KR20060013025A - Electrostatically driven nano gripping device - Google Patents

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KR20060013025A
KR20060013025A KR1020040061794A KR20040061794A KR20060013025A KR 20060013025 A KR20060013025 A KR 20060013025A KR 1020040061794 A KR1020040061794 A KR 1020040061794A KR 20040061794 A KR20040061794 A KR 20040061794A KR 20060013025 A KR20060013025 A KR 20060013025A
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마슬로우레오니드
유진규
김철순
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 정전기적으로 구동되는 적어도 두 개의 나노 튜브가 프로브 팁에 장착된 나노 집게를 개시한다. 본 발명에 따른 나노 집게는, 테이퍼진 팁이 일측 단부로부터 축방향으로 돌출하여 형성된 도전성 프로브; 상기 프로브 표면의 적어도 일부에 형성된 절연층; 상기 프로브 표면의 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 전극; 상기 전극과 연결되며, 상기 프로브 팁 보다 더 돌출하도록 상기 절연층 상에 부착된 적어도 두 개의 전도성 나노 소자; 및 상기 도전성 프로브 및 전극에 각각 전압을 공급하기 위한 전원;을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses nano forceps with at least two electrostatically driven nanotubes mounted to a probe tip. Nano tong according to the present invention, the tapered tip is a conductive probe formed by protruding in the axial direction from one end; An insulating layer formed on at least a portion of the probe surface; At least one electrode formed on an insulating layer on the probe surface; At least two conductive nanodevices connected to the electrode and attached to the insulating layer to protrude more than the probe tip; And a power supply for supplying a voltage to the conductive probe and the electrode, respectively.

주사터널현미경(STM), 원자력현미경(AFM), 프로브, 나노 집게, 탄소나노튜브, 정전기력, 나노 물질Scanning tunnel microscope (STM), atomic force microscope (AFM), probe, nano forceps, carbon nanotube, electrostatic force, nanomaterial

Description

정전기적으로 구동되는 나노 집게{Electrostatically driven nano gripping device}Electrostatically driven nano gripping device

도 1은 일반적인 주사터널현미경(STM) 또는 원자력현미경(AFM)에서 나노 집게가 부착된 프로브가 샘플 위를 주사하는 모습을 도시한다.FIG. 1 shows a probe in which a nano-tipped probe is scanned on a sample in a typical scanning tunnel microscope (STM) or an atomic force microscope (AFM).

도 2a 및 도 2b는 종래의 나노 집게의 구성을 개략적으로 도시한다.2A and 2B schematically show the configuration of a conventional nano forceps.

도 3은 종래의 다른 나노 집게의 구성을 개략적으로 도시한다.Figure 3 schematically shows the configuration of another conventional nano forceps.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게의 구조를 도시한다.4A to 4E show the structure of the nano forceps according to the first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게의 동작을 설명한다.5 illustrates the operation of the nano forceps according to the first embodiment of the present invention.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나노 집게의 구조를 도시하는 사시도 및 단면도이다.6A to 6C are a perspective view and a cross-sectional view showing the structure of the nano forceps according to the second embodiment of the present invention.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 나노 집게의 구조 및 동작을 도시한다.7A and 7B show the structure and operation of the nano forceps according to the third embodiment of the present invention.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 나노 집게의 구조 및 동작을 도시한다.8A and 8B show the structure and operation of the nano forceps according to the fourth embodiment of the present invention.

도 9은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게의 변형예를 도시하는 단면도이다.9 is a cross-sectional view showing a modification of the nano forceps according to the first embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게의 각 구성요소의 길이를 설명한다.10 illustrates the length of each component of the nano forceps according to the first embodiment of the present invention.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게에서 프로브 팁과 나노 튜브 사이의 정전기력 분포를 예시적으로 도시한다.11A and 11B exemplarily show an electrostatic force distribution between a probe tip and a nanotube in a nano nipper according to a first embodiment of the present invention.

도 12는 나노 튜브 간의 간격과 인가 전압의 관계를 예시적으로 나타내는 그래프이다.12 is a graph exemplarily illustrating a relationship between an interval between nanotubes and an applied voltage.

도 13a 내지 도 13c는 프로브 팁의 길이와 정전기력의 크기 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.13A to 13C are diagrams for describing a relationship between the length of the probe tip and the magnitude of the electrostatic force.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※

10,30,50,60...나노 집게 11,31,54,64...프로브10,30,50,60 ... nano tongs 11,31,54,64 ... probes

12,32,55,65...프로브 팁 13,14,51,61...제 1 전극12,32,55,65 ... probe tip 13,14,51,61 ... first electrode

15,37,56,66...제 2 전극 16,17,53,63...나노 튜브15,37,56,66 ... second electrode 16,17,53,63 ... nanotube

19,39,57,67...절연필름 20............전원19,39,57,67 ... Insulation film 20 ............ Power

본 발명은 정전기적으로 구동되는 나노 집게에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 정전기적으로 구동되는 적어도 두 개의 나노 튜브가 프로브 팁에 장착된 나노 집게에 관한 것이다.The present invention relates to electrostatically driven nano nippers, and more particularly, to nano nippers having at least two electrostatically driven nanotubes mounted to a probe tip.

나노 크기의 물질을 관찰하고 다룰 수 있는 새로운 도구의 개발은 나노 기술 의 발전에 매우 중요하다. 현재, 단일 원자 크기의 수준으로 동작할 수 있는 주사터널현미경(scanning tunneling microscope; STM), 원자력현미경(atomic force microscope; AFM) 및 주사탐침현미경(scanning probe microscope; SPM) 등과 같은 장치들이 이러한 목적에 적용되고 있다. 그러나, 이들 장치들에서 사용되는 프로브 팁(probe tip)은 나노 크기의 물질을 다루는데는 한계가 있다. 예컨대, 프로브 팁은 물체를 붙잡을 수 없으며 물체를 원하는 목적지로 정확히 이동시키는 것이 불가능하다. 따라서, 나노 크기의 입자나 구조체를 조작하고 조립하기 위하여 상술한 현미경들에서 두 개의 프로브 팁을 이용하여 집게(tweezer)처럼 사용하는 방안이 제시되었다.The development of new tools for observing and handling nanoscale materials is critical to the development of nanotechnology. Currently, devices such as scanning tunneling microscope (STM), atomic force microscope (AFM) and scanning probe microscope (SPM), which can operate at a single atomic size level, are used for this purpose. Is being applied. However, the probe tip used in these devices is limited in handling nanoscale materials. For example, the probe tip cannot hold the object and it is impossible to move the object exactly to the desired destination. Therefore, a method of using as a tweezer using two probe tips in the aforementioned microscopes has been proposed for manipulating and assembling nano-sized particles or structures.

도 1은 일반적인 주사터널현미경(STM) 또는 원자력현미경(AFM)에서 나노 집게가 부착된 프로브가 샘플 위를 주사하는 모습을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 현미경은, 샘플 홀더(130) 상에 놓인 샘플(150) 표면 위를 이동하는 프로브(140)를 통해 샘플(150)의 표면을 관찰하는 동시에, 프로브(140)에 부착된 두 개의 탄소나노튜브(141,142)를 통해 샘플(150) 표면에 있는 물체를 붙잡아 이동시킬 수 있도록 구성되어 있다.FIG. 1 shows a probe in which a nano-tipped probe is scanned on a sample in a typical scanning tunnel microscope (STM) or an atomic force microscope (AFM). As shown in FIG. 1, the microscope observes the surface of the sample 150 through the probe 140 moving over the surface of the sample 150 placed on the sample holder 130, while simultaneously detecting the surface of the sample 150. Two carbon nanotubes (141, 142) attached to the structure is configured to catch and move the object on the surface of the sample (150).

