의 개도를 보다 크게 설정할 수 있어, 나노핀셋을 고성능화할 수 있다.

압전막을 나노튜브 표면에 형성하는 대신에, 피라미드부 표면에 형성하는 경우를 생각할 수 있다. 피라미드부를 예컨대 수속이온빔장치에 의해 새겨 넣어, 새김부를 통해 2개의 피라미드편으로 분할한다. 각 피라미드편은 가요성을 갖도록 두께 조정하여 둔다. 1개의 피라미드편에 1본의 나노튜브를 돌설하여, 합계 2본의 나노튜브를 선단이 접촉하도록 돌설한다. 한 쪽 또는 양 쪽의 피라미드편의 측면에 압전막을 형성하고, 전술한 것과 마찬가지로 압전막의 양단에 전압을 인가하여 압전막을 수축시킨다. 이 수축에 의해 피라미드편이 굽어서, 나노튜브 선단이 열린다. 다음은 나노물질을 파지하거나 방출함으로써 나노핀셋으로서 기능한다.

제 3 의 발명으로서, 정전인력방식에서도, 압전막방식에서도 나노핀셋에 사용되는 나노튜브는 2본 이상으로 구성할 수도 있다. 예컨대, 3본의 나노튜브를 사용하면, 이들 3본에 의해 나노물질을 파지할 수 있게 된다.

3본 나노튜브방식에서는, 3본을 개폐하도록 하여도 좋고, 3본 중에서 2본을 정전인력방식에 의해 개폐 제어하여도 무방하다. 또, 2본에 압전막을 형성하여 2본을 개폐 제어하여도 좋다. 3본 중에서 2본을 개폐 제어하는 경우에는, 나머지 1본은 보조 나노튜브로서 기능한다. 3본 나노튜브방식에서는, 3본으로 나노물질을 파지하기 때문에, 구상·막대모양 등의 각종 형상의 나노물질의 파지를 확실하게 할 수 있다. 특히, 3본 정전방식에서는, 2본을 동극성(同極性)으로, 1본을 이극성(異極性)으로 하면, 3본이 정전인력에 의해 서로 끌어당기기 때문에, 이형(異形) 나노물질의 파지가 확실하게 된다.

압전막방식에 있어서도, 리드선에 의해 전압인가하기 때문에, 압전막의 표면과 리드선을 절연물질로 코팅하면, 쇼트의 위험성이 없게 된다. 따라서, 전해질용액내에서의 나노핀셋조작도 가능하게 된다.

본 발명의 나노튜브로서는, 도전성의 카본나노튜브 뿐만 아니라, 절연성의 BCN계 나노튜브나 BN계 나노튜브 등의 일반 나노튜브를 이용할 수 있다. 카본나노튜브는 CNT로도 약칭되며, 카본막대의 아크방전을 이용하여 제조된다. BCN계 나노튜브는 CNT의 C원자의 일부를 B원자와 N원자로 치환한 것이고, BN계 나노튜브는 C원자의 거의 전부를 B원자와 N원자로 치환한 것이다. 치환방법으로서 각종의 방법이 개발되어 있다. 도전성 나노튜브에는, 카본나노튜브나 도전성 피막을 주위에 형성한 절연성 나노튜브가 포함된다.

이하에서, 본 발명에 따른 나노핀셋 및 이를 이용한 나노매니퓰레이터장치의 실시형태를 도면에 따라서 상세하게 설명한다.

제 1 실시형태

[2본 정전나노핀셋]

도 1은 본 발명의 나노핀셋을 이용한 나노매니퓰레이터장치의 작동설명도이다. 나노핀셋(2)은 AFM용의 캔틸레버(4)의 선단에 돌설된 피라미드부(6)에 2본의 나노튜브(8, 9)를 돌설하여 형성되어 있다. 이들 나노튜브(8, 9)의 기단부에는 리드선(10, 10)이 마련되어, 캔틸레버(4)의 좌우측면에 형성된 전극막(12, 12)에 결선되어 있다. 이 전극막(12, 12)은 전기스위치(SW), 전원(P) 및 전압제어회로(VC)에 접속되어, 나노튜브(8, 9)에 적절한 전압을 인가한다.

2본의 나노튜브(8, 9)는 시료(14)에 접근하여 배치되며, 이 시료(14)의 표면에는 다수의 각종 나노물질(16)이 배치되어 있다. 나노튜브 8은 나노튜브 9보다 길게 아래쪽으로 돌설되어 있다. 따라서 나노튜브 8은 AFM용의 탐침으로서도 이용할 수 있다. 먼저, 이 나노튜브 8을 AFM 탐침으로서 3차원 구동기구(17)에 의해 주사하여, 파지할 나노물질(16)의 위치와 형상을 확인한다.

