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Nanoelectromechanics in Engineering and Biology (Nano- And Microscience, Engineering, Technology and
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ISBN-10 : 0849311837
ISBN-13 : 9780849311833
Nanoelectromechanics in Engineering and Biology (Nano- And Microscience, Engineering, Technology and [Hardcover] 중고
저자 Hughes, Michael Pycraft | 출판사 CRC
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2002년 10월 0일 출간
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The success, growth, and virtually limitless applications of nanotechnology depend upon our ability to manipulate nanoscale objects, which in turn depends upon developing new insights into the interactions of electric fields, nanoparticles, and the molecules that surround them. In the first book to unite and directly address particle electrokinetics and nanotechnology, Nanoelectromechanics in Engineering and Biology provides a thorough grounding in the phenomena associated with nanoscale particle manipulation. The author delivers a wealth of application and background knowledge, from using electric fields for particle sorting in lab-on-a-chip devices to electrode fabrication, electric field simulation, and computer analysis. It also explores how electromechanics can be applied to sorting DNA molecules, examining viruses, constructing electronic devices with carbon nanotubes, and actuating nanoscale electric motors. The field of nanotechnology is inherently multidisciplinary-in its principles, in its techniques, and in its applications-and meeting its current and future challenges will require the kind of approach reflected in this book. Unmatched in its scope, Nanoelectromechanics in Engineering and Biology offers an outstanding opportunity for people in all areas of research and technology to explore the use and precise manipulation of nanoscale structures.

