RU2599461C1 - Nanopartical - Google Patents
Nanopartical Download PDFInfo
- Publication number
- RU2599461C1 RU2599461C1 RU2015122672/28A RU2015122672A RU2599461C1 RU 2599461 C1 RU2599461 C1 RU 2599461C1 RU 2015122672/28 A RU2015122672/28 A RU 2015122672/28A RU 2015122672 A RU2015122672 A RU 2015122672A RU 2599461 C1 RU2599461 C1 RU 2599461C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- nanotube
- electrically conductive
- circuits
- nanoswitch
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам, основанным на нанотехнологии и предназначенным для использования в качестве многовариантного переключателя электрических цепей в микроэлектронике и наноэлектронике, а также в технических устройствах, находящихся в условиях высоких температур и значительных электрических напряжений.The invention relates to devices based on nanotechnology and intended for use as a multivariate switch of electrical circuits in microelectronics and nanoelectronics, as well as in technical devices under conditions of high temperatures and significant electrical voltages.
Известны наноустройство и способ (см. патент РФ на изобретение №2442746, кл. МПК: В81В 1/00 и В81В 3/00, опубл. 20.02.2012 г.), включающие переключающее устройство с наноэмиттером. В переключающем наноустройстве содержатся удаленные друг от друга электроды, на поверхности одного из которых, наноэмиттера, располагаются перпендикулярно ей нанотрубки. Электроды находятся на противоположных стенках герметичной камеры, вакуумированной или наполненной газом с высокой диэлектрической постоянной. В случае использования газа при приложении к электродам напряжения, большего, чем заданное для определенной конструкции напряжение, происходит распад газа внутри камеры, что вызывает движение электрических зарядов между электродами, то есть появляется электрический ток между электродами. Наличие нанотрубок усиливает градиент локальных областей электрического поля, расположенных в окрестностях концов нанотрубок, что увеличивает ионизацию молекул газа и повышает эффективность устройства.Known nanodevice and method (see RF patent for the invention No. 2442746, class IPC: B81B 1/00 and B81B 3/00, publ. 02.20.2012), including a switching device with a nanoemitter. The switching nanodevice contains electrodes that are remote from each other, on the surface of one of which, the nanodemitter, are located perpendicular to it nanotubes. The electrodes are located on opposite walls of a sealed chamber, evacuated or filled with gas with a high dielectric constant. In the case of using gas when a voltage is applied to the electrodes that is greater than the voltage specified for a particular design, the gas decays inside the chamber, which causes the movement of electric charges between the electrodes, that is, an electric current appears between the electrodes. The presence of nanotubes enhances the gradient of local regions of the electric field located in the vicinity of the ends of the nanotubes, which increases the ionization of gas molecules and increases the efficiency of the device.
Недостатком данного устройства и способа переключения является сложность изготовления трехмерной герметичной наноразмерной камеры, вакуумированной или наполненной газом с заданными физическими свойствами, а также то, что диффузия находящегося в камере газа в стенки камеры будет приводить на больших промежутках времени к существенному изменению параметров устройства и к возможному нарушению его работы.The disadvantage of this device and the switching method is the difficulty of manufacturing a three-dimensional sealed nanoscale chamber, evacuated or filled with gas with desired physical properties, as well as the fact that the diffusion of gas in the chamber into the chamber walls will lead to a significant change in the device parameters and for a long time disruption to his work.
Известно устройство с нанодиодом и нанопереключателем для использования в стволе скважины и способ его работы (см. патент РФ на изобретение №2320858, кл. МПК: Е21В 43/1185 и F42B 3/10, опубл. 27.03.2008 г.), включающее в себя переключатель с таким же, как в предыдущем устройстве, принципом работы и с такой же структурой. Отмечается, что такое и подобные ему наноустройства надежны в условиях высокой температуры, то есть температуры выше 100°С, и высокого напряжения, то есть от 100 В до 1000 В и выше. На этом основании устройство предлагается использовать в инструментах, предназначенных для бурения стволов скважин.A device with a nanodiode and a nanoswitch is known for use in a wellbore and a method for operating it (see RF patent for invention No. 2320858, IPC class: Е21В 43/1185 and F42B 3/10, publ. March 27, 2008), including a switch with the same principle as in the previous device, and with the same structure. It is noted that such and similar nanodevices are reliable in conditions of high temperature, that is, temperatures above 100 ° C, and high voltage, that is, from 100 V to 1000 V and above. On this basis, the device is proposed to be used in tools designed for drilling wellbores.
