JP5487407B2 - Apparatus and method for nanofiber handling - Google Patents
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Description
本発明は、ナノファイバを位置、方向を制御し、移動することができ、デバイス等にピンポイントで組み込むことを可能にするナノファイバハンドリングのための装置と方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for nanofiber handling that allows nanofibers to be controlled in position, orientation and movement, and that can be pinpointed into devices and the like.
ナノテクノロジーの進展に伴い、ナノアセンブル技術の重要性がまし、その一環として、特殊な機能をもつカーボンナノチューブを始め、ナノファイバ等のナノ構造物の位置、方向を制御し、移動することができるハンドリング装置とハンドリング方法が必要となっている。従来、提案されているのは、カーボンナノチューブ等の微細な電極からなるピンセットであり、ピンセットの締め付けによる捕捉、解放による脱離の作用を電圧負荷制御により行う装置と方法があった（特許文献１， ２、非特許文献１， ２）。ピンセットで機械的につまむのではなく、ピンセット先端の電界やクーロン力を利用して、ナノファイバ等の吸・脱着を行う方法（特許文献３）もある。しかしながら、ピンセット方式で機械的にナノファイバをつまんだり、離したりすること自体に困難があり、現実的ではないし、電界力やクーロン力を利用した方式においても、ナノファイバ等に自然発生する静電気による影響が大きく、ナノファイバの吸・脱着や位置制御は困難である。 With the progress of nanotechnology, the importance of nanoassembly technology has increased, and as part of this, it is possible to control and move the position and direction of nanostructures such as carbon nanotubes with special functions. A handling device and a handling method are required. Conventionally, tweezers composed of fine electrodes such as carbon nanotubes have been proposed, and there has been an apparatus and a method for performing an action of capturing and releasing by tightening tweezers by voltage load control (Patent Document 1). , 2, Non-Patent Documents 1, 2). There is also a method (Patent Document 3) in which nanofibers are absorbed and desorbed using an electric field or Coulomb force at the tip of the tweezers instead of mechanically pinching with tweezers. However, it is difficult to mechanically pinch and separate nanofibers by tweezers, and it is not realistic. Even in the method using electric field force or Coulomb force, it is due to static electricity that occurs naturally in nanofibers. The influence is large, and the absorption / desorption and position control of nanofibers are difficult.
機械的なピンセット方式ではなく、電界力やクーロン力も使用しない方法として、ファンデルワース力を利用する方式もある。多量のナノファイバを基板にまとめて吸着する方法（特許文献４）やランダムに散在している多量のナノファイバを、ピンセットを一方向に動かして方向性をもたせる方法（非特許文献３）である。しかし、このような方法では、それぞれのナノファイバの機能を生かして、電子デバイス等に組み込むことは、不可能である。 There is a method that uses van der Worth force as a method that does not use electric force or Coulomb force instead of mechanical tweezers. A method of adsorbing a large amount of nanofibers together on a substrate (Patent Document 4) or a method of moving a pair of randomly distributed nanofibers in one direction to give directionality (Non-Patent Document 3) . However, in such a method, it is impossible to incorporate the function of each nanofiber into an electronic device or the like.
現在、必要とされているのは、ナノファイバそれぞれの機能を生かし、一本ずつをピックアップし、目的の位置に、方向を揃えて、正確に配置する装置と方法である。
高度にインテグレイトされた電子デバイスは、微細加工技術により、トップダウン方式で作製される。しかしながら、トップダウン方式では作製できないが、デバイスに欠かせない機能をもつエレメントとして、カーボンナノチューブや希土類ホウ化物ナノファイバなどがある。これらのナノファイバは、デバイス中の特定の位置に、特定の方向で、正確かつ精密に配置されなければならない。しかも、電子顕微鏡内でなく、大気中の光学顕微鏡下で行えることが望まれる。しかしながら、現在までの所、このようなナノファイバをハンドリングできる装置や方法は提示されていない。
What is currently needed is an apparatus and method that makes use of the function of each nanofiber, picks up one by one, aligns the directions at the target position, and accurately arranges them.
Highly integrated electronic devices are fabricated in a top-down manner using microfabrication technology. However, there are carbon nanotubes and rare earth boride nanofibers as elements having functions that are indispensable for devices that cannot be manufactured by the top-down method. These nanofibers must be accurately and precisely placed at specific locations in the device, in specific directions. In addition, it is desired that the process can be performed under an optical microscope in the air, not in an electron microscope. However, to date, no device or method capable of handling such nanofibers has been proposed.
