Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

तीन आयामी ग्राफीन के निर्माण-Origami के माध्यम से स्वयं की तरह Polyhedrons आधारित-तह

Published: September 23, 2018 doi: 10.3791/58500
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Department of Electrical and Computer Engineering, University of Minnesota, Minneapolis, United States

Summary

यहां, हम 3 डी ग्राफीन के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल-आधारित origami के माध्यम polyhedrons-आत्म तह की तरह प्रस्तुत करते हैं ।

Abstract

दो के विधानसभा आयामी (2d) ग्राफीन तीन में आयामी (3 डी) बहुतलीय संरचनाओं जबकि ग्राफीन उत्कृष्ट निहित संपत्तियों के संरक्षण उपंयास डिवाइस अनुप्रयोगों के विकास के लिए बहुत रुचि की गई है । यहां, 3d, अतिसूक्ष्म, खोखले polyhedrons के निर्माण (cubes) एक origami के माध्यम से 2d ग्राफीन या ग्राफीन ऑक्साइड शीट्स की कुछ परतों से मिलकर स्वयं की तरह तह प्रक्रिया वर्णित है । इस विधि बहुलक फ्रेम और टिका का उपयोग शामिल है, और एल्यूमीनियम ऑक्साइड/क्रोमियम संरक्षण परतें कि तन्यता, स्थानिक, और सतह तनाव ग्राफीन-आधारित झिल्ली जब 2d जाल 3 डी क्यूब्स में तब्दील हो जाती है पर तनाव को कम । इस प्रक्रिया के आकार और संरचनाओं के आकार के रूप में अच्छी तरह से समानांतर उत्पादन के नियंत्रण प्रदान करता है । इसके अलावा, इस दृष्टिकोण 3 डी क्यूब्स के प्रत्येक चेहरे पर धातु patterning द्वारा सतह संशोधनों के निर्माण की अनुमति देता है । रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी अध्ययनों से पता चलता है विधि ग्राफीन आधारित झिल्ली के आंतरिक गुणों के संरक्षण, हमारी विधि की मजबूती का प्रदर्शन अनुमति देता है ।

Introduction

दो आयामी (2d) ग्राफीन शीट असाधारण ऑप्टिकल, इलेक्ट्रॉनिक, और यांत्रिक गुणों के अधिकारी, अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक, optoelectronic, विद्युत के लिए उपंयास क्वांटम घटना के अवलोकन के लिए उंहें मॉडल सिस्टम बना रही है, विद्युत, और बायोमेडिकल अनुप्रयोगों1,2,3,4,5,6. ग्राफीन के रूप में उत्पादित 2 डी स्तरित संरचना के अलावा, हाल ही में, विभिन्न संशोधन दृष्टिकोण ग्राफीन की नई कार्यक्षमताओं का पालन करें और नए आवेदन के अवसर की तलाश करने के लिए जांच की गई है । उदाहरण के लिए, (या ट्यूनिंग) अपने भौतिक गुण (यानी, डोपिंग स्तर और/या बैंड अंतर) आकार सिलाई या 2 डी संरचना के एक आयामी (1 डी) या शूंय आयामी (0D) संरचना के लिए पैटर्न द्वारा (जैसे, ग्राफीन nanoribbon या ग्राफीन क्वांटम डॉट्स) क्वांटम शोधन प्रभाव सहित नए भौतिक घटना प्राप्त करने के लिए अध्ययन किया गया है, स्थानीयकृत plasmonic मोड, स्थानीयकृत इलेक्ट्रॉन वितरण, और स्पिन-ध्रुवीकरण एज7राज्यों,8 ,9,10,11,12. इसके अलावा, crumpling द्वारा 2d ग्राफीन की बनावट बदलती (अक्सर kirigami कहा जाता है), फाड़ना, बकसुआ, घुमा, या एकाधिक परतों के stacking, या एक 3 डी सुविधा (सब्सट्रेट) के शीर्ष पर 2 डी ग्राफीन स्थानांतरित करके ग्राफीन सतह आकार बदल रहा है ग्राफीन की नम, यांत्रिक विशेषताओं, और ऑप्टिकल गुण13,14बदलने के लिए दिखाया गया है ।