나노튜브(8 ,9)는 전압의 인가에 의해 개폐 제어되고, 전압의 크기에 의해 개도가 가변된다. 따라서, 나노튜브(8, 9)를 열어서 AFM으로 가늠한 나노물질(16)을 파지하고, 그 상태에서 3차원 구동장치(D)에 의해 화살표시 방향을 따라 나노회로부(18)까지 이동하여, 나노튜브(8, 9)를 더욱 열어 나노물질(16)을 방출한다. 반데르-바알스력에 의해 나노물질이 나노튜브로부터 이탈하지 않는 경우에는, 나노핀셋과 나노회로부의 사이에 전압을 인가하여, 정전인력에 의해 나노물질을 방출할 수도 있다. 나노회로부(18)의 적소에서 나노물질(16)을 방출함으로써 나노회로(18)는 원하는 구조로 조립할 수 있다.

도 2 ~ 도 4는, 본 발명에 따른 나노핀셋의 제 1 실시형태를 나타낸다. 도 2는 나노핀셋(2)의 개략정면도이다. 피라미드부(6)의 선단에는 가늘고 긴 나노튜브 8과, 굵고 짧은 나노튜브 9가 기단부(8b, 9b)를 고정하여 배치되어 있다. 나노튜브의 선단부 8a는 선단부 9a보다 아래쪽으로 길게 돌설되어 있어, 선단부 8a가 AFM용 탐침으로서 활용될 수 있도록 설정되어 있다.

상기 기단부(8b, 9b)는 주변에의 전자빔 조사에 의해 코팅피막(11, 11)으로 피복 고정된다. 또한 기단부(8b, 9b)의 상단에는 나노튜브를 리드선(10, 10)으로 결선하고, 이 리드선(10, 10)의 타단은 도 12의 전극(12, 12)에 결선된다. 마지막으로, 나노튜브 리드선(10, 10)의 표면에도 코팅피막(11, 11)을 형성하여, 이들 리드선을 피라미드부(6)에 고정한다. 코팅피막(11)은 해칭으로 표시되어 있다.

도 3은 나노핀센(2)을 시료(14)에 대향배치한 개략사시도이다. 시료(14)의 표면에 있는 요철은 표면원자를 나타내고 있다. 나노튜브 8의 선단부 8a는 나노튜브 9의 선단부 9a보다 아래쪽으로 돌출되어 있기 때문에, 선단부 8a를 AFM 탐침으로 사용하여, 표면원자의 요철구조를 검출한다. 예컨대, 시료(14)상에 놓인 나노물질의 위치나 형상을 검출한다.

도 4는 나노물질(16)을 파지한 나노핀셋(2)의 개략정면도이다. 리드선(10, 10)으로부터 나노튜브(8, 9)에 직류전압을 인가한다. 선단부(8a, 9a)에는 음양의 전하가 축전되며, 이 음양전하의 정전인력에 의해 선단부(8a, 9a)가 인가전압에 대응한 개도로 닫히고, 이 사이에 나노물질(16)을 파지한다. 파지하는 나노물질(16)은 도 3에서 AFM 탐지된 나노물질이다.

도 5는 본 발명에 따른 나노매니퓰레이터장치의 개략구성도이다. 전술한 바와 같이, 나노핀셋(2)은 캔틸레버(4), 서브스트레이트(5), 피라미드(6) 및 나노튜브(8, 9)로 구성된다. 시료(14)는 압전소자로 이루어지는 3차원 구동기구(17)에 의해 3차원 방향으로 구동된다. 즉, 시료측을 구동하여 나노튜브(8, 9)를 시료(14)의 표면상을 XYZ 방향으로 구동한다. 물론, 나노핀셋(2)측을 직접, 3차원 구동하여도 무방하다. 나노핀셋(2)과 시료(14)를 상대적으로 3차원 구동할 수 있다는 것이 중요하다.

20은 반도체 레이저장치, 22는 반사 미러, 24는 2분할광검출기, 26은 Z축 검출회로, 28은 표시장치, 30은 XYZ 주사회로이다.

나노튜브(8, 9)를 시료(14)에 대해 소정의 척력위치로 될 때까지 Z축 방향으로 접근시켜, 필요한 나노물질(16)을 파지한다. 그 후, XYZ 주사회로(30)에 의해 3차원 구동기구(17)를 주사하여, 소정의 위치까지 나노튜브(8, 9)를 이동한다. 이 이동의 과정에서는, 나노튜브(8, 9)와 시료표면과의 이간(離間)거리를 일정하게 유지할 필요성 때문에, 나노튜브가 받는 척력이 항상 일정하게 되도록 Z축 방향으로 나노튜브를 위치 제어할 필요가 있다. 그 때문에, 레이저빔(LB)을 캔틸레버(4)에 의해 반사시켜, 반사 미러(22)를 통하여 2분할광검출기(24)에 도입하고, 상하검출기 (24a, 24b)에의 편향을 검출하면서, Z축 제어를 행한다.