ナノファイバのハンドリング機能として必要なのは、（１）ナノファイバのピックアップ、（２）ナノファイバの方向制御、（３）ナノファイバの移動、および（４）目的の位置での脱離・配置、である。機械的ピンセット方式では、細くて長いナノファイバをうまく掴めないので、（１）ピックアップ、（２）方向制御、および（４）目的の位置での脱離・配置、が困難である。電界力やクーロン力を利用する方法では、ナノファイバに生じる静電気により、制御できない静電気力が発生し、電極先端での（１）ピックアップや（４）脱離・配置、が困難である。
従って、細く、長いナノファイバのピックアップが容易で、制御が困難な静電気力の影響を受けない方法が必要である。
本発明は、従来、ナノファイバ個々のハンドリングに応用されなかったファンデルワース力を用いて、ナノファイバを一本ずつピックアップし、方向を制御し、所定の位置に移動し、その目的の位置で脱離・配置させるハンドリング装置であり、方法である。しかも、これらの操作は、電子顕微鏡を使わず、大気中の光学顕微鏡下で行える。
The nanofiber handling function requires (1) nanofiber pickup, (2) nanofiber direction control, (3) nanofiber movement, and (4) desorption / arrangement at the target position. . In the mechanical tweezers method, thin and long nanofibers cannot be grasped well, and (1) pickup, (2) direction control, and (4) desorption / arrangement at a target position are difficult. In the method using the electric field force or the Coulomb force, an electrostatic force that cannot be controlled is generated due to static electricity generated in the nanofiber, and (1) pickup and (4) desorption / arrangement at the electrode tip are difficult.
Therefore, there is a need for a method that is easy to pick up thin and long nanofibers and is not susceptible to electrostatic forces that are difficult to control.
The present invention uses a van der Waals force that has not been applied to the handling of individual nanofibers, picks up nanofibers one by one, controls the direction, moves them to a predetermined position, and at the target position. It is a handling device and method for detaching and arranging. Moreover, these operations can be performed under an optical microscope in the atmosphere without using an electron microscope.
発明１のナノファイバハンドリング装置は、ナノファイバの位置確認する光学顕微鏡、ナノファイバをファンデルワース力により保持可能な２つの保持部、この２つの保持部をそれぞれ独立に三次元的に移動、傾斜可能な位置・方向制御手段とからなるナノファイバハンドリング装置であって、一の保持部にナノファイバの一端側を保持することにより、一の保持部でナノファイバをピックアップして、ハンドリング可能であり、ピックアップしたナノファイバの他端側を他の保持部に保持した状態で、保持部同士を相対的に移動することにより、ナノファイバの角度調整・方向制御が可能であり、ピックアップしたナノファイバの他端側を他の保持部に保持した後、一の保持部を引き離すことにより、一の保持部から他の保持部へのナノファイバの受け渡しが可能であり、ハンドリング、角度調整・方向制御、受け渡しの操作を組み合わせて、ナノファイバを目的の位置に脱離・配置する機能を有することを特徴とする。
発明２は、発明１のナノファイバハンドリング装置において、前記ファンデルワース力により保持する保持部のナノファイバ保持面表面の最大粗さＲｚ＝２ｎｍ以下の平滑面としてあることを特徴とする。
発明３は、発明１および２のナノファイバハンドリング装置において、前記位置・方向制御手段は、基盤に対して水平２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）と垂直一方向（Ｚ方向）に移動する三次元ステージと、この三次元ステージに対して、Ｚ方向を中心として回転する水平角ステージとＸ方向又はＹ方向を中心にして回転する垂直角ステージとからなることを特徴とする。
The nanofiber handling apparatus of the invention 1 is an optical microscope for confirming the position of a nanofiber, two holding parts capable of holding nanofibers by van der Waals force, and moving and tilting these two holding parts independently in three dimensions. It is a nanofiber handling device consisting of possible position / direction control means, and by holding one end of the nanofiber in one holding part, the nanofiber can be picked up and handled by one holding part With the other end of the picked-up nanofiber held by another holding part, the angle of the nanofiber can be adjusted and controlled by moving the holding parts relative to each other . After holding the other end on the other holding part, pull the one holding part away from the one holding part to the other holding part. It is possible transfer of Iba, handling, angular adjustment and direction control, a combination of operations of transfer, and having a function of desorption and arranged nanofiber to the desired position.
A second aspect of the present invention is the nanofiber handling device according to the first aspect, wherein the nanofiber holding surface of the holding portion held by the van der Waals force has a smooth surface having a maximum roughness Rz = 2 nm or less.
A third aspect of the present invention is the nanofiber handling device according to the first and second aspects, wherein the position / direction control means moves in two horizontal directions (X direction, Y direction) and one vertical direction (Z direction) with respect to the substrate. The stage includes a horizontal angle stage that rotates about the Z direction and a vertical angle stage that rotates about the X or Y direction with respect to the three-dimensional stage.