Недостатки нанопереключателя, входящего в состав данного устройства, аналогичны недостаткам предыдущего устройства.The disadvantages of the nanoswitch included in this device are similar to the disadvantages of the previous device.
Известны работы (K. Terabe, T. Hasegawa, T. Nakayama, M. Aono. Quantized conductance atomic switch // Nature. - 2005. - vol. 433. - P. 47-50), (T. Hino, T. Hasegawa, K. Terabe, T. Tsuruoka, A. Nayak, T. Ohno, M. Aono. Atomic switches: atomic-movement-controlled nanodevices for new types of computing // Science and Technology of Advanced Materials. - 2011. - vol. 12. - 12 pp.), в которых предложен и исследован атомный переключатель, принцип действия которого основан на следующем. После приложения к первому электроду, изготовленному из Ag и на своем торце - из Ag2S, положительного потенциала, а к другому обычному электроду - отрицательного потенциала, на торце Ag2S первого электрода вырастает совокупность атомов Ag, образующая в определенный момент времени электропроводящий мостик, соединяющий два электрода. Образуется электрическая цепь - происходит включение электрической цепи. При приложении к этим электродам электрических потенциалов обратной полярности электропроводящий мостик не возникает.Known works (K. Terabe, T. Hasegawa, T. Nakayama, M. Aono. Quantized conductance atomic switch // Nature. - 2005. - vol. 433. - P. 47-50), (T. Hino, T. Hasegawa, K. Terabe, T. Tsuruoka, A. Nayak, T. Ohno, M. Aono. Atomic switches: atomic-movement-controlled nanodevices for new types of computing // Science and Technology of Advanced Materials. - 2011 .-- vol. 12. - 12 pp.), In which an atomic switch was proposed and investigated, the principle of which is based on the following. After a positive potential is applied to the first electrode made of Ag and at its end - from Ag 2 S, and a negative potential to the other ordinary electrode, a set of Ag atoms grows at the Ag 2 S end of the first electrode, forming an electrically conductive bridge at a certain point in time connecting two electrodes. An electrical circuit is formed - the electrical circuit is switched on. When electrical potentials of opposite polarity are applied to these electrodes, an electrically conductive bridge does not arise.
Недостатком данного устройства является то, что оно обладает основным свойством диода - способностью проводить электрический ток только в одном направлении, а также то, что оно не имеет элементов, предназначенных для управления образованием или прерыванием электропроводящей цепи. То, что устройство имеет свойства не только нанопереключателя, но и нанодиода, ограничивает возможности устройства как переключателя и делает возможным только один вариант переключения одной электрической цепи.The disadvantage of this device is that it has the main property of the diode - the ability to conduct electric current in only one direction, and also that it does not have elements designed to control the formation or interruption of the electrically conductive circuit. The fact that the device has the properties of not only a nanoswitch, but also a nanodiode, limits the capabilities of the device as a switch and makes it possible only one option to switch one electric circuit.
Известно устройство Electromechanical switch, storage device comprising such an electromechanical switch and method for operating the same (см. патент США на изобретение № US 8320174 В2, опубл. 27.11.2012 г.), включающее в себя переключатель на основе углеродных нанотрубок. Отмечается, что каждая отдельная нанотрубка позволяет образовать одну из двух электрических цепей.Known device Electromechanical switch, storage device comprising such an electromechanical switch and method for operating the same (see US patent for invention No. US 8320174 B2, publ. 11/27/2012), which includes a switch based on carbon nanotubes. It is noted that each individual nanotube allows one of two electrical circuits to be formed.
Недостатком данного устройства - прототипа, является то, что каждая отдельная углеродная нанотрубка устройства не может образовать поочередно более двух электрических цепей.The disadvantage of this prototype device is that each individual carbon nanotube of the device cannot alternately form more than two electrical circuits.
Сущность предлагаемого устройства - нанопереключателя, заключается в использовании электропроводящей углеродной нанотрубки (или электропроводящей неуглеродной нанотрубки) в качестве подвижного элемента, предназначенного для образования шести электропроводящих электрических цепей или для их прерывания, а также в наличии элементов устройства, выполняющих функцию управления состоянием соединений электрических цепей нанопереключателя.The essence of the proposed device, the nanoswitch, is to use an electrically conductive carbon nanotube (or an electrically conductive non-carbon nanotube) as a movable element designed to form six electrically conductive electric circuits or to interrupt them, as well as the presence of device elements that perform the function of controlling the state of the electrical connections of the nanoswitch .