Z축 검출회로(26)에 의해 Z 위치를 검출하고, XYZ 주사회로(30)에 의해 XY 위치를 검출하여, 이들의 위치정보를 표시장치(28)에 표시한다. 결국, 이 표시장치(28)에는 시료 표면의 요철상이 표시된다. 그리고, 나노튜브(8, 9)가 소정 위치로 이동한 후, 나노튜브(8, 9)를 열어 파지하여 온 나노물질(16)을 시료 표면상에 방출한다. 이 조작을 반복하여, 소정 장소에 다수의 나노물질을 조립하여, 예컨대 나노회로(18)를 구성한다. 나노튜브(8)를 AFM 조작하면, 나노회로(18)의 전체 형상을 표시장치(28)에 촬상할 수 있다. 따라서, 본 발명의 나노매니퓰레이터장치는 나노월드를 자재로 구성할 수 있는 나노로봇이다. 이 나노매니퓰레이터장치는 진공, 대기를 포함하여 각종 분위기 중에서 사용할 수 있으며, 또 전자현미경 등의 장치 내에서 로봇의 손과 같이 조작할 수도 있다.

제 2 실시형태

[2본 압전막 나노핀셋]

도 6 ~ 도 8은 본 발명에 따른 나노핀셋의 제 2 실시형태를 나타낸다. 도 6은 이 나노핀셋(2)의 개략정면도이다. 나노튜브 8, 9의 선단부(8a, 9a)가 그 선단에서 접촉하도록, 기단부(8b, 9b)가 코팅피막(11, 11)에 의해 피라미드부(6)에 고정된다. 나노튜브 9의 선단부 9a의 표면에는 압전막(32)이 형성되고, 그 상단(32a) 및 하단(32b)에는 나노튜브 리드선(10a, 10b)이 결선된다. 나노튜브 리드선(10a, 10b)은 그들의 중간점이 스폿상 코팅막(13, 13)에 의해 피라미드부(6)에 고정된다.

도 7은 나노핀셋(2)을 시료(14)에 대향배치한 개략사시도이다. 나노튜브 리드선(10a, 10b)의 타단(10c, 10d)은 캔틸레버(4)의 전극(12, 12)에 고정된다. 전극(12, 12)에는 전기스위치(SW), 전원(P), 전압제어회로(VC)가 접속되어 있다. 압전막(32)은 양단에의 전압인가에 의해 수축되며, 수축량은 인가전압에 따라 증대된다.

먼저, 나노튜브선단이 닫힌 상태에서 시료(14)의 표면을 AFM 조작하여, 파지할 나노물질의 위치와 형상을 검출한다.

도 8은 나노물질(16)을 파지한 나노핀셋(2)의 개략정면도이다. 전기스위치(SW)를 온(ON)으로 하여 압전막(32)에 전압을 인가하면, 압전막(32)의 수축에 따라 나노튜브 9가 굽어지고, 나노튜브 8, 9의 사이가 열려, 대상이 되는 나노물질(16)을 파지한다. 나노회로(18)의 조립은 도 1과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

나노핀셋의 압전막을 절연피복하는 경우에는, 전압을 인가하여도 쇼트되는 일이 없으며, 나아가 리드선도 절연피복하면, 전해질용액 중에서도 나노핀셋조작이 가능하게 된다.

제 3 실시형태

[2본 피라미드편 압전막 나노핀셋]

도 9 ~ 도 11은 본 발명에 따른 나노핀셋의 제 3 실시형태를 나타낸다. 도 9는 피라미드부(6)를 가진 캔틸레버(4)의 요부 사시도이다. 이 캔틸레버(4)는 일반적으로 AFM 측정에 사용되는 것으로, 피라미드부(6)는 한 덩어리로서 형성되어 있다. 이 피라미드부(6)를, 예컨대 수속이온빔장치에 의해 새김하여 2개의 피라미드편(6a, 6b)으로 2등분하여, 이들 피라미드편(6a, 6b)을 가요 자재로 형성한다.

도 10은 이 나노핀셋(2)의 개략정면도이다. 피라미드편 6a, 6b는 간극(6c)을 개재하여 근본부(6d)로부터 가요 자재로 대향하고 있다. 나노튜브 8, 9의 선단부(8a, 9a)가 그 선단에서 접촉되도록, 기단부(8b, 9b)가 코팅피막(11, 11)에 의해 피라미드편(6a, 6b)에 각각 고정된다. 피라미드편 6a의 측면에는 압전막(32)이 형성되고, 그 상단(32a) 및 하단(32b)에는 나노튜브 리드선(10a, 10b)이 결선된다. 이들 나노튜브 리드선(10a, 10b)은 캔틸레버(4)의 전극(12, 12)을 통하여 제 2 실시형태에서와 같은 전원회로에 접속된다.

먼저, 나노튜브 선단이 닫힌 상태에서 시료(14)의 표면을 AFM 조작하여, 파지할 나노물질의 위치와 형상을 검출한다.

