First, we report alignment and attachment of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) between microelectrodes using alternating current (AC) dielectrophoresis, where the AC dielectrophoresis is induced by a square wave rather than the conventional sinusoidal wave. A parametric study showed that square wave-based AC dielectrophoresis is useful in alignment and attachment of MWNTs on a microelectrode gap, and that the square wave is effective in aligning the MWNTs in a low frequency range ( ~ 10 kHz) without addition of a direct current (DC) signal. Moreover, we could attach the MWNTs between microelectrodes with minimal amounts of impurities by adjusting the square wave duty cycle.
Next, the nanocrystal quantum dot (NQD)/single-walled carbon nanotube (SWNT) hybrid nanomaterials were synthesized, assembled into field effect transistors (FETs) via dielectrophoresis (DEP), and characterized optically and electronically. The pyridine moiety functioned as a short, noncovalent linker between the NQDs and SWNTs and allowed more efficient carrier transfer through the assemblies without deleteriously altering electronic structures. Photoluminescence studies of the resulting assemblies support an efficient carrier transfer process in CdSe-py-SWNTs unlike that of CdSe/ZnS-py-SWNTs. The use of DEP as a means of controlling the assembly process allowed the creation of a SWNT array containing densely packed CdSe NQDs across a $2\mum$ gap between electrodes. Observations and characterization of the photocurrent, resistivity, gate dependence, and optical properties of these systems suggest efficient electron transfer from photoexcited NQDs to SWNTs.
Finally, we fabricated optoelectronic device made of the CdSe/pyridine/multi-walled carbon nanotube (CdSe-py-MWNT) hybrid material using sequential application of dielectrophoretic (DEP) assembly. The individual MWNT was firstly assembled using DEP force on an electrode. In order to densely decorate the CdSe-py onto the pre-assembled individual MWNT, the DEP method was used once again. We found that the resistance of CdSe-py-MWNT device was rapidly decreased under illumination of UV light, and its response was quite proportional to the light intensity. Moreover, it was demonstrated that optoelectronic property of the device could be modulated by the size of CdSe NQD assembled on a MWNT. Notably, the recovery time of the optoelectronic device was 250 times faster than similar CdSe-py-SWNT device using a single walled carbon nanotube (SWNT) instead of a MWNT. We described the plausible explanation for the charge transfer mechanism, and characterized this device by using SEM, TEM, laser scanning microscope, and optoelectronic measurements.
먼저 교류(AC) 유전영동을 이용하여 미세전극 사이에 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)를 부착하고 정렬하는 과정에대해 언급하고자 한다. 우리가 사용한 교류 유전영동은 일반적인 사인파를 기반으로 한것이 아닌 사각파를 기반으로 유도되었다. 변수 연구결과는 사각파를 기반으로 한 교류 유전영동이 다중벽 탄소나노튜브를 미세전극 간격에 부착하고 정렬하는데 유용하다는 것을 보여주었다. 특히 사각파형은 10 kHz 이하의 낮은 주파수에서 별도의 직류 신호의 추가 없이도 다중벽 탄소나노튜브를 잘 정렬하였다. 게다가 우리는 사각파의 듀티사이클을 조정함으로써, 불순물양을 최소화하여 미세전극사이에 다중벽 탄소나노튜브를 부착할 수 있었다.
다음으로 우리는 나노크리스탈 양자점(NQD)/단일벽 탄소나노튜브 (SWNT) 하이브리드 나노 구조체를 합성하고, 유전영동을 이용하여 전계방출형 트랜지스터(FET)를 제작한 뒤, 이것을 광학적, 전기적으로 분석하였다. 피리딘 분자(py)로 치환된 양자점은 단일벽 탄소나노튜브와 비 공유적으로 결합하게끔 만들었고, 그 결합길이의 최소화를 가능하게 하였다. 또한, 이러한 종류의 결합은 양자점과 탄소나노튜브간의 전하이동을 원활하게하는데 도움을 주었다. 광루미네선스 결과는 CdSe/ZnS-py-SWNTs에 비해 CdSe-py-SWNTs 구조가 전하이동에 더욱 효과적임을 보여주었다. 유전영동의 사용은 카드뮴셀레나이드(CdSe) 양자점을 포함한 단일벽 탄소나노튜브 구조를 2 마이크로 미세전극 사이에 정렬 및 부착될 수 있게끔 하였다. 광전류, 저항변화, 게이트 전압 특성 곡선, 그리고 광학적 분석은 우리가 구축한 CdSe-py-SWNT 시스템이 전자 이동에 효율적임을 보여주었다.
마지막으로, 우리는 카드뮴 셀레나이드 양자점/피리딘분자/다중벽 탄소나노튜브인 CdSe-py-MWNT로 이뤄진 하이브리드 나노 구조체를 유전영동을 순차적으로 적용함으로써 합성하였다. 우선, 개별화된 다중벽 탄소나노튜브를 유전영동을 사용하여 미세전극사이에 부착 및 정렬하였다. 피리딘 분자로 표면이 치환된 카드뮴 셀레나이드 양자점은 이미 조립된 다중벽 탄소나노튜브에 다시 유전영동을 적용함으로써 조립되었다. 우리는 이러한 CdSe-py-MWNT 구조체가 자외선 광의 강도에 따라 비례하는 반응성을 갖는다는 것을 관찰하였다. 또한, 반복적인 광전 반응을 나타낸다는 것을 관찰하였을 뿐만아니라 단일벽 탄소나노튜브 기반의 광전 소자에 비해서 250배 빠른 회복속도를 보인다는 것을 관찰하였다. 우리는 이러한 현상이 양자점과 다중벽 탄소나노튜브 사이의 전하이동에 의해서 일어남을 결론지었고, 이러한 결론은 SEM, TEM, LSM, 광학현미경을 통해 관찰한 실험결과들이 바탕이되었다.