Технический результат, достигаемый нанопереключателем, состоит, во-первых, в том, что его управляющие элементы позволяют либо допустить возможность включения одной из шести основных цепей, либо исключить ее с использованием для этого деформации электропроводящей нанотрубки, а во-вторых, в том, что при этом может быть включена или разорвана любая из шести электропроводящих цепей. Технический результат достигается следующим образом. Конструкцией нанопереключателя обеспечивается то, что при деформации электропроводящей нанотрубки, на которой предварительно создается отрицательный электрический потенциал, возникает механический контакт нанотрубки с одним из шести основных электродов и образуется соответствующая электрическая цепь. Нанотрубка деформируется в электрическом поле, порождаемом двумя управляющими электродами, и одновременно в электрическом поле, порождаемом двумя основными электродами (из числа шести основных электродов).The technical result achieved by the nanoswitch is, firstly, that its control elements allow either to allow the inclusion of one of the six main circuits, or to exclude it using deformation of an electrically conductive nanotube, and secondly, that in this case, any of the six electrically conductive circuits may be switched on or broken. The technical result is achieved as follows. The design of the nanoswitch ensures that upon deformation of an electrically conductive nanotube, on which a negative electric potential is previously created, mechanical contact of the nanotube with one of the six main electrodes occurs and the corresponding electric circuit is formed. A nanotube is deformed in an electric field generated by two control electrodes, and simultaneously in an electric field generated by two main electrodes (from among six main electrodes).
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков заявленного устройства, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patents and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the set of essential features of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to perceived by the applicant technical result of the distinguishing features of the claimed device set forth in the claims.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг. 1 изображает нанопереключатель (его поперечное сечение по первой плоскости симметрии) согласно изобретению.FIG. 1 shows a nanoswitch (its cross section along the first plane of symmetry) according to the invention.
Фиг. 2 изображает нанопереключатель (его поперечное сечение по второй плоскости симметрии) согласно изобретению.FIG. 2 shows a nanoswitch (its cross section along a second plane of symmetry) according to the invention.
Плоскости геометрической симметрии устройства, использованные при построении двух поперечных сечений, взаимно перпендикулярны и проходят через продольные диаметральные сечения нанотрубки в ее недеформированном состоянии.The planes of geometric symmetry of the device used to construct two cross sections are mutually perpendicular and pass through the longitudinal diametric sections of the nanotube in its undeformed state.
Нанопереключатель представляет собой камеру высокой жесткости, стенки которой образуют вытянутый прямоугольный параллелепипед. Внутри камеры, во-первых, расположена вдоль ее оси симметрии цилиндрическая электропроводящая углеродная нанотрубка (или электропроводящая неуглеродная нанотрубка), жестко закрепленная в стенку камеры на одном своем конце, во-вторых, на стенках камеры находятся четыре пары электродов. На фиг. 1, 2 цифрами 1 и 2 обозначены две группы основных электродов электропроводящих цепей (группа 1 трех основных электродов находится на одной стенке камеры, группа 2 трех аналогичных основных электродов - на противоположной стенке камеры), цифрами 3 и 4 обозначены управляющие электроды, цифрой 5 - деформируемая упругая электропроводящая углеродная нанотрубка (или электропроводящая неуглеродная нанотрубка). На фиг. 1 показано поперечное сечение устройства, включающее в себя поперечное сечение недеформированной нанотрубки 5 и поперечные сечения центрального электрода группы 1 и соответствующего ему центрального электрода группы 2, а также изображение управляющего электрода 3, расположенного на стенке камеры за нанотрубкой. На фиг. 2 изображено второе поперечное сечение устройства, включающее в себя поперечное сечение недеформированной нанотрубки 5 и поперечные сечения двух управляющих электродов 3 и 4, а также изображения тех трех основных электродов группы 2, которые находятся на стенке камеры внутри нее под нанотрубкой. Аналогичные по свойствам и геометрии три основных электрода группы 1 находятся над нанотрубкой на противоположной стенке камеры, каждый из них расположен симметрично (относительно плоскости второго сечения) соответствующему электроду группы 1, таким образом, группы 1 и 2 электродов состоят из трех пар электродов. Конструкция нанопереключателя допускает возможность отсутствия вакуумирования полости ее камеры, которая может быть заполнена сухим воздухом, то есть конструкция не требует использования специального газа.The nanoswitch is a chamber of high rigidity, the walls of which form an elongated rectangular parallelepiped. Inside the chamber, firstly, a cylindrical electrically conductive carbon nanotube (or an electrically conductive non-carbon nanotube) located rigidly in the chamber wall at one end is located along its axis of symmetry, and secondly, there are four pairs of electrodes on the walls of the chamber. In FIG. 1, 2,