도 11은 나노물질(16)을 파지한 나노핀셋(2)의 개략정면도이다. 전기스위치(SW)를 온(ON)으로 하여 압전막(32)에 전압을 인가하면, 압전막(32)의 수축에 따라 피라미드편 6a가 굽어져서, 나노튜브의 선단부 8a, 9a의 사이가 열려, 검출한 나노물질(16)을 파지한다. 나노매니퓰레이터장치를 이용한 나노회로(18)의 조립은 도 1과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

상기 실시형태에서는 나노튜브나 피라미드편은 2본 구성이었지만, 이 이상의 복수 구성으로 하여도 무방하다. 또 압전막을 나노튜브나 피라미드편의 1본에만 형성하는 것이 아니라, 대향하는 2본에 형성하는 것도 가능하다.

제 4 실시형태

[3본 정전나노핀셋]

도 12는 본 발명에 따른 나노핀셋(정전나노핀셋)의 제 4 실시형태의 개략사시도이다. 캔틸레버(102)는 캔틸레버부(104)와 그 선단에 형성된 돌출부(106)로 구성된다. 이 돌출부(106)의 돌출단(106e)은 대략 수평으로 형성되고, 그 둘레면은 선단면(106a), 측면(106b, 106c) 및 후단면(106d)의 4면으로 구성되어 있다.

캔틸레버부(104)의 상평면 및 측면에는, 소요폭의 3본의 전극막(112, 113, 114)이 형성되며, 이들 전극막의 종단은 돌출부(106)의 상기 선단면(106a) 및 측면(106b, 106c)에까지 연출(延出)되어 형성되어 있다. 이들 선단면(106a) 및 측면(106b, 106c)에는 도전성 나노튜브(108, 109, 110)의 기단부(108b, 109b, 110b)가 코팅막(116, 117, 118)의 피복에 의해 각각 고착되어 있다.

이 고착에 의해, 도전성 나노튜브(108, 109, 110)는 전극막(112, 113, 114)에 각각 전기적으로 도통상태로 설정된다. 도전성 나노튜브(108, 109, 110)의 선단부(108a, 109a, 110a)는 돌출부(106)의 돌출단(106e)보다 아래쪽으로 돌출되고, 이들 선단부(108a, 109a, 110a)가 나노튜브 파지부(111)를 구성하여, 재료인 나노물질을 파지하기도 하고 방출하기도 할 수 있는 작업조(作業爪)가 된다. 이렇게 하여, 캔틸레버(102)에 나노튜브 파지부(111)를 형성하여, 본 발명에 따른 정전나노핀셋(120)이 구성된다.

이 실시형태에 따른 정전나노핀셋은, 나노튜브 파지부(111)를 3본 이상의 나노튜브로 구성하고 있다는 점에서 특징을 가진다. 이 실시형태에서는 나노튜브는 3본이며, 이 3본의 작업조에 의해 나노물질을 싸넣듯이 파지할 수 있다. 요컨대, 2본의 나노튜브에 의해서는 불안정한 파지밖에 되지 않지만, 3본으로 함으로써 임의의 형상의 나노물질을 안정 확실하게 파지하는 것이 가능하게 된다. 특히, 구상 나노물질이나 막대모양 나노물질을 확실하게 파지할 수 있게 된다.

이 정전 나노핀셋(120)의 전극막(112, 113, 114)의 후단부에는 접점(112a, 113a, 114a)을 통하여 제어회로(121)가 접속된다. 이 제어회로(121)는 가변직류전원(122)과 접지(124)와 스위치(126)로 구성되며, 상기 접점 113a, 114a는 접지측에 접속되며, 접점 112a는 고전위측에 접속된다. 따라서, 전극막 112는 양극이 되고, 전극막 113, 114는 음극으로서 기능한다.

전술한 바와 같이, 나노튜브에는 도전성의 카본나노튜브나 절연성의 BN계 나노튜브(질화붕소)나 BCN계 나노튜브(탄질화붕소) 등이 있다. 이 실시형태에 사용되는 도전성 나노튜브는 전기 전도성을 갖는 나노튜브이면 되기 때문에, 도전성 나노튜브나 도전재료로 표면 피복된 절연성 나노튜브가 사용된다. 피복용 도전재료로는 주로 금속재료가 적합하다.

도전성 나노튜브로서 카본나노튜브를 예로 들어 설명하면, 그 직경은 약 1㎚ ~ 수십㎚까지 이며, 길이는 나노오더 내지 미크론오더까지 분포하고, 그 종횡비(길이/직경)는 1000 이상에도 이른다. 또 카본나노튜브는 고도의 유연성과 강인성을 가지기 때문에, 그 선단을 개폐하여 나노물질을 파지·방출하는 재료로서는 적합하다.