発明４は、発明１から３のいずれかのナノファイバハンドリング装置を用いたナノファイバハンドリング方法であって、 ナノファイバ源に生成されている多数のナノファイバの内、特定の一つを選択し、この選択したナノファイバに対して、前記位置・方向制御手段を制御して、前記ナノファイバ保持部の保持面が平行となるように制御して接近させ、当該保持面に前記選択したナノファイバをファンデルワース力にて吸着し、吸着面のファンデルワース力により、ナノファイバを抜き取り、分離したナノファイバを所定の位置に移動させることを特徴とする。
発明５は、発明４のナノファイバハンドリング方法において、ナノファイバハンドリング装置の一方の保持部から他方の保持部にナノファイバを受け渡す方法であって、第一の保持部（第一保持部）にナノファイバの一部を保持し、保持されていない箇所が、第二の保持部（第二保持部）の保持面に平行で、かつ、その相対位置と相対方向が所定の配置となるように制御して近接させ、保持されていない箇所を前記第二保持部の保持面にファンデルワース力にて吸着させるにあたり、その吸着面積が、第一保持部に対するものより大きくなるようにして吸着させ、次に前記第一保持部を前記ナノ構造物から離脱させることを特徴とする。
発明６は、発明５のナノファイバハンドリング方法において、前記第二保持部が、前記ナノファイバを機能させるための基材であることを特徴とする。
Invention 4 is a nanofiber handling method using the nanofiber handling apparatus according to any one of Inventions 1 to 3, wherein a specific one of a plurality of nanofibers generated in a nanofiber source is selected, Control the position / direction control means to the selected nanofiber so that the holding surface of the nanofiber holding portion is parallel to the selected nanofiber, and the selected nanofiber is placed on the holding surface. Adsorbed by van der Waals force, nanofibers are extracted by van der Waals force on the adsorption surface, and the separated nanofibers are moved to a predetermined position.
Invention 5 is a method of delivering nanofibers from one holding part of the nanofiber handling apparatus to the other holding part in the nanofiber handling method of invention 4, wherein the first holding part (first holding part) Part of the nanofiber is held, the part that is not held is parallel to the holding surface of the second holding part (second holding part), and the relative position and relative direction are in a predetermined arrangement When the non-holding portion is adsorbed to the holding surface of the second holding part by van der Waals force, the adsorbing area is made to be larger than that for the first holding part. Then, the first holding part is separated from the nanostructure.
A sixth aspect of the present invention is the nanofiber handling method according to the fifth aspect, wherein the second holding part is a base material for causing the nanofiber to function.
本発明では、ナノファイバ一本ずつをピックアップし、目的の位置に方向を制御して配置させることができる装置と方法を開示している。従来、このような目的には、機械的なピンセット方式や電極先端の電界力やクーロン力を利用する方式が検討されたが、機械的方式でナノファイバをピックアップすることは困難であり、電界力やクーロン力方式では、ナノファイバに発生する静電気の影響が大きく、静電気力のため、ピックアップ等は困難であった。ナノファイバのハンドリングを可能にしたのは、本発明が初めてである。ナノファイバの正確・精密なハンドリングを可能にしたのは、ピンセットや電極でなく、前記保持部の微小板のファンデルワース力を利用したことによる。ファンデルワース力を利用しているため、静電気力の影響はなく、微小な物ほどファンデルワース力が重力などに比べ、相対的に大きくなり、より効果的となる。 次に、ファンデルワース力を用いた具体的な効果を示す。ナノファイバのピックアップについては、ファンデルワース力を用いることで、ナノファイバを保持面に接触させることで、その面に最も近いナノファイバが吸着されることとなる。どのナノファイバに保持面が近づいているのかを操作状況は、光学顕微鏡で容易に確認することができる。光学顕微鏡などの一般的な観察設備で、所望のナノファイバを選択し、保持することができるようになった。
さらに、発明５の操作を繰り返すことで、方向の制御をより精密の行うことができ、ナノファイバ源の状況によって、採集時には適正な方向で保持できない場合でも、その方向を正確に調整することができるようになる。
The present invention discloses an apparatus and method that can pick up nanofibers one by one and place them at a target position while controlling the direction. Conventionally, mechanical tweezers and methods using the electric field force and Coulomb force at the electrode tip have been studied for such purposes, but it is difficult to pick up nanofibers by mechanical methods. In the Coulomb force method, the influence of static electricity generated on the nanofiber is large, and picking up is difficult due to the electrostatic force. The present invention is the first to enable handling of nanofibers. The reason why nanofibers can be handled accurately and precisely is that van der Worth force of the microplate of the holding part is used instead of tweezers or electrodes. Since van der Worth force is used, there is no influence of electrostatic force, and the smaller the van der Worth force is, the greater the force compared to gravity and the more effective. Next, the concrete effect using van der Worth force is shown. As for the pickup of the nanofiber, by using van der Waals force, the nanofiber closest to the surface is adsorbed by bringing the nanofiber into contact with the holding surface. The operation status of which nanofiber is approaching the holding surface can be easily confirmed with an optical microscope. A general observation equipment such as an optical microscope can select and hold a desired nanofiber.
Furthermore, by repeating the operation of the invention 5, the direction can be controlled more precisely, and the direction can be accurately adjusted even if it cannot be held in an appropriate direction during collection depending on the state of the nanofiber source. become able to.
このように、本発明により、ナノファイバを、極めて容易に所望の位置と方向で機能用の部材に取り付けることができるようになったので、ナノファイバをその形状と大きさによる特性を最大限に発揮し得るように用いることができるようになった。ナノファイバならではの機能をデバイスやセンサー等に組み込み、それらの高機能化、さらには革新化を実現できるようになった。 As described above, according to the present invention, the nanofiber can be attached to the functional member at a desired position and orientation very easily, so that the characteristics of the nanofiber can be maximized by its shape and size. It can be used so that it can be demonstrated. The functions unique to nanofibers have been incorporated into devices and sensors, enabling them to be highly functional and innovative.