이러한 나노 집게의 한 예는, Kim P. 및 Lieber C.M.의 "Nanotube nanotweezers"(Science 286, 2148(1999))에 게재되어 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, Kim P. 등의 나노 집게(200)는 절연층(230)에 의해 분리된 두 개의 개별적인 전극(210 및 220) 위에 전도성을 가진 1㎛ 길이의 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube)(215 및 225)를 부착한 구조이다. 이러한 구조에 서, 두 개의 개별적인 전극(210,220)에 0 내지 10V의 전압을 인가하면, 두 개의 탄소나노튜브(215,225) 사이에 전기적인 인력(electrostatic attractive)이 작용하면서, 상기 탄소나노튜브(215,225)의 자유 단(free ends)들이 서로 맞붙게 된다. 즉, 두 개의 전극(210,220)에 전압을 인가할 경우, 두 개의 탄소나노튜브(215,225)에 양전하(positive charge)와 음전하(negative charge)가 각각 축적되고, 상기 음전하와 양전하 사이의 인력에 의해 나노 집게(200)가 동작하는 것이다. 상기 나노 집게(200)는 약 500nm 정도 크기의 물체(object)를 잡아서 조작하는 것이 가능하다. 또한, 상기 나노 집게(200)에 의한 파지력(gripping force)는 10nN 이상이었다.One example of such nano-tweezers is disclosed in "Nanotube nanotweezers" by Kim P. and Lieber C.M. (Science 286, 2148 (1999)). As shown in FIGS. 2A and 2B, nano-tweezers 200 by Kim P. et al. Are multi-walled, 1 μm long, conductive over two individual electrodes 210 and 220 separated by an insulating layer 230. It is a structure attached to the multi-walled carbon nanotubes (215 and 225). In this structure, when a voltage of 0 to 10V is applied to two individual electrodes 210 and 220, an electrostatic attractive force is applied between the two carbon nanotubes 215 and 225, and the carbon nanotubes 215 and 225 are applied. The free ends of are joined together. That is, when a voltage is applied to the two electrodes 210 and 220, positive and negative charges are accumulated in the two carbon nanotubes 215 and 225, respectively, and the nano charge is induced by the attraction between the negative and positive charges. Forceps 200 is to operate. The nano forceps 200 can be manipulated by holding an object having a size of about 500 nm. In addition, the gripping force by the nano forceps 200 was 10 nN or more.

그러나, 도 2a에 도시된 나노 집게(200)는 부도체나 반도체와 같은 물체만을 들어올릴 수 있으며, 전도성 물질은 들어올릴 수 없다. 만약 전도성 물질을 들어올리려고 할 경우, 두 개의 탄소나노튜브(215,225)는 전기적으로 단락 상태가 된다. 즉, 상기 전도성 물질을 통해 두 탄소나노튜브(215,225) 사이로 전류가 흐르게 되면서, 상기 두 개의 탄소나노튜브(215,225)에 작용하는 전기적 인력은 사라지게 된다. 더욱이, 나노 크기의 전도성 물질로 전류가 흐르게 될 경우, 과도한 전류로 인해 상기 물질이 파괴될 위험이 있다. 따라서, 상기 나노 집게(200)는 부도체와 반도체에 대해서만 제한적으로 사용될 수 있다.However, the nano forceps 200 illustrated in FIG. 2A may lift only an object such as a non-conductor or a semiconductor, and may not lift a conductive material. If the conductive material is to be lifted, the two carbon nanotubes 215 and 225 are electrically shorted. That is, as electric current flows between the two carbon nanotubes 215 and 225 through the conductive material, the electrical attraction acting on the two carbon nanotubes 215 and 225 disappears. Moreover, when current flows into a nano-sized conductive material, there is a risk of breaking the material due to excessive current. Therefore, the nano forceps 200 may be used only for non-conductors and semiconductors.

상기 나노 집게(200)의 또 하나의 문제점은, 상기 나노 집게(200)가 두 개의 탄소나노튜브만으로 구성되어 있다는 점이다. 따라서, 상기 나노 집게(200)로 들어올릴 수 있는 물체는, 그 물체의 형태에 따라 제한이 있을 수밖에 없다. 예컨대, 상기 나노 집게(200)로 구형이나 막대 형태의 나노 물질을 붙잡기는 매우 어렵다. 또한, 비록 그러한 형태의 물질을 붙잡더라도, 매우 불안정하기 때문에 항상 떨어뜨릴 위험이 존재한다.Another problem of the nano forceps 200 is that the nano forceps 200 is composed of only two carbon nanotubes. Therefore, the object that can be lifted by the nano forceps 200, there is no limit depending on the shape of the object. For example, it is very difficult to catch the spherical or rod-shaped nanomaterial with the nano forceps 200. Also, even if you hold onto that type of material, there is always the risk of dropping because it is very unstable.

이러한 문제점을 개선하기 위해 제안된 구조는, Nakayama Y. 등의 미국특허 제6,669,256호(2003.12.30) "Nanotweezers and nanomanipulator"에 개시되어 있다. 도 3은 상기 미국특허에 개시된 나노 집게(300)의 구조를 개략적으로 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 나노 집게(300)는 베이스 단부가 홀더(330)에 고정되어 있는 다수의 탄소나노튜브(340a,340b,340c)로 구성된다. 상기 다수의 탄소나노튜브(340a,340b,340c)의 타측 단부는 상기 홀더(330)로부터 돌출되어 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브(340a,340b,340c)들의 표면은 절연체(미도시)로 코팅되어 있다. 상기 탄소나노튜브(340a,340b,340c)들은 베이스 단부들에 각각 연결되어 있는 다수의 전극(320a,320b,320c)을 통해 전압을 인가 받는다. 여기서, 전극(320a,320c)에는 리드선(lead wire)(310)을 통해 음의 전압이 인가되며, 전극(320b)에는 리드선(315)을 통해 양의 전압이 인가된다. 따라서, 스위치가 닫힐 경우, 두 개의 탄소나노튜브(340a,340c)에는 음의 전압이, 나머지 하나의 탄소나노튜브(340b)에는 양의 전압이 인가된다. 그 결과, 탄소나노튜브(340b)와 탄소나노튜브(340a,340c) 사이에 정전기적 인력이 작용하여 물체를 집을 수 있게 된다.A proposed structure to remedy this problem is disclosed in US Pat. No. 6,669,256 (2003.12.30) "Nanotweezers and nanomanipulator" to Nakayama Y. et al. Figure 3 schematically shows the structure of the nano-tweezers 300 disclosed in the US patent. As shown in FIG. 3, the nano tongs 300 includes a plurality of carbon nanotubes 340a, 340b, and 340c having a base end fixed to the holder 330. The other ends of the plurality of carbon nanotubes 340a, 340b, and 340c protrude from the holder 330. In addition, the surfaces of the carbon nanotubes 340a, 340b, and 340c are coated with an insulator (not shown). The carbon nanotubes 340a, 340b, and 340c receive a voltage through a plurality of electrodes 320a, 320b, and 320c connected to the base ends, respectively. Here, a negative voltage is applied to the electrodes 320a and 320c through the lead wire 310, and a positive voltage is applied to the electrodes 320b through the lead wire 315. Therefore, when the switch is closed, a negative voltage is applied to the two carbon nanotubes 340a and 340c and a positive voltage is applied to the other carbon nanotubes 340b. As a result, an electrostatic attraction acts between the carbon nanotubes 340b and the carbon nanotubes 340a and 340c to pick up the object.

상기 미국특허에 개시된 나노 집게(300)의 경우, 탄소나노튜브의 표면에 절연물질을 코팅하였기 때문에, 도전성 물체를 잡을 경우에도 전기적 단락 현상이 일어나지 않는다. 또한, 적어도 세 개의 탄소나노튜브를 사용하기 때문에, 구형이나 막대형과 같은 다양한 형태의 나노 물질도 다룰 수 있다.In the case of the nano-tweezers 300 disclosed in the US patent, since an insulating material is coated on the surface of the carbon nanotubes, an electrical short circuit does not occur even when a conductive object is caught. In addition, since at least three carbon nanotubes are used, various types of nanomaterials such as spheres and rods can be handled.