상기 실시형태에 있어서 사용한 캔틸레버(102)는, 원자간력 현미경(AFM)에서 이용되는 캔틸레버 탐침을 전용한 것이다. 이 캔틸레버 탐침은 실리콘이나 실리콘나이트라이드를 재료로 하여, 반도체 평면기술을 이용하여 가공 형성되어 있다. 따라서, 종래의 글래스제품과 비교하여 고강도이며, 내구성이 뛰어나다. 다만, 이 실시형태에서는 돌출부(106)의 돌출단(106e)의 끝을 날카롭게 가공하지 않고, 평탄면으로 형성하고 있다. 즉, 돌출부(106)를 탐침으로서 사용하지 않고, 도전성 나노튜브의 고정용 홀더로서 사용하기 때문이다.

코팅막(116, 117, 118)을 형성하기 위해서는, 전자현미경 내에서 전자빔에 의해 유기가스를 분해하여, 이 분해퇴적물을 코팅막으로서 사용한다. 유기가스가 탄화수소계 가스인 경우에는 코팅막은 카본막이 되고, 유기가스가 금속유기가스인 경우에는 코팅막은 금속막이 된다. 금속막 쪽이 도전성 나노튜브(108, 109, 110)와 전극막(112, 113, 114)과의 도통성은 확실하게 된다.

나노튜브 기단부를 돌출부에 고정하는 다른 방법으로서, 전자빔조사나 통전가열에 의해 나노튜브기단부를 융착하여 돌출부와 일체적으로 고정시키는 것도 가능하다. 코팅피막과 융착을 병용하면, 나노튜브를 보다 강력하게 고정할 수 있어, 나노튜브의 탈락을 방지하여 정전나노핀셋의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 13은 구상 나노물질을 파지한 상기 실시형태의 작용설명도이다. 먼저, 나노튜브 108의 길이를 다른 나노튜브 109, 110보다 약간 길게 설정해 두어, 선단부 108a가 다른 선단부 109a, 110a보다 아래쪽으로 돌출하도록 배치해 둔다. 이 나노튜브 108의 선단부 108a를 탐침으로서 사용하여, 시료면상의 구상 나노물질(128)의 장소와 위치를 AFM 주사에 의해 검출 확인한다.

다음으로, 3본의 선단부(108a, 109a, 110a)의 중심부에 구상 나노물질(128)이 내포되도록 나노튜브 파지부(111)를 아래로 이동시켜 시료면에 접촉시킨다. 이 상태에서 스위치(126)를 온(ON)으로 하면, 전극막(112, 113, 114)을 통하여 전도성 나노튜브(108, 109, 110)의 선단부(108a, 109a, 110a)에 전압이 인가된다. 요컨대, 선단부 108a는 양극이 되고, 선단부 109a, 110a는 음극이 된다. 양극에는 양전하가 축적되고, 음극에는 음전하가 축적되기 때문에, 양전극은 정전 인력에 의해 안쪽으로 굽어져, 나노튜브 파지부(111)는 구상의 나노물질(128)을 파지하여 닫힌다. 스위치(126)를 오프(OFF)로 하면, 정전인력은 소실되어, 나노튜브의 탄성복원력에 의해 나노튜브 파지부(111)는 열리고, 구상 나노물질(128)을 방출한다.

도 14는 막대모양 나노물질을 파지한 상기 실시형태의 작용설명도이다. 먼저, 나노튜브(108)의 선단부(108a)를 탐침으로 사용하여, 시료면상의 막대모양 나노물질(130)의 장소와 위치를 AFM에 의해 검출 확인한다.

다음으로, 3본의 선단부(108a, 109a, 110a)의 사이에 막대모양 나노물질(130)이 배치되도록 나노튜브 파지부(111)를 아래로 이동시켜서 시료면에 접촉시킨다. 이 상태에서 스위치(126)를 온(ON)으로 하여 선단부(108a, 109a, 110a)를 정전인력에 의해 닫으면, 막대모양 나노물질(130)이 앞뒤에서 파지된다. 이 상태에서, 나노튜브 파지부(111)를 위로 움직이면, 막대모양 나노물질(130)은 도시와 같이 확실히 매달려 올라간다.

이 실시형태에서는, 정전나노핀셋(120)의 나노튜브 파지부(111)를 3본의 도전성 나노튜브(108, 109, 110)로 구성하였다. 나노물질의 형상에 따라서는, 4본의 나노튜브로 나노튜브 파지부(111)를 구성하는 것도 가능하다. 이와 같이, 본 실시형태는 3본 이상의 나노튜브의 개폐에 의해 나노물질을 파지·방출하는 점에 특징을 갖는 정전나노핀셋이다.