से परे सतह आकृति विज्ञान और 2d ग्राफीन के स्तरित संरचना, 2d ग्राफीन के विधानसभा कार्यात्मक, अच्छी तरह से परिभाषित, तीन आयामी (3 डी) polyhedrons में हाल ही में ग्राफीन समुदाय के लिए नए भौतिक प्राप्त करने के लिए किया गया है बहुत रुचि है और रासायनिक घटनाएं15. सिद्धांत रूप में, लोचदार, इलेक्ट्रोस्टैटिक, और वान डेर Waals ऊर्जा 2d ग्राफीन-आधारित संरचनाओं के लिए विभिंन 3d ग्राफीन-origami विंयास16,17में 2d ग्राफीन बदलने leveraged किया जा सकता है । इस अवधारणा के आधार पर, सैद्धांतिक मॉडलिंग अध्ययन 3 डी ग्राफीन संरचना डिजाइन की जांच की है, नेनो 2d ग्राफीन झिल्ली से गठित, दवा वितरण में संभव उपयोग करता है और सामांय आणविक भंडारण16,17के साथ । फिर भी, इस दृष्टिकोण की प्रायोगिक प्रगति अभी तक इन आवेदनों को साकार करने से दूर है । दूसरी ओर, रासायनिक सिंथेटिक तरीकों की एक संख्या टेम्पलेट के माध्यम से 3 डी संरचनाओं को प्राप्त करने के लिए विकसित किया गया है-सहायतापूर्ण विधानसभा, प्रवाह निर्देशित विधानसभा, खमीर विधानसभा, और अनुरूप विकास विधियों18,19 , 20 , 21 , 22. हालांकि, इन तरीकों वर्तमान में सीमित है कि वे एक 3 डी, खोखले, ग्राफीन शीट के आंतरिक गुणों को खोने के बिना संरचना संलग्न उत्पादन नहीं कर सकते हैं ।

यहां, 3 डी, खोखले, ग्राफीन आधारित microcubes के निर्माण के लिए एक रणनीति (~ २०० µm के समग्र आयाम) origami की तरह आत्म तह का उपयोग करके रेखांकित किया है; मुक्त खड़े, खोखले, 3 डी, बहुतलीय, ग्राफीन आधारित सामग्री के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण चुनौतियों पर काबू पाने । origami की तरह, हाथों से मुक्त आत्म तह तकनीक, 2d lithographically नमूनों planar विशेषताएं (यानी, ग्राफीन आधारित झिल्ली) टिका (यानी, थर्मल के प्रति संवेदनशील बहुलक, photoresist) के साथ जुड़े रहे है विभिंन जोड़ों में, जिससे 2 डी जाल जो गुना जब टिका तापमान23,24,25,26पिघलने के लिए गर्म कर रहे है बनाने । ग्राफीन आधारित cubes खिड़की झिल्ली घटकों रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) उगी ग्राफीन या ग्राफीन ऑक्साइड (जाओ) झिल्ली की कुछ परतों से बना के साथ महसूस कर रहे हैं; दोनों बहुलक फ्रेम और टिका के उपयोग के साथ । 3 डी ग्राफीन आधारित क्यूब्स का निर्माण शामिल है: (i) सुरक्षा परतों की तैयारी, (ii) ग्राफीन-झिल्ली हस्तांतरण और patterning, (iii) धातु की सतह ग्राफीन पर patterning-झिल्ली, (iv) फ्रेम और टिका पैटर्न और जमाव, (v) आत्म तह, और (vi) संरक्षण परतों को हटाने (चित्रा 1) । यह लेख स्वयं पर ज्यादातर केंद्रित 3 डी ग्राफीन की तह पहलुओं आधारित cubes निर्माण । 3 डी ग्राफीन के भौतिक और ऑप्टिकल गुणों पर विवरण-आधारित cubes हमारे अंय हाल के प्रकाशनों में पाया जा सकता है27,28।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

चेतावनी: इन syntheses में इस्तेमाल रसायनों के कई विषाक्त कर रहे है और जलन और गंभीर अंग नुकसान जब छुआ या सांस के कारण हो सकता है । कृपया उपयुक्त सुरक्षा उपकरणों का उपयोग करें और रसायनों से निपटने जब व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण पहनते हैं ।