그러나, 상기 나노 집게(300) 역시 다음과 같은 여러 가지 문제점을 가지고 있다. 먼저, 탄소나노튜브와 같은 나노 크기의 물체에 절연 물질을 코팅하는 것은 대단히 복잡하고 어려운 공정을 필요로 한다. 또한, 탄소나노튜브의 셀(shell) 두께는 하나의 탄소원자층의 두께와 같은데, 이렇게 얇은 탄소나노튜브의 표면에 새로운 물질층을 형성하는 것은 탄소나노튜브의 전기적 및 기계적 특성을 변화시킬 우려가 있다. 더욱이, 탄소나노튜브에 절연층을 형성하더라도, 높은 전압에서 큰 전기적 인력이 생성될 경우 전기적 단락이 발생할 가능성은 여전히 존재한다. 특히, 장기간의 사용으로 인해 탄소나노튜브가 구부러졌다가 펴지는 동작을 반복하게 되면, 탄소나노튜브에 코팅된 절연층이 손상될 수 있다. 또한, 다수의 탄소나노튜브에 각각 상이한 전하가 대전되기 때문에, 탄소나노튜브들 사이에 전자기장이 형성된다. 이러한 전자기장은 어떤 종류의 물체(예컨대, 생물체, 유전자, DNA 등)에는 매우 해롭고 예측할 수 없는 영향을 줄 수가 있다. 마지막으로, 음전하와 양전하로 대전된 다수의 탄소나노튜브들 사이의 복잡한 상호작용으로 인해, 세 개 이상의 탄소나노튜브를 사용할 경우, 정확한 동작을 예측하기가 어렵다.However, the nano forceps 300 also have various problems as follows. First, coating an insulating material on a nano-sized object such as carbon nanotubes requires a very complicated and difficult process. In addition, the shell thickness of the carbon nanotubes is equal to the thickness of one carbon atom layer, and forming a new material layer on the surface of the carbon nanotubes may change the electrical and mechanical properties of the carbon nanotubes. have. Moreover, even if the insulating layer is formed on the carbon nanotubes, there is still a possibility that an electrical short occurs when a large electrical attraction is generated at high voltage. In particular, if the carbon nanotubes are repeatedly bent and unrolled due to prolonged use, the insulating layer coated on the carbon nanotubes may be damaged. In addition, since different charges are charged to the plurality of carbon nanotubes, an electromagnetic field is formed between the carbon nanotubes. Such electromagnetic fields can have very harmful and unpredictable effects on certain kinds of objects (eg, organisms, genes, DNA, etc.). Finally, due to the complex interaction between the negatively charged and the positively charged carbon nanotubes, it is difficult to predict the correct behavior when using three or more carbon nanotubes.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 임의의 형태를 갖는 나노 물질을 다룰 수 있는 효율적이고 저렴한 나노 집게를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to provide an efficient and inexpensive nano-tweezers capable of handling nanomaterials having any shape, as described above.

특히, 본 발명의 목적은, 도전성 나노 물질을 집을 때에도 전기적 단락의 위험이 없으며, 전자기장의 발생으로 인한 나노 물질의 손상 가능성이 없는 나노 집 게를 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, it is an object of the present invention to provide a nano-tweezers, even when picking up conductive nano-materials, there is no risk of electrical short-circuit and there is no possibility of damaging the nano-materials due to the generation of electromagnetic fields.

본 발명의 한 유형에 따른 나노 집게는, 테이퍼진 팁이 일측 단부로부터 축방향으로 돌출하여 형성된 도전성 프로브; 상기 프로브 표면의 적어도 일부에 형성된 절연층; 상기 프로브 표면의 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 전극; 상기 전극과 연결되며, 상기 프로브 팁 보다 더 돌출하도록 상기 절연층 상에 부착된 적어도 두 개의 전도성 나노 소자; 및 상기 도전성 프로브 및 전극에 각각 전압을 공급하기 위한 전원;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 전극에는 제 1 극성의 전압이 인가되고, 상기 도전성 프로브에는 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 전압이 인가될 경우, 상기 나노 소자와 상기 테이퍼진 프로브 팁 사이에 정전기력 인력이 발생한다.Nano tong according to one type of the present invention, the tapered tip is a conductive probe formed by protruding axially from one end; An insulating layer formed on at least a portion of the probe surface; At least one electrode formed on an insulating layer on the probe surface; At least two conductive nanodevices connected to the electrode and attached to the insulating layer to protrude more than the probe tip; And a power supply for supplying a voltage to the conductive probe and the electrode, respectively. Here, when a voltage of a first polarity is applied to the electrode and a voltage of a second polarity opposite to the first polarity is applied to the conductive probe, electrostatic force attraction occurs between the nano device and the tapered probe tip. .

본 발명의 다른 유형에 따른 나노 집게는, 테이퍼진 팁이 일측 단부로부터 축방향으로 돌출하여 형성된 절연성 프로브; 상기 테이퍼진 프로브 팁 상에 소정의 두께로 형성된 전도성 필름; 상기 전도성 필름 상에 형성된 절연필름; 상기 프로브 표면에 형성된 적어도 하나의 제 1 전극; 상기 프로브 표면에 형성되며, 상기 전도성 필름과 연결되는 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 연결되며, 상기 프로브 팁 보다 더 돌출하도록 상기 프로브 표면에 부착된 적어도 두 개의 전도성 나노 소자; 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 각각 전압을 공급하기 위한 전원;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제 1 전극에는 제 1 극성의 전압이 인가되고, 상기 제 2 전극에는 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 전압이 인가될 경우, 상기 나노 소 자와 상기 전도성 필름 사이에 정전기력 인력이 발생한다.Nano tong according to another type of the present invention, the tapered tip is an insulating probe formed by protruding axially from one end; A conductive film formed to a predetermined thickness on the tapered probe tip; An insulating film formed on the conductive film; At least one first electrode formed on the probe surface; A second electrode formed on the probe surface and connected to the conductive film; At least two conductive nanodevices connected to the first electrode and attached to the probe surface to protrude more than the probe tip; And a power source for supplying a voltage to the first electrode and the second electrode, respectively. Here, when a voltage of a first polarity is applied to the first electrode and a voltage of a second polarity opposite to the first polarity is applied to the first electrode, an electrostatic force attraction is applied between the nano element and the conductive film. Occurs.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 나노 집게의 구성 및 동작에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail the configuration and operation of the nano forceps according to various embodiments of the present invention.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게의 구조를 예시적으로 도시한다. 먼저, 도 4a의 횡단면도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게(10)는, 테이퍼지게 형성된 팁 부분(12)을 갖는 프로브(probe)(11) 상에 나란하게 부착된, 예컨대, 두 개의 탄소나노튜브(16,17)를 포함한다. 탄소나노튜브는 두께가 10nm ~ 50nm에 불과하며, 전기전도성을 갖는 안정된 물질이다. 탄소나노튜브 대신 금속으로 된 나노 와이어 등과 같은 다른 전도성 나노 소자를 이용하는 것도 가능하다. 이하에서는, 편의상 탄소나노튜브를 사용하는 것으로 설명한다. 상기 두 개의 탄소나노튜브(16,17)의 말단(16c,17c)은 상기 프로브의 팁(12) 보다 더 길게 연장되어 자유단(free end)를 형성한다. 여기서, 프로브의 팁 부분(12)이 테이퍼지게 형성되어 있기 때문에, 상기 탄소나노튜브(16,17)의 중간 부분(16b,17b)과 팁(12) 사이에는 각도 α, β에 의해 정의되는 자유 공간(21,22)이 형성된다. 상기 탄소나노튜브(16,17)의 베이스부(16a,17a)는 상기 프로브(11)에 부착되어 고정된다. 또한, 상기 베이스부(16a,17a)와 전기적으로 연결되는 두 개의 제 1 전극(13,14)이 프로브(11)에 부착되어 있다. 상기 두 개의 제 1 전극(13,14)은 상기 두 개의 탄소나노튜브(16,17)에 각각 동일한 극성과 크기의 전압을 인가하기 위한 것이다.4A to 4E exemplarily illustrate a structure of nano forceps according to a first embodiment of the present invention. First, as shown in the cross-sectional view of FIG. 4A, the nano forceps 10 according to the first embodiment of the present invention are attached side by side on a probe 11 having a tapered tip portion 12. For example, two carbon nanotubes (16, 17). Carbon nanotubes have a thickness of only 10 nm to 50 nm and are stable materials having electrical conductivity. It is also possible to use other conductive nanodevices such as nanowires made of metal instead of carbon nanotubes. In the following description, carbon nanotubes are used for convenience. Ends 16c and 17c of the two carbon nanotubes 16 and 17 extend longer than the tip 12 of the probe to form a free end. Here, since the tip portion 12 of the probe is tapered, the freedom defined by the angles α and β between the middle portions 16b and 17b of the carbon nanotubes 16 and 17 and the tip 12. Spaces 21 and 22 are formed. Base portions 16a and 17a of the carbon nanotubes 16 and 17 are attached to and fixed to the probe 11. In addition, two first electrodes 13 and 14 electrically connected to the base portions 16a and 17a are attached to the probe 11. The two first electrodes 13 and 14 are for applying voltages of the same polarity and magnitude to the two carbon nanotubes 16 and 17, respectively.