１−１：第一光学顕微鏡；（平面観察用）
１−２：第二光学顕微鏡；（正面観察用）
２−１：第一ハンドリング装置のＸＺ面回転ステージ；（垂直角度調整）
２−２：第一ハンドリング装置のＸＹ面回転ステージ；（水平角度調整）
２−３：第一ハンドリング装置のＺステージ；（高さ位置調整）
２−４：第一ハンドリング装置のＹステージ；（水平面位置調整）
２−５：第一ハンドリング装置のＸステージ；（水平面位置調整）
２−６：第二ハンドリング装置のＸＺ面回転ステージ；（垂直角度調整）
２−７：第二ハンドリング装置のＸＹ面回転ステージ；（水平角度調整）
２−８：第二ハンドリング装置のＺステージ；（高さ位置調整）
２−９：第二ハンドリング装置のＹステージ；（水平面位置調整）
２−１０：第一ハンドリング装置のＸステージ；（水平面位置調整）
３−１：第一保持部；
３−２：第二保持部；
３−３：平滑面（保持面）；
３−４：ナノファイバ
1-1: First optical microscope; (for plane observation)
1-2: Second optical microscope; (for frontal observation)
2-1: XZ plane rotation stage of the first handling device; (Vertical angle adjustment)
2-2: XY plane rotation stage of the first handling device; (Horizontal angle adjustment)
2-3: Z stage of the first handling device; (height position adjustment)
2-4: Y stage of first handling device; (horizontal plane position adjustment)
2-5: X stage of the first handling device; (horizontal position adjustment)
2-6: XZ plane rotation stage of second handling device; (vertical angle adjustment)
2-7: XY plane rotation stage of second handling device; (horizontal angle adjustment)
2-8: Z stage of second handling device; (height position adjustment)
2-9: Y stage of second handling device; (horizontal plane position adjustment)
2-10: X stage of the first handling device; (horizontal plane position adjustment)
3-1: first holding part;
3-2: second holding part;
3-3: smooth surface (holding surface);
3-4: Nanofiber
原子配列が高度に制御された、カーボンナノチューブや希土類六ホウ化物単結晶ナノファイバ等のナノファイバは、その特別なナノ構造と形態故に特異な機能をもつ。このナノ構造と形態は、高密度のデバイスを製造するトップダウン方式の微細加工では作製されないため、ナノファイバ等の機能をデバイスに活用するには、別のプロセスでナノファイバをデバイスに組み込む必要がある。そのため、ナノファイバをハンドリングする技術が必要となっているが、従来の、電子顕微鏡下での操作を必要とするもの、機械的なピンセット方式のもの、電極先端の電界力やクーロン力を利用する方式のものは、ナノファイバを対象としてのハンドリングには、問題があり、実用的なハンドリング方法とはいえない。 Nanofibers such as carbon nanotubes and rare earth hexaboride single crystal nanofibers with highly controlled atomic arrangements have unique functions due to their special nanostructure and morphology. This nanostructure and morphology are not created by top-down microfabrication that produces high-density devices, so it is necessary to incorporate nanofibers into the device through a separate process in order to utilize the functions of nanofibers in the device. is there. For this reason, technologies for handling nanofibers are required, but conventional techniques that require operation under an electron microscope, mechanical tweezers, electric field force or Coulomb force at the electrode tip are used. There is a problem in the handling of nanofibers, and this method is not a practical handling method.
そこで、光学顕微鏡下での操作による使い易い装置を開発し、機械的なピンセット方式や電界・クーロン方式でない、ファンデルワース力だけでナノファイバをハンドリングする新たな方法を開発した。 Therefore, we developed an easy-to-use device by operating under an optical microscope, and developed a new method for handling nanofibers with only van der Waals force, which is not a mechanical tweezer method or electric field / Coulomb method.
以下にナノファイバハンドリング装置の概要、および具体的なハンドリング方法を実施例において説明する。
以下の実施例では、ナノファイバを対象にしているが、本発明はこれに限らず、ナノチューブ、ナノベルト、ナノロッドその他のナノファイバ構造を有する物には適用可能なことは自明のことなので説明を省略する。また、その材質も無機のみならず有機のナノファイバを取り扱う場合にも同様に使用できる。
また、直径１０ｎｍ以上で、長さが３μｍ以上のナノファイバ状であれば、本装置により、光学顕微鏡による観察可能で、ハンドリングできることを確認している。
Hereinafter, an outline of a nanofiber handling apparatus and a specific handling method will be described in the embodiments.
In the following examples, nanofibers are targeted. However, the present invention is not limited to this, and it is obvious that the present invention can be applied to nanotubes, nanobelts, nanorods, and other objects having a nanofiber structure, and the description thereof is omitted. To do. Moreover, the material can be used similarly when handling not only inorganic but also organic nanofibers.