도 15는, 이 정전나노핀셋을 이용한 나노매니퓰레이터장치의 작동설명도이다. 시료(132)의 표면에는, 재료가 되는 구상 나노물질(128)이나 막대모양 나노물질(130)이 다수 존재하고 있다. 먼저, 이 원료 나노물질을 정전나노핀셋(120)의 AFM 조작에 의해 검출하여, 나노튜브 파지부(111)에 의해 파지한다. 다음으로, 도시하지 않은 3차원 구동장치에 의해, 정전나노핀셋(120)을 화살표 a방향 및 화살표 b방향으로 이동하여, 나노구조물(134)의 원하는 위치에서 원료나노물질을 방출한다. 이들 조작을 반복함으로써, 다양한 나노물질을 원재료로 하여 원하는 나노구조물(134)을 시료(132)의 표면에 형성할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도전성 나노튜브(108, 109, 110)의 폐조작(閉操作)은, 전극막(112, 113, 114)을 통한 전압의 인가에 의한 정전인력에 의해 수행된다. 또, 그 개조작(開操作)은 전압의 해제에 의한 도전성 나노튜브의 탄성복원력에 의해 수행된다. 정전나노핀셋(120)의 이동 제어는 AFM(원자간력 현미경)의 이동제어기구에 의해 실현된다.

이 정전나노핀셋(120)을 원재료 위치로부터 나노구조물 위치까지 이동 제어하는데는, 도 5에 나타낸 AFM의 이동제어기구를 사용한다. 이 이동제어기구와 정전나노핀셋(120)의 조합에 의해 나노매니퓰레이터장치가 구성된다. 도 5는 이미 상세하게 설명되어 있기 때문에, 여기서는 그 설명을 생략한다.

3본의 도전성 나노튜브의 1본을 AFM용의 탐침으로서 사용하여, 표면 요철상을 촬상하여 원재료 위치를 확인한다. 원재료를 파지한 후, 나노튜브 파지부(111)를 나노구조물의 위치까지 이동시키고, 나노튜브 파지부(111)를 열어서 파지하여 온 나노물질을 시료 표면(132a)상에 방출한다. 이 조작을 반복하여, 나노구조물을 조립한다.

나노튜브 파지부(111)의 1본 나노튜브로, 또는 3본이 닫힌 상태인 채의 전체로 AFM 조작하면, 나노구조물의 전체 형상을 표시장치에 촬상할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 나노매니퓰레이터장치는 나노월드를 자재로 구성할 수 있는 나노로봇이다. 이 나노매니퓰레이터장치는 진공, 대기를 포함하여 각종의 분위기 중에서 사용할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 도전성 나노튜브에 전압을 인가하는 리드전극으로서, 캔틸레버에 필요 본수의 전극막을 형성하였다. 다른 방법으로서, 전극막과 리드선을 조합하거나, 리드선만으로 리드전극을 구성하는 것도 가능하다. 극미의 개소에는, 긴 카본나노튜브 등의 도전성 나노튜브를 리드선으로서 이용할 수도 있다. 나노튜브끼리의 결합은 융착방식·코팅막방식 등을 이용할 수 있다. 융착방식은 전자빔조사, 이온빔조사, 전류통전가열 등의 방법에 의해 수행할 수 있다.

본 실시형태는 도전성 나노튜브 사이의 정전기력에 의해 나노물질을 파지할 수 있는 정전 나노핀셋이다. 따라서 파지할 나노물질이 절연성인 경우에는 유효하지만, 도전성 나노물질인 경우에는 단락할 가능성이 있다. 그러나, 이 도전성 나노튜브의 표면을 절연피막으로 피복한 경우에는, 도전성 나노물질을 파지한 경우에도, 도전성 나노튜브 사이는 단락하지 않기 때문에, 나노핀셋으로서 유효하게 기능한다. 절연피막으로서는 하이드로카본막이 적합하게 이용될 수 있으며, 전자빔 조사에 의해 도전성 나노튜브 표면에 피막형성할 수 있다. 절연막의 재료나 피복방법에는 다른 공지재료나 공지방법이 이용 가능하다는 것은 당연하다.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에 있는 각종 변형예, 설계변형 등을 그 기술적 범위내에 포함하는 것임은 말할 것도 없다.

제 1 항의 발명에 의하면, 나노튜브의 표면을 절연물질로 코팅하였기 때문에, 정전인력에 의해 닫아도 쇼트되지 않는다. 따라서 각종 전기물성을 가진 나노물질을 핀셋조작할 수 있다. 이 발명은 정전인력방식의 나노핀셋의 모든 구조에 적용할 수 있다.

제 2 항의 발명에 의하면, AFM용의 캔틸레버의 피라미드부를 나노튜브 홀더로서 사용하기 때문에 나노핀셋 전체의 강도가 높으며, 게다가 배선을 나노튜브 리드선이나 CVD 리드선 등으로 구성하기 때문에 초미세의 나노스케일 배선이 가능하게 되어, 회로구성을 콤팩트하게 할 수 있다.