1. एक तांबे बलि परत पर एल्यूमीनियम ऑक्साइड और क्रोमियम संरक्षण परतों की तैयारी

  1. एक इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण का उपयोग करना, सिलिकॉन (Si) सब्सट्रेट (चित्रा 2a) पर 10 एनएम मोटी क्रोमियम (सीआर) और ३०० एनएम मोटी तांबे (घन) परतों (बलि परत) जमा ।
  2. स्पिन-कोट एक photoresist (पीआर)-1 पर २५०० rpm के बाद ११५ डिग्री सेल्सियस पर पाक के ६० एस के लिए ।
  3. 15 एस के लिए एक संपर्क मुखौटा संरेखण पर पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश के लिए डिजाइन 2 डी शुद्ध क्षेत्रों बेनकाब और डेवलपर-1 समाधान में ६० एस के लिए विकसित । एक एयर गन के साथ पानी और उड़ा सूखी (DI) जल के साथ नमूना कुल्ला ।
  4. जमा 10 एनएम मोटी सीआर परत और लिफ्ट बंद शेष पीआर-1किसी एसीटोन । एक एयर गन (चित्रा बी) के साथ DI पानी और झटका सूखी के साथ नमूना कुल्ला ।
  5. 2 डी नेट पर छह वर्ग अल2ओ3/Cr सुरक्षा परतों के साथ पैटर्न 2d जाल, स्पिन-कोट एक पीआर-1 पर २५०० rpm के बाद ११५ डिग्री सेल्सियस पर पाक के ६० एस के लिए ।
  6. 15 एस के लिए एक संपर्क मुखौटा संरेखण पर यूवी प्रकाश के लिए डिजाइन छह वर्ग संरक्षण परतों बेनकाब और डेवलपर-1 समाधान में ६० एस के लिए विकसित । एक एयर गन के साथ DI पानी और झटका सूखी के साथ नमूना कुल्ला ।
  7. एक १०० एनएम मोटी अल2ओ3 परत और 10 एनएम मोटी सीआर परत जमा करें । निकाल शेष पीआर-1किसी एसीटोन । एक एयर गन (चित्रा 2c) के साथ DI पानी और झटका सूखी के साथ नमूना कुल्ला ।

2. ग्राफीन और ग्राफीन ऑक्साइड झिल्ली की तैयारी

नोट: इस अध्ययन में, दो प्रकार की ग्राफीन-आधारित सामग्रियों का उपयोग किया जाता है: (i) रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) उगी ग्राफीन और (ii) ग्राफीन ऑक्साइड (GO) ।