한편, 상기 프로브 팁(12)에는 전도성 필름(18)이 형성되어 있다. 여기서, 전도성 필름(18)은 프로브 팁(12)에 전체적으로 형성될 수도 있지만, 상기 두 개의 탄소나노튜브(16,17)와 대향하는 부분에만 형성될 수도 있다. 상기 전도성 필름(18)은 프로브(11)에 형성된 제 2 전극(15)과 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 전도성 필름(18) 위에는 절연필름(19)이 형성되어 있다. 절연필름(19)은 상기 전도성 필름(18)과 탄소나노튜브(16,17)가 서로 전기적으로 단락되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 절연필름(19) 역시 탄소나노튜브(16,17)와 대향하는 부분에만 형성될 수 있다. 이렇게, 프로브 팁(12)의 표면에는 별도의 추가적인 물질이 더 적층되기 때문에, 도 4e에 도시된 바와 같이, 두께가 일정한 프로브(11)의 베이스 부분(11a)과 프로브 팁(12) 사이에는 소정 높이의 단차(21a,22a)가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 단차(21a,22a)의 높이는 상기 전도성 필름(18)의 두께와 절연필름(19)의 두께를 합한 두께와 같은 것이 좋다. 그럴 경우, 전체적으로 프로브 팁(12)과 베이스 부분(11a)이 불연속점 없이 이어지게 된다. 통상, 전도성 필름(18)과 절연필름(19)의 두께는 20nm 내지 50nm 정도로 형성되므로, 상기 단차(21a,22a)의 높이는 대략 50nm ~ 100nm 인 것이 적당하다.Meanwhile, the probe tip 12 has a conductive film 18 formed thereon. In this case, the conductive film 18 may be formed on the probe tip 12 as a whole, but may be formed only on a portion facing the two carbon nanotubes 16 and 17. The conductive film 18 is electrically connected to the second electrode 15 formed on the probe 11. In addition, an insulating film 19 is formed on the conductive film 18. The insulating film 19 is for preventing the conductive film 18 and the carbon nanotubes 16 and 17 from being electrically shorted to each other. The insulating film 19 may also be formed only at portions facing the carbon nanotubes 16 and 17. As such, since additional additional materials are further stacked on the surface of the probe tip 12, as shown in FIG. 4E, a predetermined thickness is provided between the base portion 11a of the probe 11 and the probe tip 12. It is preferable that the height steps 21a and 22a be formed. The heights of the steps 21a and 22a may be the same as the sum of the thickness of the conductive film 18 and the thickness of the insulating film 19. In this case, the probe tip 12 and the base portion 11a as a whole continue without discontinuities. Usually, since the thickness of the conductive film 18 and the insulating film 19 is formed to about 20nm to 50nm, the height of the step (21a, 22a) is preferably approximately 50nm ~ 100nm.

또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게(10)는 전압을 공급하기 위한 전원(20)을 포함한다. 이러한 구성에서, 두 개의 제 1 전극(13,14)은 두 개의 리드선(25a,25b)에 각각 연결되며, 제 2 전극(15)은 리드선(24)에 연결된다. 전원(20)에서 공급되는 전압은 리드선(24,25)을 통해 제 1 전극(13,14)과 제 2 전극(15)에 각각 인가된다.In addition, the nano nipper 10 according to the first embodiment of the present invention includes a power source 20 for supplying a voltage. In this configuration, two first electrodes 13 and 14 are connected to two lead wires 25a and 25b, respectively, and a second electrode 15 is connected to lead wire 24. The voltage supplied from the power source 20 is applied to the first electrodes 13 and 14 and the second electrode 15 through the lead wires 24 and 25, respectively.

여기서, 프로브(11)는 제 1 전극(13,14)과 제 2 전극(15) 사이의 전기적 단 락을 방지하기 위해 절연성 재료로 구성된다. 예컨대, 프로브(11)의 재료로서 순수한 유전체(pure dielectric)나 글래스(glass)를 사용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(13,14), 제 2 전극(15) 및 전도성 필름(18)은, 예컨대, Cr-Au과 같은 금속을 증착하여 형성할 수 있다. 절연필름(19)은 전자현미경 내에서 전자빔 조사(electron beam irradiation) 방식으로 유기 가스를 분해함으로써 형성할 수 있다. 예컨대, 탄화수소 가스를 유기 가스로서 사용할 수 있다.Here, the probe 11 is made of an insulating material to prevent an electrical short between the first electrode 13, 14 and the second electrode 15. For example, a pure dielectric or glass may be used as the material of the probe 11. In addition, the first electrodes 13 and 14, the second electrode 15, and the conductive film 18 may be formed by depositing a metal such as Cr-Au. The insulating film 19 may be formed by decomposing the organic gas in an electron microscope by electron beam irradiation. For example, hydrocarbon gas can be used as the organic gas.

도 4b는 이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게(10)의 사시도이며, 도 4c 및 도 4d는 각각 나노 집게(10)의 A-A 단면을 절단한 종단면도와 B-B 단면을 절단한 종단면도이다. 상기 도면을 통해 알 수 있듯이, 사각형 형태의 단면을 갖는 프로브(11)의 대향하는 두 면에 제 1 전극(13,14)과 탄소나노튜브(16,17)가 각각 형성되어 있으며, 제 2 전극(15)은 상기 프로브(11)의 모서리를 따라 형성된다. 그러나, 프로브(11)의 단면은 반드시 사각형일 필요는 없으며, 원형이나 타원형 등과 같은 다른 형태의 단면을 가지더라도 무방하다.4B is a perspective view of the nano nipper 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 4C and 4D are longitudinal cross-sectional views, respectively, taken along the AA cross section of the nano nipper 10, and a longitudinal cross-sectional view taken from the BB cross section. . As can be seen from the figure, the first electrode 13, 14 and the carbon nanotubes 16, 17 are formed on two opposite surfaces of the probe 11 having a rectangular cross section, respectively, the second electrode 15 is formed along the edge of the probe 11. However, the cross section of the probe 11 does not necessarily need to be rectangular, and may have a cross section of another shape such as a circle or an ellipse.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게(10)의 동작을 설명한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스위치(23)를 ON 시켜 제 1 전극(13,14)에 (+) 전압을 인가하고, 제 2 전극(15)에 (-) 전압을 인가한다. 그러면, 상기 제 1 전극(13,14)을 통해 (+) 전압이 인가되면서 탄소나노튜브(16,17)는 (+) 전하로 대전된다. 또한, 상기 제 2 전극(15)을 통해 (-) 전압이 인가되면서, 전도성 필름(18)은 (-) 전하로 대전된다. 그 결과, 서로 대향하고 있는 상기 전도성 필름(18)과 탄소나노튜브(16,17)의 중간 부분(16b,17b) 사이에 정전기적 인력이 발생한다. 본 발명에 따른 나노 집게(10)의 구성에서, 전도성 필름(18)과 탄소나노튜브(16,17)의 중간 부분(16b,17b) 사이에 자유 공간(21,22)이 존재하므로, 상기 탄소나노튜브(16,17)는 정전기적 인력에 의해 상기 프로브 팁(12)을 향해 휘어지게 된다. 따라서, 탄소나노튜브(16,17)의 말단(16c,17c)이 서로 맞물리면서 나노 물체(25)를 집을 수 있다. 5 illustrates the operation of the nano forceps 10 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the switch 23 is turned on to apply a positive voltage to the first electrodes 13 and 14 and a negative voltage to the second electrode 15. Then, while the positive voltage is applied through the first electrodes 13 and 14, the carbon nanotubes 16 and 17 are charged with the positive charge. In addition, while a negative voltage is applied through the second electrode 15, the conductive film 18 is charged with a negative charge. As a result, electrostatic attraction occurs between the conductive film 18 facing each other and the intermediate portions 16b and 17b of the carbon nanotubes 16 and 17. In the configuration of the nano forceps 10 according to the present invention, since the free spaces 21 and 22 exist between the conductive film 18 and the intermediate portions 16b and 17b of the carbon nanotubes 16 and 17, the carbon Nanotubes 16 and 17 are bent toward the probe tip 12 by electrostatic attraction. Accordingly, the ends 16c and 17c of the carbon nanotubes 16 and 17 may be engaged with each other to pick up the nano-object 25.