Реализация включения двух основных цепей, образованных нанотрубкой 5 совместно с центральным электродом группы 1 или с центральным электродом группы 2, осуществляется при отсутствии электрических потенциалов на управляющих электродах 3, 4. В этом случае при наличии отрицательного электрического потенциала на внешней поверхности нанотрубки и при достаточной величине разности отрицательного и положительного электрических потенциалов на центральных электродах групп 1 и 2 нанотрубка 5 после ее деформации в плоскости симметрии, показанной на фиг. 1, коснется того центрального электрода группы 1 или группы 2, который имеет положительный потенциал. Одна из двух электрических цепей: нанотрубка 5 - центральный электрод 1 или нанотрубка 5 - центральный электрод 2, в зависимости от полярности потенциалов на электродах 1 и 2, замкнется. При создании достаточной разности электрических потенциалов на управляющих электродах 3 и 4 нанотрубка 5 деформируется в плоскости симметрии, изображенной на фиг. 2, и проекция свободного конца нанотрубки на стенки камеры, содержащие основные электроды групп 1 и 2, будет пересекаться с областями двух нецентральных электродов Э1, Э2 групп 1, 2, образующих одну из трех пар электродов. В этом случае при наличии отрицательного электрического потенциала на внешней поверхности нанотрубки и при достаточной величине разности отрицательного и положительного электрических потенциалов на электродах Э1, Э2 нанотрубка 5 после ее неплоской деформации коснется того нецентрального электрода Э1 или Э2, который имеет положительный потенциал. Произойдет замыкание одной из двух электрических цепей, образованных нанотрубкой и одним электродом из числа двух нецентральных основных электродов Э1, Э2. После изменения полярности электрических потенциалов на управляющих электродах 3 и 4 при наличии отрицательного электрического потенциала на внешней поверхности нанотрубки и при достаточной величине разности отрицательного и положительного электрических потенциалов на электродах Э3, Э4 другой пары нецентральных основных электродов групп 1 и 2 нанотрубка 5 после ее неплоской деформации коснется того нецентрального электрода Э3 или Э4, который имеет положительный потенциал. Таким образом, нанопереключатель позволяет реализовать включение или выключение шести электрических цепей. При изменении длины и радиуса нанотрубки, числа ее слоев, а также при увеличении числа основных электродов групп 1 и 2 с одновременным соответствующим изменением размеров электродов групп 1 и 2 увеличится число электрических цепей, включение или выключение которых будет обеспечиваться аналогичным нанопереключателем. Конструкция нанопереключателя отличается возможностью увеличения числа образуемых электрических цепей до 10 или 14 введением в группы 1 и 2 дополнительных двух или четырех пар основных электродов.The implementation of the inclusion of two main circuits formed by a
Таким образом, изложенное выше описание свидетельствует о выполнении, при использовании заявленного изобретения, следующей совокупности условий:Thus, the above description indicates that, when using the claimed invention, the following combination of conditions:
- нанопереключатель, воплощающий заявленное изобретение в микроэлектронике и наноэлектронике, предназначен для реализации включения или выключения шести электрических цепей, порождаемых, во-первых, наличием в нанопереключателе управляющих электродов и одной деформируемой электропроводящей нанотрубки, во-вторых, двумя вариантами полярности электрических потенциалов на трех парах соответствующих друг другу основных электродов;- a nanoswitch, embodying the claimed invention in microelectronics and nanoelectronics, is designed to realize the on or off of six electrical circuits generated, firstly, by the presence of control electrodes and one deformable conductive nanotube in the nanoswitch, and secondly, by two options for the polarity of electric potentials in three pairs main electrodes corresponding to each other;
- заявленное устройство в том виде, в котором оно охарактеризовано в описании чертежей, является более простым в изготовлении по сравнению с наноустройством и способом (см. патент РФ на изобретение №2442746, кл. МПК В81В 1/00 и В81В 3/00, опубл. 20.02.2012 г.), что подтверждает возможность его осуществления;- the claimed device in the form in which it is described in the description of the drawings, is easier to manufacture compared to a nanodevice and method (see RF patent for the invention No. 2442746,
