A Liquid‐Ga‐Filled Carbon Nanotube: A Miniaturized Temperature Sensor and Electrical Switch

材料科学 纳米管 碳纳米管 碳纳米管致动器 纳米技术 小型化 电阻和电导 大气温度范围 纳米线 光电子学 复合材料 碳纳米管的光学性质 物理 气象学
作者
Pavel Dorozhkin,S. V. Tovstonog,Dmitri Golberg,Jinhua Zhan,Yiji Ishikawa,Masahiro Shiozawa,Haruyuki Nakanishi,Keiichi Nakata,Yoshio Bando
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:1 (11): 1088-1093 被引量:79
标识
DOI:10.1002/smll.200500154
摘要

Abstract Temperature control on the nanometer scale is a challenging task in many physical, chemical, and material science applications where small experimental volumes with high temperature gradients are used. The crucial difficulty is reducing the size of temperature sensors while keeping their sensitivity, working temperature range, and, most importantly, their simplicity and accuracy of temperature reading. In this work, we demonstrate the ultimate miniaturization of the classic thermometer using an expanding column of liquid gallium inside a multi‐walled C nanotube for precise temperature measurements. We report that electrical conductivity through unfilled nanotube regions is diffusive with a resistance per unit length of ≈10 kΩ μm −1 , whereas Ga‐filled segments of the nanotube show metallic behavior with a low resistance of ≈100 Ω μm −1 . No noticeable Schottky barrier exists between the nanotube carbon shell and the inner Ga filling. Based on these findings, an individual carbon nanotube partially filled with liquid Ga is used as a temperature sensor and/or switch. The nanotube’s electrical resistance decreases linearly with increasing temperature as the metallic Ga column expands inside the tube channel. In addition, the tube resistance drops sharply when two encapsulated Ga columns approaching each other meet inside the nanotube, producing a switching action that can occur at any predetermined temperature, as the Ga column position inside the nanotube can be effectively pre‐adjusted by nanoindentation using an atomic force microscope.
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