이때, 전도성 필름(18) 상에는 절연필름(19)이 형성되어 있으므로 전기적 단락의 염려는 없다. 또한, 본 발명에 따르면, 선 형태의 탄소나노튜브들 사이에서 정전기력 인력이 발생하는 종래의 기술과는 달리, 선 형태의 탄소나노튜브와 면 형태의 전도성 필름(18) 사이에 정전기적 인력이 발생하므로, 보다 큰 파지력(gripping force)을 얻을 수 있다. 이러한 상태에서, 스위치(23)가 OFF 되면 전원의 공급이 중단되고, 상기 탄소나노튜브(16,17)는 탄성력에 의해 원래의 위치로 돌아가게 된다. 한편, 비록 상술한 설명에서는, 제 1 전극(13,14)에 (+) 전압이 인가되고, 제 2 전극(15)에 (-) 전압이 인가되는 것으로 하였으나, 그 반대로 전압을 인가하더라도 동작은 동일하다.At this time, since the insulating film 19 is formed on the conductive film 18, there is no fear of an electrical short. Further, according to the present invention, unlike the conventional technology in which electrostatic force attraction occurs between the linear carbon nanotubes, electrostatic attraction occurs between the linear carbon nanotubes and the conductive film 18 in the form of a plane. Therefore, a larger gripping force can be obtained. In this state, when the switch 23 is OFF, the supply of power is stopped, and the carbon nanotubes 16 and 17 are returned to their original positions by the elastic force. On the other hand, in the above description, it is assumed that a positive voltage is applied to the first electrodes 13 and 14 and a negative voltage is applied to the second electrode 15. same.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나노 집게의 구조를 예시적으로 도시하는 사시도 및 단면도이다. 제 1 실시예에 따른 나노 집게(10)는 두 개의 탄소나노튜브만을 사용하였다. 그러나, 두 개의 탄소나노튜브만을 사용하는 경우, 예컨대, 둥글거나 기다란 물체를 다루는 것이 어렵다. 이를 해결할 수 있도록, 제 2 실시예에 따른 나노 집게(30)에서는 사각형 형태의 단면을 갖는 프로브(31)의 네 면에 각각 탄소나노튜브(41~44)가 하나 씩 부착되어 있다. 그리고, 상기 각각의 탄소나노튜브(41~44)에 대응하는 네 개의 제 1 전극이 상기 프로브(31) 위 에 형성된다. 도 6a의 사시도에서는, 두 개의 제 1 전극(33,34)만이 도시되어 있다. 그 외에, 제 2 전극(37), 프로브 팁(32), 전도성 필름(38), 절연필름(39) 등의 구성은 제 1 실시예의 경우와 동일하다. 도 6a 내지 도 6c에는 프로브(31)가 사각형 형태의 단면을 갖는 것으로 도시되었으나, 원형과 같은 다른 형태의 단면을 가질 수도 있다. 또한, 제 2 실시예에 따른 나노 집게(30)의 동작 역시 제 1 실시예에 따른 나노 집게(10)의 동작과 동일하다.6A to 6C are perspective and cross-sectional views illustrating a structure of nano forceps according to a second embodiment of the present invention. Nano forceps 10 according to the first embodiment used only two carbon nanotubes. However, when only two carbon nanotubes are used, for example, it is difficult to handle round or elongated objects. In order to solve this problem, in the nano-clamp 30 according to the second embodiment, carbon nanotubes 41 to 44 are respectively attached to four surfaces of the probe 31 having a rectangular cross section. Four first electrodes corresponding to the respective carbon nanotubes 41 to 44 are formed on the probe 31. In the perspective view of FIG. 6A only two first electrodes 33, 34 are shown. In addition, the configuration of the second electrode 37, the probe tip 32, the conductive film 38, the insulating film 39 and the like are the same as in the case of the first embodiment. 6A to 6C, the probe 31 is illustrated as having a cross section of a rectangular shape, but may have a cross section of another shape such as a circle. In addition, the operation of the nano nipper 30 according to the second embodiment is also the same as the operation of the nano nipper 10 according to the first embodiment.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 나노 집게(50)의 구조 및 동작을 예시적으로 도시한다. 제 1 및 제 2 실시예에서는, 각각의 탄소나노튜브 마다 제 1 전극이 하나씩 배치되었지만, 도 7a에 도시된 바와 같이, 제 3 실시예에서는 단지 하나의 제 1 전극(51)이 프로브(54)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된다. 그리고, 상기 프로브(54)의 외주면을 따라 소정의 간격으로 설치된 다수의 탄소나노튜브(53)가 상기 하나의 제 1 전극(51)에 연결된다. 제 2 전극(52)은 상기 제 1 전극(51) 형성되지 않은 프로브(54)의 외주면에 설치된다. 그 외에, 프로브 팁(55), 전도성 필름(56), 절연필름(57) 등의 구성은 제 1 및 제 2 실시예의 경우와 동일하다.7A and 7B exemplarily show the structure and operation of the nano forceps 50 according to the third embodiment of the present invention. In the first and second embodiments, one first electrode is disposed for each carbon nanotube, but as shown in FIG. 7A, in the third embodiment, only one first electrode 51 is connected to the probe 54. It is formed to surround at least a portion of the outer peripheral surface of the. In addition, a plurality of carbon nanotubes 53 installed at predetermined intervals along the outer circumferential surface of the probe 54 are connected to the one first electrode 51. The second electrode 52 is provided on the outer circumferential surface of the probe 54 in which the first electrode 51 is not formed. In addition, the configuration of the probe tip 55, the conductive film 56, the insulating film 57, and the like are the same as those in the first and second embodiments.