- простота конструкции нанопереключателя повышает его надежность и создает возможность его применения в условиях высоких температур и значительных электрических напряжений;- the simplicity of the design of the nanoswitch increases its reliability and creates the possibility of its application in conditions of high temperatures and significant electrical voltages;
- устройство, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемых заявителем поставленных технических задач.- a device embodying the claimed invention, in its implementation is able to ensure the achievement of perceived by the applicant of the assigned technical tasks.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015122672/28A RU2599461C1 (en) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | Nanopartical |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015122672/28A RU2599461C1 (en) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | Nanopartical |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2599461C1 true RU2599461C1 (en) | 2016-10-10 |
Family
ID=57127572
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015122672/28A RU2599461C1 (en) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | Nanopartical |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2599461C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070105249A1 (en) * | 2005-11-10 | 2007-05-10 | Schlumberger Technology Corporation | Nano-based device and method |
RU2320858C2 (en) * | 2005-02-09 | 2008-03-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Device with nano-diode and nano-switch for usage in well shaft and method for operation of the device |
US7638790B2 (en) * | 2004-12-27 | 2009-12-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | RF nanoswitch |
KR20100121731A (en) * | 2009-05-11 | 2010-11-19 | 광주과학기술원 | Nano-scale switch |
US8031514B2 (en) * | 2007-04-09 | 2011-10-04 | Northeastern University | Bistable nanoswitch |
-
2015
- 2015-06-11 RU RU2015122672/28A patent/RU2599461C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7638790B2 (en) * | 2004-12-27 | 2009-12-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | RF nanoswitch |
RU2320858C2 (en) * | 2005-02-09 | 2008-03-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Device with nano-diode and nano-switch for usage in well shaft and method for operation of the device |
US20070105249A1 (en) * | 2005-11-10 | 2007-05-10 | Schlumberger Technology Corporation | Nano-based device and method |
RU2442746C2 (en) * | 2005-11-10 | 2012-02-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Nanodevice and method |
US8031514B2 (en) * | 2007-04-09 | 2011-10-04 | Northeastern University | Bistable nanoswitch |
KR20100121731A (en) * | 2009-05-11 | 2010-11-19 | 광주과학기술원 | Nano-scale switch |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6230137B2 (en) | Vibration power generation element | |
Liu et al. | Self-propelled droplet-based electricity generation | |
KR101411337B1 (en) | Apparatus having a stacked structure for energy converting using liquid | |
KR101358295B1 (en) | Substrate for energy converting using liquid | |
US20160304333A1 (en) | Micromechanical device with an actively deflectable element | |
CN106024890A (en) | Transistor device and manufacturing method thereof | |
KR101435502B1 (en) | Flexible Apparatus for energy converting using liquid | |
RU2599461C1 (en) | Nanopartical | |
JP2015073338A5 (en) | ||
JP4718931B2 (en) | Internal switch based on MEMS | |
Chatzopoulos et al. | Atomistic modeling of flexoelectricity in periclase | |
US10291153B2 (en) | Electrode stacked energy conversion device using liquid | |
Femi et al. | An FEM study of the electrothermal properties of microelectrical contacts for application in the design of arcless switches | |
CN102822931B (en) | Integrated electro-mechanical actuator | |
CN102306583B (en) | Miniature pressure switch with three-dimensional multidirectional sensitivity property | |
KR20140131229A (en) | Micro electro mechanical systems magnetic field sensor | |
JP2007259691A (en) | Electrostatic drive method of mems, electrostatic actuator, and microswitch | |
US9748868B2 (en) | Triboelectric composite for mechanical energy harvesting and sensing | |
Lee et al. | MEMS mechanical logic units: design and fabrication with micragem and polymumps | |
Yang et al. | Probing contact-mode characteristics of silicon nanowire electromechanical systems with embedded piezoresistive transducers | |
Zhang et al. | Operation principles of micro-plasma field effect transistor | |
JP5113185B2 (en) | Charging guard using Paschen stacking | |
Sujatha et al. | Design and analysis of electrostatic micro tweezers with optimized hinges for biological applications using coventorWare | |
Torabinia et al. | Phase shift effect of double dielectric layers in electrowetting on dielectric microfluidic device | |
JP2013152111A (en) | Acceleration sensor |