In addition, it has been confirmed that the nanofiber having a diameter of 10 nm or more and a length of 3 μm or more can be observed with an optical microscope and handled by this apparatus.
ナノファイバハンドリング装置の基本構造
ナノファイバの機能を生かしてデバイス化するのに使用できる実用的なナノファイバハンドリング装置の概要を図１に示す。
Basic Structure of Nanofiber Handling Apparatus FIG. 1 shows an outline of a practical nanofiber handling apparatus that can be used to make a device by utilizing the function of nanofibers.
この装置の構成について説明する。ナノファイバファイバを観察、位置確認できる５０００倍以上の倍率が可能な光学顕微鏡を第一顕微鏡（１−１）として、第一顕微鏡（１−１、株式会社キーエンス製のＶＨ−Ｚ５００Ｒを使用）の光軸方向を垂直に配置して、平面視での位置関係を観察するようにした。１０００倍以上の倍率での観察が可能な第二光学顕微鏡（１−２、株式会社キーエンス製のＶＨ−Ｚ１００Ｒを使用）を、光軸方向を水平にして配置して正面視での位置関係を観察できるようにした。両顕微鏡の焦点が同じポイントに一致するように調整して、当該ポイント付近での位置関係を平面と正面の両視野で観察できるようにしてある。一方、ナノファイバの方向や位置を制御する位置・方向制御手段として、第一ハンドリング装置と第二ハンドリング装置を基盤（ｂ）上に配置した。この両装置は、垂直角度を調整する為のＸＺ面回転ステージ（２−１，２−６）と、水平角度を調整する為のＸＹ面回転ステージ（２−２，２−７）と、三次元位置調整の為のＺステージ（２−３，２−８）、Ｙステージ（２−４，２−９）、Ｘステージ（２−５，２−１０）とが直列に連結されて配置されて構成されている。
さらに、前記ＸＺ面回転ステージ（２−１，２−６）にはそれぞれアームを介してナノファイバを保持する第一保持部（３−１）と第二保持部（３−２）が設けてあり、前記位置・方向制御手段は、この保持部（３−１）（３−２）の三次元位置と方向とを制御する為のものである。
その制御系統は、図２に示すフローの通りである。
なお、前記各ステージの内、ＸＹ面回転ステージ（２−２，２−７）、Ｚステージ（２−３，２−８）、Ｙステージ（２−４，２−９）、Ｘステージ（２−５，２−１０）はシグマ光機株式会社の自動ステージＳＧＳＰ２０−８５を用いて構成し、１パルス移動量はフルステップで２μｍ、ハーフステップで１μｍとした。
この保持部（３−１）（３−２）は、平板状であって、その表面（３−３）には、半導体用のシリコン基板を貼り付けて、表面最大粗さがＲｚ＝２ｎｍ以下の平滑面とし、表面のファンデルワース力を最大限利用できるようにした。
The configuration of this apparatus will be described. The first microscope (1-1, using VH-Z500R manufactured by Keyence Corporation) as the first microscope (1-1) is an optical microscope capable of observing and confirming the position of the nanofiber fiber and having a magnification of 5000 times or more. The optical axis direction was arranged vertically, and the positional relationship in plan view was observed. A second optical microscope capable of observing at a magnification of 1000 times or more (1-2, using VH-Z100R manufactured by Keyence Corporation) is placed with the optical axis direction horizontal, and the positional relationship in front view I was able to observe. Adjustment is made so that the focal points of both microscopes coincide with the same point so that the positional relationship in the vicinity of the point can be observed in both the planar and front visual fields. On the other hand, as the position / direction control means for controlling the direction and position of the nanofiber, the first handling device and the second handling device were arranged on the base (b). Both of these devices include an XZ plane rotary stage (2-1, 2-6) for adjusting the vertical angle, an XY plane rotary stage (2-2, 2-7) for adjusting the horizontal angle, and a tertiary Z stage (2-3, 2-8), Y stage (2-4, 2-9) and X stage (2-5, 2-10) for original position adjustment are arranged in series. Configured.
Furthermore, the XZ plane rotation stage (2-1, 2-6) is provided with a first holding part (3-1) and a second holding part (3-2) for holding the nanofibers via the arms, respectively. The position / direction control means controls the three-dimensional position and direction of the holding portions (3-1) and (3-2).
The control system is as shown in the flow in FIG.
Of the above stages, the XY plane rotation stage (2-2, 2-7), Z stage (2-3, 2-8), Y stage (2-4, 2-9), X stage (2 -5, 2-10) was configured using an automatic stage SGSP20-85 manufactured by Sigma Koki Co., Ltd., and the amount of movement of one pulse was 2 μm at a full step and 1 μm at a half step.
The holding portions (3-1) and (3-2) have a flat plate shape, and a silicon substrate for semiconductor is attached to the surface (3-3), and the maximum surface roughness is Rz = 2 nm or less. The surface was made smooth so that the van der Waals force on the surface could be used to the maximum.