이러한 구성의 나노 집게(50)에 전압을 인가하면, 다수의 탄소나노튜브(53)와 전도성 필름(56) 사이에 정전기적 인력이 발생하면서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브(53)의 말단이 모이게 된다. 제 3 실시예의 나노 집게(50)의 경우, 프로브(54)의 단면이 원형이고, 프로브(54) 둘레에 일정한 간격으로 탄소나노튜브(53)가 설치되어 있기 때문에, 구형의 나노 물체(58)도 쉽게 다룰 수 있다. 그 러나, 상기 프로브(54)의 단면 형태가 반드시 원형에 한정되는 것은 아니며, 다른 형태를 가질 수도 있다.When voltage is applied to the nano-tweezers 50 having such a configuration, electrostatic attraction occurs between the plurality of carbon nanotubes 53 and the conductive film 56, and as shown in FIG. 7B, the carbon nanotubes 53 ) Ends are collected. In the case of the nano clamp 50 of the third embodiment, since the cross section of the probe 54 is circular, and the carbon nanotubes 53 are provided at regular intervals around the probe 54, the spherical nano-object 58 Can be easily handled. However, the cross-sectional shape of the probe 54 is not necessarily limited to a circle, and may have another shape.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 나노 집게(60)의 구조 및 동작을 도시한다. 제 4 실시예에 따른 나노 집게(60)는 프로브(65)의 단면이 사각형 형태이고, 탄소나노튜브(63)가 상기 사각형 프로브(64)의 대향하는 두 면에 설치되어 있다는 점에서 제 3 실시예의 나노 집게(50)와 다르다. 나머지 구성은 상기 제 3 실시예의 나노 집게(50)와 동일하다. 즉, 도 8a에 도시된 바와 같이, 단지 하나의 제 1 전극(61)이 프로브(64)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된다. 그리고, 상기 프로브(64)의 대향하는 두 면에 소정의 간격으로 설치된 다수의 탄소나노튜브(63)가 상기 하나의 제 1 전극(61)에 연결된다. 또한, 제 2 전극(62)은 상기 제 1 전극(61) 형성되지 않은 프로브(64)의 외주면에 설치된다. 그 외에, 프로브 팁(65), 전도성 필름(66), 절연필름(67) 등의 구성은 제 1 및 제 2 실시예의 경우와 동일하다. 제 4 실시예에 따른 나노 집게(60)의 경우에는, 다수의 탄소나노튜브(63)가 2개의 열로 나란하게 배치되어 있기 때문에, 도 8b에 도시된 바와 같이, 기다란 막대 형태의 나노 물체(68)도 쉽게 잡을 수 있다.8A and 8B show the structure and operation of the nano nipper 60 according to the fourth embodiment of the present invention. The nano-tweezer 60 according to the fourth embodiment has a third cross-section of the probe 65, and the carbon nanotubes 63 are installed on two opposite surfaces of the rectangular probe 64. It is different from the nano nipper 50 of the example. The rest of the configuration is the same as the nano forceps 50 of the third embodiment. That is, as shown in FIG. 8A, only one first electrode 61 is formed to surround at least a portion of the outer circumferential surface of the probe 64. In addition, a plurality of carbon nanotubes 63 installed on two opposite surfaces of the probe 64 at predetermined intervals are connected to the one first electrode 61. In addition, the second electrode 62 is provided on the outer circumferential surface of the probe 64 in which the first electrode 61 is not formed. In addition, the configuration of the probe tip 65, the conductive film 66, the insulating film 67, and the like are the same as those in the first and second embodiments. In the case of the nano nipper 60 according to the fourth embodiment, since the plurality of carbon nanotubes 63 are arranged side by side in two rows, as shown in FIG. ) Is easy to grasp.

도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게(70)의 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 변형예에서는 두께가 일정한 프로브(71)의 베이스 부분(71a)과 프로브 팁(72) 사이에 단차가 형성되어 있지 않다. 그리고, 상기 프로브(71)의 표면에 부분적으로 또는 전체적으로 절연필름(79)이 코팅되어 있다. 제 1 실시예에서 프로브(11)는 유전체나 글래스와 같은 절연 물질로 구 성되었만, 도 9의 변형예에서 프로브(71)는, 예컨대, 도핑된 실리콘과 같은 도전성 물질로 구성된다. 즉, 제 1 실시예와는 달리, 프로브(71) 전체가 전도성 필름과 동일한 역할을 한다. 따라서, 도 9의 변형예에 따른 나노 집게(70)의 경우, 프로브 팁(72)에 별도로 전도성 필름을 증착시킬 필요가 없다. 이때, 전기적 단락을 방지하기 위해, 적어도 전극(73,74) 및 탄소나노튜브(76,77)가 설치되어야 하는 프로브(71)의 표면에는 절연필름(79)이 코팅된다. 전극(73,74)과 탄소나노튜브(76,77)는 상기 절연필름(79) 위에 형성된다. 상술한 구성의 나노 집게(70)의 동작은, 예컨대, 상기 전극(73,74)에 (+) 전압을 인가하고, 프로브(71) 자체에 (-) 전압을 인가함으로써 이루어진다. 전압의 인가 방향은 바뀌어도 무방하다. 9 is a cross-sectional view showing a modification of the nano forceps 70 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, in the above modification, no step is formed between the base portion 71a of the probe 71 and the probe tip 72 having a constant thickness. In addition, the insulating film 79 is partially or wholly coated on the surface of the probe 71. In the first embodiment, the probe 11 is made of an insulating material such as a dielectric or glass, but in the modification of Fig. 9, the probe 71 is made of a conductive material such as, for example, doped silicon. That is, unlike the first embodiment, the entire probe 71 plays the same role as the conductive film. Therefore, in the case of the nano nipper 70 according to the modification of FIG. 9, it is not necessary to deposit a conductive film on the probe tip 72. In this case, an insulating film 79 is coated on at least the surface of the probe 71 on which the electrodes 73 and 74 and the carbon nanotubes 76 and 77 should be installed to prevent an electrical short. Electrodes 73 and 74 and carbon nanotubes 76 and 77 are formed on the insulating film 79. The operation of the nano-tweezers 70 having the above-described configuration is performed by, for example, applying a positive voltage to the electrodes 73 and 74 and a negative voltage to the probe 71 itself. The direction of applying the voltage may be changed.

이러한 변형예에 따르면, 프로브(71)에 단차를 형성할 필요가 없어 프로브(71)의 제작이 간단하다. 앞서 설명한 종래의 기술에서는 탄소나노튜브에 절연층을 코팅하였지만, 상기 변형예에서는 프로브(71)에 절연층을 코팅하므로, 탄소나노튜브의 적기적 기계적 특성에 영향을 주지 않는다. 또한, 반복적인 사용으로 인한 절연필름의 손상 가능성도 적다. 이와 같은 변형예는 제 1 실시예 뿐만 아니라 제 2 내지 제 4 실시예의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.According to this modification, it is not necessary to form a step in the probe 71, so that the production of the probe 71 is simple. In the above-described conventional technology, the insulating layer is coated on the carbon nanotubes, but in the modified example, the insulating layer is coated on the probe 71, and thus does not affect the timely mechanical properties of the carbon nanotubes. In addition, there is less possibility of damage to the insulating film due to repeated use. This modification can be equally applied to the second to fourth embodiments as well as the first embodiment.

한편, 도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게의 각 구성요소의 길이를 설명한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(12)의 길이를 ltrm, 탄소나노튜브 중간부(16b,17b)의 길이를 d16b = d17b, 탄소나노튜브(16,17)의 돌출 길이를 lprt, 탄소나노튜브 말단부(16c,17c)의 길이를 d16c = d17c, 두 개의 탄소나노튜브 (16,17) 사이의 초기 간격(initial gap)을 H, 프로브 팁(12) 일측의 테이퍼 각도를 α, 타측 테이퍼 각도를 β라 한다. 본 발명에 따른 나노 집게가 적절하게 동작할 수 있으려면, 전원의 인가시, 상기 프로브(11)로부터 돌출된 탄소나노튜브의 말단이 서로 닿을 수 있어야 한다. 예컨대, 프로브 팁(12)의 길이 ltrm가 돌출 길이 lprt의 절반이라고 가정하고(즉, ltrm = 0.5 lprt), α = β 라고 하면, 다음의 수학식을 만족하는 것이 바람직하다.On the other hand, Figure 10 illustrates the length of each component of the nano forceps according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the length of the probe tip 12 is trm , the length of the intermediate portions of carbon nanotubes 16b and 17b is d 16b = d 17b , and the protruding length of the carbon nanotubes 16 and 17 is represented. prt , the length of the ends of the carbon nanotubes (16c, 17c) d 16c = d 17c , the initial gap between the two carbon nanotubes (16, 17) H, taper on one side of the probe tip (12) The angle is α, and the other taper angle is β. In order for the nano-pliers according to the present invention to operate properly, the terminals of the carbon nanotubes protruding from the probe 11 should be able to touch each other when the power source is applied. For example, assuming that the length l trm of the probe tip 12 is half of the protrusion length l prt (that is, l trm = 0.5 l prt ), and α = β, it is preferable to satisfy the following equation.