제 3 항의 발명에 의하면, 압전막에 의해 나노튜브 선단 사이를 개폐 자재로 만들기 때문에, 나노물질의 전기적 성질, 즉 절연체, 반도체, 도전체의 차이에 관계없이 파지하는 것이 가능하게 되고, 나노튜브의 절연피복을 필요로 하지 않는 점에서 정전인력방식보다도 성능향상을 도모할 수 있다.

제 4 항의 발명에 의하면, 제 3 항의 홀더로서 캔틸레버의 피라미드부를 사용하기 때문에, 나노핀셋 전체의 강도가 높고, 게다가 대상이 되는 나노물질의 전기적 성질에 관계없이 모든 물질을 파지할 수 있어, 광범위한 응용성을 갖는 나노핀셋을 제공할 수 있다.

제 5 항의 발명에 의하면, 나노튜브에 압전막을 형성하는 대신에, 사이즈적으로 큰 피라미드편에 압전막을 형성하기 때문에, 압전막의 형성이 용이하게 된다. 이로 인해, 압전막의 사이즈도 커지기 때문에, 압전막에의 나노튜브 리드선의 결선 등의 작업성도 개선할 수 있다.

제 6 항의 발명에 의하면, 3본 이상의 도전성 나노튜브를 나노물질을 파지하는 부재로서 사용하였기 때문에, 편평한 모양의 나노물질 뿐만 아니라, 구상의 나노물질이나 막대모양의 나노물질 등 임의의 형상의 나노물질을 안정하고 확실하게 파지할 수 있다. 게다가 도전성 나노튜브의 개폐는 전압인가에 의한 정전인력 및 전압해제에 의한 탄성복원력에 의해 수행되기 때문에, 개폐조작이 간단하여 나노물질의 파지·이동·방출을 용이하게 수행할 수 있다.

제 7 항의 발명에 의하면, AFM 측정에 사용되는 반도체제의 캔틸레버를 사용하기 때문에, 내구성이 있는 고강도의 정전나노핀셋을 제공할 수 있다.

제 8 항의 발명에 의하면, 나노핀셋을 시료에 대해 XYZ 방향으로 이동 제어하는 3차원 구동기구를 장비하였기 때문에, 나노핀셋 또는 정전나노핀셋에 의해 나노물질을 파지하여, 원하는 위치까지 이동시켜서, 임의의 형상의 나노구조물을 조립할 수 있는 나노매니퓰레이터장치를 실현할 수 있다.

제 9 항의 발명에 의하면, 정전나노핀셋을 구성하는 3본 이상의 도전성 나노튜브로부터 선택된 1본의 나노튜브를 주사형 프로브현미경용의 탐침으로서 사용하기 때문에, 시료 표면의 물성정보를 검출할 수 있는 나노매니퓰레이터장치를 실현할 수 있다. 또, 이 나노매니퓰레이터장치를 사용하면, 시료 표면상의 나노물질의 위치를 찾아 내어, 그 나노물질의 형상을 확인하면서, 나노물질의 파지·이동·방출을 수행할 수 있는 등, 뛰어난 기능을 갖는다.

Claims (16)