＜ナノファイバの採取のためのハンドリング方法＞
前記実施例１で示すナノファイバハンドリング装置あるいは同様の機能をもつ装置を用いて、ナノファイバを捕捉する方法を図３に示す。
「ステップ１；図３（Ａ）」
ナノファイバ源（Ｘ）を、前記第一保持部（３−１）上に載せて、光学顕微鏡視野内の作業エリアに配置し、第二保持部（３−２）を同エリアに配置する。
「ステップ２；図３（Ｂ）」
第二ハンドリング装置の位置・方向制御手段を用いて、前記第二保持部（３−２）の表面（３−３）を、採取するナノファイバ（３−４）と平行となるように近づけ、接触させる。
これにより、ナノファイバ（３−４）は、前記第二保持部の表面（３−３）に吸着される。
そして、両保持部（３−１）（３−２）の内のいずれかを、ナノファイバ（３−４）がナノファイバ源（Ｘ）から分離しやすい方向に移動させ、ナノファイバ（３−４）を前記吸着力により、ナノファイバ源（Ｘ）から分離して引き離す。
このようにして、多数林立するナノファイバから所望のものを取り出すことができた。
<Handling method for collecting nanofibers>
FIG. 3 shows a method of capturing nanofibers using the nanofiber handling apparatus shown in the first embodiment or an apparatus having a similar function.
"Step 1; Fig. 3 (A)"
The nanofiber source (X) is placed on the first holding unit (3-1) and arranged in a work area within the field of view of the optical microscope, and the second holding unit (3-2) is arranged in the same area.
“Step 2; FIG. 3 (B)”
Using the position / direction control means of the second handling device, the surface (3-3) of the second holding part (3-2) is brought close to the nanofiber (3-4) to be collected, Make contact.
Thereby, the nanofiber (3-4) is adsorbed on the surface (3-3) of the second holding part.
And either one of both holding | maintenance part (3-1) (3-2) is moved to the direction in which nanofiber (3-4) is easy to isolate | separate from nanofiber source (X), and nanofiber (3- 4) is separated from the nanofiber source (X) by the adsorption force.
In this way, it was possible to take out a desired one from a large number of nanofibers.
＜保持部に保持されたナノファイバの角度調整方法（図４参照）＞ 第一保持部（３−１）にファンデルワース力にて捕捉されたナノファイバ（３−４）の位置、特に方向を目的に合わせて制御する方法を以下に示す。
「ステップ１；図４（Ａ）（Ｂ）」
ナノファイバ（３−４）は、第一保持部（３−１）に長さ（ＬＡ）にて吸着された片持ち状の保持姿勢で、中心線（図中二点鎖線で示す）に対して角度（α）にて斜めに保持されている。
第二保持部（３−２）を前記第一保持部（３−１）に近づけ、図４（Ｂ）に示すように、前記ナノファイバ（３−４）の遊端部を、長さ（ＬＢ）だけ吸着する。
この時、長さ（ＬＡ）＞長さ（ＬＢ）として、ナノファイバ（３−４）との吸着力が、第一保持部（３−１）＞第二保持部（３−２）としておくとともに、両者の表面を水平に維持し、かつ基盤（ｂ）に対する傾斜角を同じとして、両者に対するナノファイバの吸着がスムーズに行えるようにしておく。
「ステップ２；図４（Ｃ）」
そして、第二保持部を上方に移動させることで、図４（Ｃ）のように垂直角（β）をもって、ナノファイバ（３−４）を傾斜させ、第一保持部（３−１）の表面の一点と第二保持部（３−２）の先端の一点との二点にて支えるようになる。この状態で両保持部の水平方向で相対移動させると、第一保持部（３−１）の表面の接触点を中心に、前記角度（α）を変更することが可能になる。
このようにして、前記中心線との傾斜を調整し、その後、第二保持部を下方に移動させると、前記角度（β）をゼロとして、前記角度（α）がゼロを含む所望の角度にして、図４（Ａ）の状態にすることができる。
<Angle adjustment method of nanofiber held by holding part (see FIG. 4)> The position, in particular, the direction of the nanofiber (3-4) captured by van der Waals force in the first holding part (3-1). A method for controlling the above according to the purpose is shown below.
“Step 1; FIGS. 4A and 4B”
Nanofibers (3-4) is a cantilevered retention posture adsorbed at length in the first holding unit (3-1) (L A), the center line (indicated by a two-dot chain line) On the other hand, it is held at an angle (α).
The second holding part (3-2) is brought close to the first holding part (3-1), and the free end part of the nanofiber (3-4) is set to a length (as shown in FIG. 4B). Only L B ) is adsorbed.
At this time, when the length (L A )> the length (L B ), the adsorption force with the nanofiber (3-4) is as follows: first holding part (3-1)> second holding part (3-2) In addition, the both surfaces are kept horizontal and the inclination angle with respect to the substrate (b) is the same so that the nanofibers can be smoothly adsorbed to both.
“Step 2; FIG. 4 (C)”
Then, by moving the second holding portion upward, the nanofiber (3-4) is inclined with the vertical angle (β) as shown in FIG. 4C, and the first holding portion (3-1) It is supported at two points, one point on the surface and one point on the tip of the second holding part (3-2). In this state, when the two holding portions are relatively moved in the horizontal direction, the angle (α) can be changed around the contact point on the surface of the first holding portion (3-1).