α = β = arctan(H/2lprt)α = β = arctan (H / 2l prt )

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 집게(10)에서 프로브 팁(12)과 탄소나노튜브(16,17) 사이의 정전기력 분포를 예시적으로 도시한다. 제 1 전극(13,14)과 제 2 전극(15)에 전압을 인가하면, 프로브 팁(12)과 탄소나노튜브(16,17)가 서로 반대의 극성을 갖기 때문에, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(12)과 탄소나노튜브(16,17) 사이에 정전기적 인력이 형성됨을 알 수 있다. 그러나, 두 개의 탄소나노튜브(16,17) 사이에는 전위차가 존재하지 않기 때문에, 탄소나노튜브(16,17)의 말단부(16c,17c)에서는 전기장도 형성되지 않으며, 그로 인한 정전기적 인력도 형성되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 나노 집게는 유전자나 DNA와 같이 전기에 민감한 나노 물질을 손상시키지 않고도 정교하게 다루는 것이 가능하다.11A and 11B exemplarily show an electrostatic force distribution between the probe tip 12 and the carbon nanotubes 16 and 17 in the nano forceps 10 according to the first embodiment of the present invention. When a voltage is applied to the first electrode 13, 14 and the second electrode 15, since the probe tip 12 and the carbon nanotubes 16, 17 have polarities opposite to each other, FIGS. 11A and 11B As shown, it can be seen that an electrostatic attraction is formed between the probe tip 12 and the carbon nanotubes (16, 17). However, since there is no potential difference between the two carbon nanotubes 16 and 17, no electric field is formed at the end portions 16c and 17c of the carbon nanotubes 16 and 17, and thus electrostatic attraction is generated. It doesn't work. Therefore, the nano-tweezers according to the present invention can be handled precisely without damaging the electrically sensitive nanomaterials such as genes and DNA.

또한, 도 12는 탄소나노튜브 사이의 간격과 인가 전압의 관계를 예시적으로 나타내는 그래프이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 전압이 높아지면서 탄소나노튜브 사이의 간격이 급격하게 좁아지는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 정전기적 인력(F)은 인가 전압(V)의 제곱에 비례하고, 전하 사이의 거리(d)에 반비례한다(즉, F ∝ V2/d). 따라서, 전압의 제곱에 비례하여 탄소나노튜브가 프로브 팁을 향해 휘어지는 힘이 커진다. 더욱이, 이로 인해 탄소나노튜브와 프로브 사이의 거리가 가까워지면, 탄소나노튜브가 프로브 팁을 향해 휘어지는 힘은 더욱 커지게 된다. 따라서, 도 12와 같이, 전압이 높아지면서 탄소나노튜브 사이의 간격은 급격히 좁아진다.In addition, FIG. 12 is a graph showing the relationship between the intervals between the carbon nanotubes and the applied voltage. As shown in FIG. 12, as the voltage increases, the gap between the carbon nanotubes decreases rapidly. In general, the electrostatic attraction F is proportional to the square of the applied voltage V and inversely proportional to the distance d between the charges (ie F ∝ V 2 / d). Therefore, the force of bending the carbon nanotubes toward the probe tip increases in proportion to the square of the voltage. Furthermore, as the distance between the carbon nanotubes and the probe gets closer, the force of bending the carbon nanotubes toward the probe tip becomes greater. Therefore, as shown in FIG. 12, as the voltage increases, the interval between the carbon nanotubes decreases rapidly.

마지막으로, 도 13a 내지 도 13c는 프로브 팁의 길이와 정전기력의 크기 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 13a는 프로브 팁의 길이 ltrm가 탄소나노튜브의 돌출 길이 lprt의 절반 보다 큰 경우(즉, ltrm > 0.5 lprt)이고, 도 13b는 프로브 팁의 길이 ltrm가 돌출 길이 lprt의 절반 보다 작은 경우(즉, ltrm < 0.5 lprt)이다. 또한, 도 13c는 프로브 팁의 길이 ltrm가 돌출 길이 lprt의 절반인 경우(즉, l trm = 0.5 lprt)이다. 일반적으로, 상이한 전하로 대전된 프로브 팁과 탄소나노튜브 사이의 인력은, 프로브 팁이 길수록 더욱 커지게 된다. 왜냐하면, 프로브 팁의 길이가 길수록, 대전된 전하의 수가 많아지며 탄소나노튜브의 더 많은 부분에 인력이 작용하기 때문이다. 그러므로, 도 13a 내지 도 13c의 예에서, 정전기적 인력은 Fa > Fc > Fb 가 된다. 이러한 점을 고려하여, 대상에 따라 적정한 정전기적 인력을 갖도록 프로브 팁의 길이를 선택할 수 있다. 예컨대, 무겁고 단단한 나노 물질을 다루는 경우에는 프로브 팁의 길이를 상대적으로 길게 구성하고, DNA 등과 같이 부드럽고 주의를 요하는 물질을 다룰 경우에는 프로브 팁의 길이를 상대적으로 짧게 할 수 있다.Finally, FIGS. 13A to 13C are diagrams for describing a relationship between the length of the probe tip and the magnitude of the electrostatic force. FIG. 13A shows that the length l trm of the probe tip is greater than half of the protrusion length l prt of the carbon nanotube (ie, l trm > 0.5 l prt ), and FIG. 13B shows that the length of the probe tip l trm is the length of the protrusion length l prt . If less than half (ie l trm <0.5 l prt ). 13C is also the case where the length l trm of the probe tip is half of the protrusion length l prt (ie, l trm = 0.5 l prt ). In general, the attraction between the probe tip and the carbon nanotubes charged with different charges becomes larger as the probe tip is longer. This is because the longer the probe tip, the greater the number of charged charges and the attraction to more of the carbon nanotubes. Therefore, in the example of FIGS. 13A to 13C, the electrostatic attraction is F a > F c > F b . With this in mind, the length of the probe tip can be chosen to have an appropriate electrostatic attraction depending on the subject. For example, when dealing with heavy and hard nanomaterials, the length of the probe tip may be relatively long, and when dealing with a soft, attention-critical material such as DNA, the length of the probe tip may be relatively short.

본 발명에 따르면, 나노 집게의 탄소나노튜브들이 모두 동일한 전하로 대전되기 때문에, 나노 물질을 집을 때 전기적 단락의 가능성이 존재하지 않는다. 따라서, 도전성 나노 물질도 어떠한 손상 위험 없이 집을 수 있다. 또한, 동일한 전하로 대전된 탄소나노튜브의 자유단 사이에서는 전기장이 발생하지 않기 때문에, 전자기장의 발생으로 인한 나노 물질의 손상 가능성이 없다. 따라서, 생물체, 유전자, DNA 등과 같은 물질도 안심하고 다룰 수 있다. 더욱이, 장착할 수 있는 탄소나노튜브의 수에 제한이 없기 때문에, 어떠한 형태의 물질이라도 쉽게 다룰 수 있다. 그리고, 종래의 나노 집게와 비교할 때, 동일한 전압이 인가되더라도 더욱 큰 정전기적 인력이 발생하기 때문에, 나노 물질을 더욱 단단하고 안정되게 잡는 것이 가능하다.According to the present invention, since the carbon nanotubes of the nano-tweezers are all charged with the same charge, there is no possibility of an electrical short when picking up the nano-material. Thus, conductive nanomaterials can also be picked up without any risk of damage. In addition, since no electric field is generated between the free ends of the carbon nanotubes charged with the same charge, there is no possibility of damaging the nanomaterial due to the generation of the electromagnetic field. Thus, substances such as organisms, genes, DNA, and the like can be handled with confidence. Moreover, since there is no limit to the number of carbon nanotubes that can be mounted, any type of material can be easily handled. In addition, as compared with the conventional nano-pliers, even if the same voltage is applied, the greater electrostatic attraction occurs, it is possible to hold the nano-material more firmly and stably.

또한, 본 발명에 따른 나노 집게는 구성이 간단하기 때문에, 제조 공정이 간단하고 저렴하게 생산하는 것이 가능하다.In addition, since the nano-pliers according to the present invention have a simple configuration, it is possible to produce a simple and inexpensive manufacturing process.