1. 홀더에 기단부를 고정하여 돌설된 복수의 나노튜브와, 이들 나노튜브의 표면을 절연 피복하는 코팅피막과, 이 중 2본의 나노튜브에 연결된 리드선으로 이루어지며, 이 리드선 사이에 전압을 인가하여 정전인력에 의해 상기 2본의 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재로 만든 것을 특징으로 하는 나노핀셋.
2. 캔틸레버에 돌설된 피라미드부와, 이 피라미드부에 기단부를 고정시켜 돌설된 복수의 나노튜브와, 이 중 2본의 나노튜브에 연결된 리드선으로 이루어지며, 이 리드선 사이에 전압을 인가하여 정전인력에 의해 상기 2본의 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재로 만든 것을 특징으로 하는 나노핀셋.
3. 홀더에 기단부를 고정하여 돌설될 복수의 나노튜브와, 이 중 1본 이상의 나노튜브의 표면에 형성된 압전막으로 이루어지며, 이 압전막에 전압을 인가하여 압전막을 신축시켜 상기 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재로 만든 것을 특징으로 하는 나노핀셋.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 홀더는 캔틸레버의 피라미드부인 것을 특징으로 하는 나노핀셋.
5. 캔틸레버의 피라미드부를 구성하는 변형 가능한 복수의 피라미드편과, 이 피라미드편의 선단에 돌출상으로 고정된 나노튜브와, 1개 이상의 피라미드편의 측면에 형성된 압전막으로 이루어지며, 이 압전막에 전압을 인가하여 압전막을 신축시켜서, 피라미드편을 가요 자재로 만들어, 나노튜브의 선단 사이를 개폐하는 것을 특징으로 하는 나노핀셋.
6. 홀더에 기단부를 고정하여 돌설된 3본 이상의 나노튜브와, 이 중 3본 이상의 나노튜브에 각각 연결된 리드전극으로 이루어지며, 이들 리드전극 사이에 전압을 인가하여 그 정전인력에 의해 상기 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재로 만든 것을 특징으로 하는 정전나노핀셋.
7. 캔틸레버에 돌설된 돌출부와, 이 돌출부에 기단부를 고정하여 돌설된 3본 이상의 나노튜브와, 이 중 3본 이상의 도전성 나노튜브에 각각 연결된 리드전극으로 이루어지며, 이들 리드전극 사이에 전압을 인가하여 정전인력에 의해 상기 나노튜브의 선단 사이를 개폐 자재로 만든 것을 특징으로 하는 정전나노핀셋.
8. 나노핀셋으로 나노물질을 시료에 반송 제어하는 나노매니퓰레이터장치로서, 홀더에 기단부를 고정하여 돌설된 복수의 나노튜브와, 이들 나노튜브의 표면을 절연 피복하는 코팅피막과, 이 중 2본의 나노튜브에 연결된 리드선으로 이루어지며, 이 리드선 사이에 전압을 인가하여 정전인력에 의해 상기 2본의 나노튜브의 선단 사이가 개폐 자재로 만들어진 나노핀셋과, 상기 나노핀셋을 시료에 대해 XYZ 방향으로 이동제어하는 3차원 구동기구로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노매니퓰레이터장치.
9. 삭제
10. 나노핀셋으로 나노물질을 시료에 반송 제어하는 나노매니퓰레이터장치로서, 캔틸레버에 돌설된 피라미드부와, 이 피라미드부에 기단부를 고정시켜 돌설된 복수의 나노튜브와, 이 중 2본의 나노튜브에 연결된 리드선으로 이루어지며, 이 리드선 사이에 전압을 인가하여 정전인력에 의해 상기 2본의 나노튜브의 선단 사이가 개폐 자재로 만들어진 나노핀셋과, 상기 나노핀셋을 시료에 대해 XYZ 방향으로 이동제어하는 3차원 구동기구로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노매니퓰레이터장치.
11. 나노핀셋으로 나노물질을 시료에 반송 제어하는 나노매니퓰레이터장치로서, 홀더에 기단부를 고정하여 돌설된 복수의 나노튜브와, 이 중 적어도 1본의 나노튜브의 표면에 형성된 압전막으로 이루어지며, 이 압전막에 전압을 인가하여 압전막을 신축시켜 상기 나노튜브의 선단 사이가 개폐 자재로 만들어진 나노핀셋과, 상기 나노핀셋을 시료에 대해 XYZ 방향으로 이동제어하는 3차원 구동기구로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노매니퓰레이터장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 홀더는 캔틸레버의 피라미드부인 것을 특징으로 하는 나노매니퓰레이터장치.
13. 나노핀셋으로 나노물질을 시료에 반송 제어하는 나노매니퓰레이터장치로서, 캔틸레버의 피라미드부를 구성하는 변형 가능한 복수의 피라미드편과, 이 피라미드편의 선단에 돌출상으로 고정된 나노튜브와, 적어도 1개의 피라미드편의 측면에 형성된 압전막으로 이루어지며, 이 압전막에 전압을 인가하여 압전막을 신축시켜서, 피라미드편을 가요 자재로 만들어, 나노튜브의 선단 사이를 개폐하도록 만들어진 나노핀셋과, 상기 나노핀셋을 시료에 대해 XYZ 방향으로 이동제어하는 3차원 구동기구로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노매니퓰레이터장치.
14. 나노핀셋으로 나노물질을 시료에 반송 제어하는 나노매니퓰레이터장치로서, 홀더에 기단부를 고정하여 돌설된 3본 이상의 나노튜브와, 이 중 적어도 3본의 나노튜브에 각각 연결된 리드전극으로 이루어지며, 이들 리드전극 사이에 전압을 인가하여 그 정전인력에 의해 상기 나노튜브의 선단 사이가 개폐 자재로 만들어진 나노핀셋과, 상기 나노핀셋을 시료에 대해 XYZ 방향으로 이동제어하는 3차원 구동기구로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노매니퓰레이터장치.
15. 나노핀셋으로 나노물질을 시료에 반송 제어하는 나노매니퓰레이터장치로서, 캔틸레버에 돌설된 돌출부와, 이 돌출부에 기단부를 고정하여 돌설된 3본 이상의 나노튜브와, 이 중 적어도 3본의 나노튜브에 각각 연결된 리드전극으로 이루어지며, 이들 리드전극 사이에 전압을 인가하여 정전인력에 의해 상기 나노튜브의 선단 사이가 개폐 자재로 만들어진 나노핀셋과, 상기 나노핀셋을 시료에 대해 XYZ 방향으로 이동제어하는 3차원 구동기구로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노매니퓰레이터장치.
16. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노튜브 중에서, 적어도 1본 이상의 나노튜브를 주사형 프로브현미경용 탐침으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 나노핀셋.