Thus, when the inclination with respect to the center line is adjusted and then the second holding part is moved downward, the angle (β) is set to zero, and the angle (α) is set to a desired angle including zero. Thus, the state shown in FIG.
＜ナノファイバの受け渡し方法＞
第一保持部から第二保持部にナノファイバを受け渡す方法を以下に例示する。
当該方法は、前記実施例２によりナノファイバを採取した後、本実施例により、第二保持部から第一保持部にナノファイバを移し替える場合にも適用できる方法である。
また、最終的に、固定基材にナイファイバを設置する場合にも利用できる方法である。
「ステップ１：図５（Ａ）」
ナノファイバ（３−４）は、第一保持部（３−１）に長さ（ＬＡ）にて、ファンデルワース力により吸着された片持ち状の所望姿勢で保持されている。
「ステップ２：図５（Ｂ）」
前記第一保持部（３−１）に対して同一傾斜角で第二保持部（３−２）を近づけ、ファンデルワース力により、長さ（ＬＢ）で、ノナファイバ（３−４）の遊端側を前記第二保持部（３−２）の表面に吸着保持する。
この時、長さ（ＬＡ）＜長さ（ＬＢ）として、ナノファイバの吸着力が第二保持部（３−２）に多く働くようにする。
「ステップ３：図５（Ｃ）」
さらに、図示のように第二保持部（３−２）を上方に移動させると、前記吸着力の相違により、ナノファイバは第二保持部（３−２）に保持され、第一保持部からは離脱することとなる。
このようにして、ナノファイバを第一保持部から第二保持部に受け渡すことができた。
無論、第二保持部から第一保持部への受け渡しも可能なことは自明なことであるが、受け渡される側を固定基材とすれば、ナノファイバを固定基材に設置する方法としても利用できる。
<Nanofiber delivery method>
A method for delivering nanofibers from the first holding unit to the second holding unit will be exemplified below.
This method is applicable to the case where nanofibers are collected according to the second embodiment and then the nanofibers are transferred from the second holding portion to the first holding portion according to this embodiment.
In addition, this method can also be used in the case of finally installing a nylon fiber on a fixed base material.
"Step 1: Figure 5 (A)"
The nanofiber (3-4) is held by the first holding portion (3-1) with a length (L A ) in a desired cantilever posture that is adsorbed by van der Waals force.
"Step 2: Figure 5 (B)"
The second holding portion (3-2) is brought closer to the first holding portion (3-1) at the same inclination angle, and the length (L B ) of the nona fiber (3-4) is increased by van der Waals force. The free end side is sucked and held on the surface of the second holding portion (3-2).
At this time, the length (L A ) <length (L B ) is set so that the adsorption force of the nanofiber acts on the second holding portion (3-2).
"Step 3: Figure 5 (C)"
Further, when the second holding part (3-2) is moved upward as shown in the drawing, the nanofiber is held by the second holding part (3-2) due to the difference in the adsorption force, and from the first holding part. Will leave.
In this way, the nanofiber could be transferred from the first holding unit to the second holding unit.
Of course, it is obvious that delivery from the second holding part to the first holding part is also possible, but if the delivery side is a fixed base material, the nanofiber can also be installed on the fixed base material. Available.
前記実施例３の方法の実例を図６に示す 第二保持部（３−２）の上には４０ｎｍ径の六ホウ化ランタンナノファイバがのせられている。第一保持部（３−１）を第二保持部（３−２）上のナノファイバ（３−４）に近づけ、ナノファイバを第一保持部（３−１）の表面にのせる。この際、第一保持部（３−１）とナノファイバ（３−４）の接触面積は、第二保持部（３−２）のそれより小さくする。第一保持部（３−１）をナノファイバ（３−４）が回転するように移動して、第二保持部（３−２）の軸方向とナノファイバ（３−４）に長さ方向とを一致させる。第一保持部（３−１）を第二保持部（３−２）から引き離すと、ナノファイバは第二保持部（３−２）の上に軸方向と一致した方向となって配置される。 An example of the method of Example 3 is shown in FIG. 6. A 40 nm-diameter lanthanum hexaboride nanofiber is placed on the second holding part (3-2). The first holding part (3-1) is brought close to the nanofiber (3-4) on the second holding part (3-2), and the nanofiber is placed on the surface of the first holding part (3-1). At this time, the contact area between the first holding part (3-1) and the nanofiber (3-4) is made smaller than that of the second holding part (3-2). The first holding part (3-1) is moved so that the nanofibers (3-4) rotate, and the axial direction of the second holding part (3-2) and the length direction in the nanofibers (3-4) To match. When the first holding part (3-1) is separated from the second holding part (3-2), the nanofibers are arranged on the second holding part (3-2) in a direction that matches the axial direction. .