--- From the Publisher

저자소개

목차


Movement from electricity 1(14)
Introduction 1(2)
The promise of nanotechnology 3(2)
Electrokinetics 5(4)
Electrokinetics and nanoparticles 9(1)
A note on terminology 10(5)
References 12(3)
Electrokinetics 15(36)
The laws of electrostatics 15(1)
Coulomb's law, electric field, and electrostatic potential 15(4)
Gauss's, Laplace's, and Poisson's equations 19(2)
Conductance and capacitance 21(5)
Conductance and conductivity 21(2)
Capacitance 23(2)
Impedance 25(1)
Polarization and dispersion 26(9)
Dipoles and polarization 26(3)
Complex permittivity 29(1)
Dispersion and relaxation processes 30(1)
Debye relaxation 30(3)
The Maxwell-Wagner relaxation 33(2)
Dielectric spheres in electric fields 35(4)
Forces in field gradients: dielectrophoresis and electrorotation 39(12)
Dielectrophoresis 39(3)
Electrorotation 42(3)
Electro-orientation 45(1)
Dipole-dipole interactions: pearl chaining 46(2)
Higher order multipoles 48(2)
Supplementary reading 50(1)
Colloids and surfaces 51(24)
Colloids 51(1)
The electrical double layer 51(1)
The Gouy--Chapman model 52(4)
The Stern layer 56(3)
Particles in moving fluids 59(1)
Colloids in electric fields 60(3)
Electrode polarization and fluid flow 63(6)
Other forces affecting colloidal particles 69(6)
Viscous drag 69(1)
Buoyancy 70(1)
Brownian motion and diffusion 70(2)
Colloidal interaction forces 72(1)
References 73(1)
Supplementary reading 74(1)
Analysis and manipulation of solid particles 75(32)
Dielectrophoresis of homogeneous colloids 75(1)
Frequency-dependent behavior and the crossover frequency 76(4)
Double layer effects 80(7)
Charge movement in the double layer 81(1)
Charge movement in the Stern and diffuse double layers 82(2)
Stern layer conduction and the effects of bulk medium properties 84(2)
Dispersion in the Stern Layer 86(1)
Dielectrophoresis versus fluid flow 87(2)
Separating spheres 89(4)
Trapping single particles 93(5)
Theory of dielectrophoretic trapping 94(1)
Trapping using positive dielectrophoresis 95(1)
Trapping using negative dielectrophoresis 96(2)
Limitations on minimum particle trapping size 98(4)
Dielectrophoresis and laser trapping 102(5)
References 104(3)
Dielectrophoresis of complex bioparticles 107(32)
Manipulating viruses 107(1)
Anatomy of viruses 108(1)
The multishell model 109(3)
Methods of measuring dielectrophoretic response 112(9)
Experimental considerations 112(2)
Crossover measurements 114(1)
Collection rate measurements 115(2)
Phase analysis light scattering techniques 117(1)
Measurement of levitation height 118(2)
Particle velocity measurement 120(1)
Examining virus structure by dielectrophoresis 121(2)
The interpretation of crossover data 123(7)
Clarifying assumptions 123(2)
Interpretation of results 125(3)
The effects of storage 128(2)
Studying nonspherical particles 130(3)
Separating viruses 133(1)
Unexpected charge effects 134(5)
References 136(1)
Supplementary reading 137(2)
Dielectrophoresis, molecules, and materials 139(20)
Manipulation at the molecular scale 139(1)
Manipulating proteins 139(1)
Dielectrophores for protein analysis 140(6)
Qualitative description 141(1)
Crossover as a function of conductivity 142(1)
Crossover as a function of conductivity and pH 143(3)
DNA 146(2)
Dielectrophoretic manipulation of DNA 148(2)
Applications of DNA manipulation 150(3)
Electrical measurement of single DNA molecules 150(1)
Stretch-and-positioning of DNA 151(1)
Molecular laser surgery 152(1)
Nanotubes, nanowires, and carbon-60 153(6)
References 156(3)
Nanoengineering 159(18)
Toward molecular nanotechnology 159(1)
Directed self-assembly 160(1)
Device assembly 161(1)
Electrostatic self-assembly 162(2)
Electronics with nanotubes, nanowires, and carbon-60 164(4)
Putting it all together: the potential for dielectrophoretic nanoassembly 168(1)
Dielectrophoresis and materials science 169(5)
Deposition of coatings 169(1)
Three-dimensional material structuring 170(3)
Dewatering 173(1)
Nanoelectromechanical systems 174(3)
References 175(2)
Practical dielectrophoretic separation 177(30)
Limitations on dielectrophoretic separation 177(1)
Flow separation 178(4)
Field flow fractionation 182(2)
Thermal ratchets 184(5)
Separation strategies using dielectrophoretic ratchets 189(2)
Stacked ratcheting mechanisms 191(2)
Traveling wave dielectrophoresis 193(7)
Applications of traveling wave dielectrophoresis 200(7)
Manipulation 200(1)
Separation 201(1)
Fractionation 201(1)
Concentration 202(2)
References 204(3)
Electrode structures 207(32)
Microengineering 207(1)
Electrode fabrication techniques 208(14)
Photolithography 208(2)
Wet etching 210(5)
Dry etching 215(1)
Laser ablation 216(1)
Direct-write e-beam structures 217(1)
Multilayered planar construction 218(1)
Microfluidics 219(2)
Other fabrication techniques 221(1)
Laboratories on a chip 222(9)
Steering particles around electrode structures 224(2)
Particle detection 226(2)
Integrating electrokinetic subsystems 228(2)
Contact with the outside world 230(1)
A note about patents 231(8)
References 233(4)
Supplementary reading 237(2)
Computer applications in electromechanics 239(40)
The need for simulation 239(1)
Principles of electric field simulation 239(1)
Analytical methods 240(6)
Electrode geometries with analytical solutions to their electric fields 240(4)
Modeling time-dependent behavior using analytical methods 244(2)
Numerical methods 246(5)
The finite difference method 247(1)
The finite element method 248(1)
Boundary element methods 249(1)
The Monte Carlo method 249(1)
The Method of moments 250(1)
Finite element analysis 251(10)
Local elements and the shape function 251(2)
The Galerkin method 253(3)
Quadrilateral elements 256(2)
Assembling the elements 258(1)
Applying boundary conditions 259(2)
The solution process 261(1)
The method of moments 261(5)
Calculating charge density 262(3)
Calculating the potential 265(1)
Commercial versus custom software 266

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