Claims (24)

테이퍼진 팁이 일측 단부로부터 축방향으로 돌출하여 형성된 도전성 프로브;A conductive probe having a tapered tip formed in an axial direction from one end thereof; 상기 프로브 표면의 적어도 일부에 형성된 절연층;An insulating layer formed on at least a portion of the probe surface; 상기 프로브 표면의 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 전극;At least one electrode formed on an insulating layer on the probe surface; 상기 전극과 연결되며, 상기 프로브 팁 보다 더 돌출하도록 상기 절연층 상에 부착된 적어도 두 개의 전도성 나노 소자; 및At least two conductive nanodevices connected to the electrode and attached to the insulating layer to protrude more than the probe tip; And 상기 도전성 프로브 및 전극에 각각 전압을 공급하기 위한 전원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 집게.And a power source for supplying a voltage to the conductive probe and the electrode, respectively. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전극에는 제 1 극성의 전압이 인가되고, 상기 도전성 프로브에는 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 전압이 인가될 경우, 상기 나노 소자와 상기 테이퍼진 프로브 팁 사이에 정전기력 인력이 발생하는 것을 특징으로 하는 나노 집게.When a voltage of a first polarity is applied to the electrode and a voltage of a second polarity opposite to the first polarity is applied to the conductive probe, electrostatic force attraction is generated between the nanodevice and the tapered probe tip. Nano forceps made with. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 절연층은 적어도 상기 전극 및 나노 소자와 대향하는 프로브의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 집게.And the insulating layer is formed on at least a surface of the probe facing the electrode and the nano device. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 적어도 두 개의 나노 소자는 서로 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 나노 집게.The at least two nano devices are characterized in that they are arranged side by side with each other. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 하나의 전극이 상기 프로브의 외주면을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 형성되어 있으며, 상기 하나의 전극에 연결된 다수의 나노 소자가 상기 프로브의 외주면을 따라 소정의 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 나노 집게.One electrode is formed so as to at least partially surround the outer circumferential surface of the probe, the nano-tweezers characterized in that a plurality of nano-elements connected to the one electrode is formed at predetermined intervals along the outer circumferential surface of the probe. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 다수의 전극이 상기 프로브의 외주면을 따라 소정의 간격으로 형성되어 있으며, 상기 다수의 전극에 나노 소자가 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 집게.A plurality of electrodes are formed at predetermined intervals along the outer circumferential surface of the probe, the nano-tweezers, characterized in that the nano-element is connected to each of the plurality of electrodes. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 다수의 전극에 동일한 극성과 크기의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 나노 집게.Nano nippers, characterized in that the voltage of the same polarity and magnitude is applied to the plurality of electrodes. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 나노 소자는, 전원의 인가시 상기 프로브로부터 돌출된 나노 소자의 말단이 서로 닿을 수 있을 정도의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 나노 집게.The nano device is a nano nipper, characterized in that the end of the nano device protruding from the probe when the power is applied has a length enough to touch each other. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 나노 소자는 탄소나노튜브 또는 나노 와이어인 것을 특징으로 하는 나 노 집게.The nano device is a nano tongs, characterized in that the carbon nanotubes or nanowires. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 도전성 프로브는 도핑된 실리콘로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노 집게.The conductive probe is nano tongs, characterized in that composed of doped silicon. 테이퍼진 팁이 일측 단부로부터 축방향으로 돌출하여 형성된 절연성 프로브;An insulating probe having a tapered tip protruding axially from one end; 상기 테이퍼진 프로브 팁 상에 소정의 두께로 형성된 전도성 필름;A conductive film formed to a predetermined thickness on the tapered probe tip; 상기 전도성 필름 상에 형성된 절연필름;An insulating film formed on the conductive film; 상기 프로브 표면에 형성된 적어도 하나의 제 1 전극;At least one first electrode formed on the probe surface; 상기 프로브 표면에 형성되며, 상기 전도성 필름과 연결되는 제 2 전극;A second electrode formed on the probe surface and connected to the conductive film; 상기 제 1 전극과 연결되며, 상기 프로브 팁 보다 더 돌출하도록 상기 프로브 표면에 부착된 적어도 두 개의 전도성 나노 소자; 및At least two conductive nanodevices connected to the first electrode and attached to the probe surface to protrude more than the probe tip; And 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 각각 전압을 공급하기 위한 전원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 집게.And a power supply for supplying a voltage to the first electrode and the second electrode, respectively. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제 1 전극에는 제 1 극성의 전압이 인가되고, 상기 제 2 전극에는 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 전압이 인가될 경우, 상기 나노 소자와 상기 전도성 필름 사이에 정전기력 인력이 발생하는 것을 특징으로 하는 나노 집게.When a voltage of a first polarity is applied to the first electrode and a voltage of a second polarity opposite to the first polarity is applied to the first electrode, electrostatic force attraction is generated between the nano device and the conductive film. Nano tongs characterized by. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 프로브는 테이퍼진 팁 부분과 두께가 일정한 베이스 부분을 구비하며, 상기 팁 부분과 베이스 부분 사이에는 소정 높이의 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 집게.The probe has a tapered tip portion and a base portion having a constant thickness, and nano-tweezers characterized in that a step of a predetermined height is formed between the tip portion and the base portion. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 단차의 높이는 상기 전도성 필름과 절연필름을 합한 두께와 같은 것을 특징으로 하는 나노 집게.The height of the step is nano tongs, characterized in that the same as the thickness of the conductive film and the insulating film combined. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 전도성 필름은 적어도 상기 나노 소자와 대향하는 프로브 팁의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 집게.And the conductive film is formed on at least the surface of the probe tip facing the nanodevice. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 적어도 두 개의 나노 소자는 서로 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 나노 집게.The at least two nano devices are characterized in that they are arranged side by side with each other. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 하나의 제 1 전극이 상기 프로브의 외주면을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 형성되어 있으며, 상기 하나의 제 1 전극에 연결된 다수의 나노 소자가 상기 프로브의 외주면을 따라 소정의 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 나노 집게.One first electrode is formed to at least partially surround the outer peripheral surface of the probe, a plurality of nano-elements connected to the one first electrode is characterized in that the nano clamp is formed along the outer peripheral surface of the probe at a predetermined interval . 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 프로브의 수직 절단면은 사각형의 형태를 가지며, 서로 대향하는 두 개의 프로브 면에 각각 다수의 나노 소자가 소정의 간격으로 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는 나노 집게.The vertical cutting surface of the probe has a rectangular shape, characterized in that a plurality of nano-elements are formed in parallel to each other on the two probe surface facing each other at a predetermined interval in parallel. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 다수의 제 1 전극이 상기 프로브의 외주면을 따라 소정의 간격으로 형성되어 있으며, 상기 다수의 제 1 전극에 나노 소자가 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 집게.A plurality of first electrodes are formed at predetermined intervals along the outer circumferential surface of the probe, the nano-tweezers, characterized in that the nano-element is connected to each of the plurality of first electrodes. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 다수의 제 1 전극에 동일한 극성과 크기의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 나노 집게.Nano nippers, characterized in that the voltage of the same polarity and magnitude is applied to the plurality of first electrodes. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 프로브의 수직 절단면은 사각형의 형태를 가지며, 각 프로브 면에 제 1 전극과 나노 소자가 각각 하나씩 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 집게.The vertical cutting surface of the probe has a rectangular shape, characterized in that each probe surface is formed with one first electrode and one nano device each. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 나노 소자는, 전원의 인가시 상기 프로브로부터 돌출된 나노 소자의 말단이 서로 닿을 수 있을 정도의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 나노 집게.The nano device is a nano nipper, characterized in that the end of the nano device protruding from the probe when the power is applied has a length enough to touch each other. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 나노 소자는 탄소나노튜브 또는 나노 와이어인 것을 특징으로 하는 나노 집게.The nano device is a nano tongs, characterized in that the carbon nanotubes or nanowires. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 프로브는 유전체 또는 글래스로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노 집게.The probe is a nano forceps, characterized in that consisting of a dielectric or glass.
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