図７は基板の上にある２本の４０ｎｍ径の六ホウ化ランタンナノファイバを実施例２および３と同様にして、１本のファイバは抜き取り、もう一本のファイバの位置制御を行った。ここで用いた固定基材は電子源に用いるタングステン針で、その先端に六ホウ化ランタンナノファイバの電子放出部が取り付けられている。 In FIG. 7, two 40 nm-diameter lanthanum hexaboride nanofibers on the substrate were extracted in the same manner as in Examples 2 and 3, and the position of another fiber was controlled. The fixing substrate used here is a tungsten needle used for an electron source, and an electron emitting portion of a lanthanum hexaboride nanofiber is attached to the tip of the fixing needle.
バルクにはない機能や特性を発現するナノファイバが開発されている。カーボンナノチューブ、希土類ホウ化物単結晶ナノファイバ、ボロンナイトライドナノチューブなどがそうであるが、これらのナノファイバをデバイスやセンサプローブ等に組み込むことにより、デバイス等の高機能化、革新化を実現できる。 Nanofibers have been developed that exhibit functions and properties not found in bulk. For example, carbon nanotubes, rare earth boride single crystal nanofibers, boron nitride nanotubes, and the like. By incorporating these nanofibers into devices, sensor probes, etc., it is possible to realize higher functionality and innovation of devices.
Claims (6)
一の保持部にナノファイバの一端側を保持することにより、一の保持部でナノファイバをピックアップして、ハンドリング可能であり、
ピックアップしたナノファイバの他端側を他の保持部に保持した状態で、保持部同士を相対的に移動することにより、ナノファイバの角度調整・方向制御が可能であり、
ピックアップしたナノファイバの他端側を他の保持部に保持した後、一の保持部を引き離すことにより、一の保持部から他の保持部へのナノファイバの受け渡しが可能であり、
ハンドリング、角度調整・方向制御、受け渡しの操作を組み合わせて、ナノファイバを目的の位置に脱離・配置する機能を有することを特徴とするナノファイバハンドリング装置。 An optical microscope for confirming the position of the nanofiber, two holding parts capable of holding the nanofiber by van der Waals force, and a position / direction control means capable of moving and tilting the two holding parts independently in three dimensions. A nanofiber handling device comprising:
By holding one end of the nanofiber in one holding part, the nanofiber can be picked up and handled by one holding part,
In a state where the other end side of the picked-up nanofiber is held by another holding part, the angle adjustment and direction control of the nanofiber is possible by relatively moving the holding parts,
After holding the other end of the picked-up nanofibers in another holding part, it is possible to deliver nanofibers from one holding part to another holding part by pulling away one holding part,
A nanofiber handling device having a function of detaching and arranging a nanofiber at a target position by combining handling, angle adjustment / direction control, and delivery operation.
ナノファイバ源に生成されている多数のナノファイバの内、特定の一つを選択し、この選択したナノファイバに対して、前記位置・方向制御手段を制御して、前記ナノファイバ保持面が平行となるように制御して接近させ、当該保持面に前記選択したナノファイバをファンデルワース力にて吸着し、吸着面のファンデルワース力により、ナノファイバ源から抜き取り、分離したナノファイバを所定の位置に移動させることを特徴とするナノファイバハンドリング方法。 A handling method using a nano fiber handling equipment according to any one of claims 1 to 3,
A specific one of a number of nanofibers generated in the nanofiber source is selected, and the position / direction control means is controlled for the selected nanofiber so that the nanofiber holding surface is parallel. The selected nanofibers are adsorbed to the holding surface by van der Waals force, and are extracted from the nanofiber source by the van der Waals force of the adsorption surface, and the separated nanofibers are predetermined. A nanofiber handling method, wherein the nanofiber is moved to a position.
第一の保持部（第一保持部）にナノファイバの被保持相当位置の一部を保持し、保持されていない被保持相当位置が、第二の保持部（第二保持部）の保持面に平行で、かつ、その相対位置と相対方向が所定の配置となるように制御して近接させ、保持されていない被保持相当位置を前記第二保持部の保持面にファンデルワース力にて吸着させるにあたり、その吸着面積が、第一保持部に対するものより大きくなるようにして吸着させ、次に前記第一保持部を前記ナノファイバから離脱させることを特徴とするナノファイバハンドリング方法。 The nanofiber handling method according to claim 4, wherein the nanofiber is transferred from one holding part of the nanofiber handling apparatus to the other holding part,
A part of the nanofiber held equivalent position is held in the first holding part (first holding part), and the held equivalent position that is not held is the holding surface of the second holding part (second holding part). In parallel, and the relative position and the relative direction are controlled so as to be in a predetermined arrangement, and the position to be held is not held by the van der Waals force on the holding surface of the second holding portion. A method of nanofiber handling comprising adsorbing so that the adsorption area is larger than that for the first holding part and then detaching the first holding part from the nanofiber.
前記第二保持部が、前記ナノファイバを機能させるための基材であることを特徴とするナノファイバハンドリング方法。
The nanofiber handling method according to claim 5, wherein
Said 2nd holding | maintenance part is a base material for making said nanofiber function, The nanofiber handling method characterized by the above-mentioned.
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