  1. बहुपरत सीवीडी ग्राफीन झिल्ली की तैयारी
    नोट: बहुपरत ग्राफीन झिल्ली को प्राप्त करने के लिए, एकल परत ग्राफीन तीन अलग बार एकाधिक polymethyl methacrylate (पीएमएमए) कोटिंग/हटाने के चरणों का उपयोग कर स्थानांतरित है ।
    1. एक ~ 15 मिमी के साथ शुरू ग्राफीन का वर्ग टुकड़ा घन पंनी पर पालन किया, स्पिन-कोट ग्राफीन की सतह पर ३००० rpm पर एक पतली पीएमएमए परत । 10 मिनट के लिए १८० ° c पर सेंकना ।
    2. पीएमएमए/ग्राफीन/घन पन्नी-स्तरित पत्रक फ़्लोटिंग घन-पक्ष नीचे घन में खोदना करने के लिए के लिए 24 घंटे के लिए है ।
    3. के बाद घन पंनी पूरी तरह से भंग है (पीएमएमए/ग्राफीन छोड़ने), DI पानी के एक पूल की सतह पर चल पीएमएमए लेपित ग्राफीन हस्तांतरण एक खुर्दबीन स्लाइड ग्लास का उपयोग कर किसी भी घन खोदना अवशेषों को दूर करने के लिए । नई DI पानी पूल पर पीएमएमए लेपित ग्राफीन के हस्तांतरण को दोहराने के लिए पर्याप्त रूप से कुल्ला करने के लिए कई बार ।
    4. एक द्वि-परत ग्राफीन झिल्ली (एक पीएमएमए/ग्राफीन/ग्राफीन/घन पंनी संरचना के गठन) को प्राप्त करने के लिए घन पंनी (ग्राफीन/घन) पर पालन ग्राफीन का एक और टुकड़ा पर फ़्लोटिंग पीएमएमए-लेपित ग्राफीन स्थानांतरण ।
    5. थर्मल के लिए 10 मिनट १०० डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर घन पंनी पर डबल परत ग्राफीन का इलाज ।
    6. एक एसीटोन स्नान में घन पंनी पर डबल परत ग्राफीन के शीर्ष पर पीएमएमए निकालें (एक ग्राफीन/ग्राफीन/घन पंनी परत स्टैक छोड़), DI पानी के लिए स्थानांतरित करके पीछा किया ।
    7. दोहराएं ग्राफीन स्थानांतरण (2.1.1-2.1.5) एक और समय ग्राफीन झिल्ली की तीन खड़ी परतों पाने के लिए । जब चरण 2.1.4 दोहराने की प्रक्रिया के दौरान, ग्राफीन/घन के एक और टुकड़े पर नए पीएमएमए-लेपित ग्राफीन शीट स्थानांतरित करने के बजाय, कदम पीएमएमए से पहले गढ़े ग्राफीन डबल परत पर नए ग्राफीन-लेपित 2.1.6 हस्तांतरण के रूप में पहुंच गया है पीएमएमए/ग्राफीन/ग्राफीन/ग्राफीन/घन पंनी परत संयोजन । फिर, संशोधन के बिना चरण 2.1.5 दोहराएँ ।
    8. पीएमएमए/ग्राफीन/ग्राफीन/ग्राफीन/घन पन्नी-स्तरित पत्रक फ़्लोटिंग घन-पक्ष नीचे घन में खोदना करने के लिए 24 घंटे के लिए वर्तमान घन पंनी के लिए ।
    9. पीएमएमए-लेपित तीन-परतों ग्राफीन झिल्ली (पीएमएमए/ग्राफीन/ग्राफीन/ग्राफीन) की धारा 1 से पूर्व गढ़े अल2ओ3/Cr सुरक्षा परतों पर स्थानांतरण ।
    10. ग्राफीन के हस्तांतरण के बाद, एसीटोन के साथ पीएमएमए निकालें । फिर, DI पानी में नमूना डुबकी और हवा में सूखी ।
    11. थर्मल 1 एच के लिए १०० डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर सब्सट्रेट पर बहु परत ग्राफीन का इलाज.
    12. स्पिन-कोट पीआर-1 पर २५०० rpm और सेंकना पर ११५ ˚ C के लिए ६० s ।
    13. यूवी सीधे वर्ग संरक्षण परत क्षेत्रों के ऊपर पीआर-1 के क्षेत्रों का पर्दाफाश 15 एस के लिए एक संपर्क मुखौटा संरेखण का उपयोग और डेवलपर-1 समाधान में ६० एस के लिए विकसित ।
    14. निकालें नव खुला, अवांछित ग्राफीन क्षेत्रों के लिए एक ऑक्सीजन प्लाज्मा उपचार के माध्यम से 15 एस ।
    15. बचे हुए पीआर-1 को एसीटोन में निकाल लें ।
    16. DI पानी के साथ नमूना कुल्ला और हवा (चित्रा 2d) में सूखी ।
  2. ग्राफीन ऑक्साइड झिल्ली की तैयारी
    नोट: पारंपरिक photolithography बाढ़ जोखिम के माध्यम से एक लिफ्ट बंद प्रक्रिया द्वारा पीछा किया जाना झिल्ली पैटर्न करने के लिए इस्तेमाल होता है ।
    1. स्पिन-कोट पीआर-2 ६० के लिए १७०० rpm पर पहले गढ़े अल2हे3/Cr सुरक्षा परतों के शीर्ष पर एक 10 µm मोटी परत प्राप्त करने के लिए । ११५ डिग्री सेल्सियस पर पीआर-2 सेंकना ६० एस के लिए और फिर 3 एच के लिए रुको ।
    2. अल2ओ3/Cr संरक्षण परत पैटर्न के लिए इस्तेमाल एक ही मुखौटा के साथ, यूवी ८० एस के लिए एक संपर्क मुखौटा संरेखण पर नमूना बेनकाब और डेवलपर-2 समाधान में ९० एस के लिए विकसित । एक एयर गन के साथ DI पानी और झटका सूखी के साथ नमूना कुल्ला ।
    3. ८० एस के लिए एक मुखौटा के बिना पूरे नमूने के एक यूवी बाढ़ जोखिम प्रदर्शन
    4. स्पिन-कोट तैयार जाओ और पानी के मिश्रण (DI पानी की 15 मिलीलीटर में जाओ पाउडर के 15 मिलीग्राम) ६० एस के लिए १००० rpm पर नमूना पर के लिए 3 बार की कुल कोटिंग प्रदर्शन ।
    5. डेवलपर-2 में नमूना डुबकी-अवांछित जाने से लिफ्ट की अनुमति देने के लिए समाधान ।
    6. DI पानी के साथ नमूना कुल्ला और ध्यान से उड़ा-एक एयर गन के साथ नमूना सूखी ।
    7. थर्मल 1 एच (चित्रा 2h) के लिए १०० डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर नमूना इलाज ।

3. ग्राफीन-आधारित झिल्ली पर धातु की सतह पैटर्न

नोट: एक आम photolithography प्रक्रिया एक यूवी संपर्क मुखौटा संरेखण और इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण का उपयोग कर सतह पैटर्न को प्राप्त करने के लिए आयोजित किया गया था (१.२-१.४ देखें).

  1. नमूनों ग्राफीन आधारित झिल्ली के शीर्ष पर 20 एनएम मोटी टाइटेनियम (Ti) पैटर्न बनाएं ।
  2. थर्मल 1 एच के लिए १०० डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर नमूना इलाज (ग्राफीन और जाओ के लिए चित्रा 2i के लिएचित्रा 2e ) ।

4. बहुलक फ्रेम और टिका का निर्माण

  1. तिवारी सतह पैटर्न के साथ ग्राफीन आधारित झिल्ली के शीर्ष पर, स्पिन-कोट पीआर-3 ६० एस के लिए २५०० rpm पर एक 5 µm मोटी परत और सेंकना के लिए ९० ° c पर 2 मिनट के लिए फार्म ।
  2. यूवी 20 एस के लिए नमूनों का पर्दाफाश, 3 मिनट के लिए ९० ° c पर सेंकना, और डेवलपर में ९० एस के लिए विकसित-3 समाधान.
  3. DI पानी और isopropyl शराब (आइपीए) के साथ नमूना कुल्ला और ध्यान से उड़ा-एक एयर गन के साथ नमूना सूखी ।
  4. पोस्ट-15 मिनट के लिए २०० डिग्री सेल्सियस पर नमूनों सेंकना (पीआर-3) फ्रेम (ग्राफीन और जाओ के लिए चित्रा 2j के लिएचित्रा 2f ) की यांत्रिक कठोरता को बढ़ाने के लिए ।
  5. काज पैटर्न बनाने के लिए, स्पिन-कोट पीआर-2 ६० के लिए १००० rpm पर पूर्वनिर्मित सब्सट्रेट के शीर्ष पर एक 10 µm मोटी फिल्म के रूप में । ६० एस के लिए ११५ ˚ सी पर सेंकना और 3 एच के लिए रुको ।
  6. यूवी ८० s के लिए एक संपर्क मुखौटा संरेखण पर नमूना बेनकाब और डेवलपर-2 समाधान में ९० एस के लिए विकसित ।
  7. DI पानी के साथ नमूना कुल्ला और ध्यान से उड़ा-सूखी एक हवा बंदूक के साथ नमूना (ग्राफीन के लिएचित्रा 2 जी और जाओ के लिए आंकड़ा 2k ) ।

5. DI Water में सेल्फ-फोल्डिंग

नोट: जब पीआर-2 टिका (या प्रवाह) पिघल रहे हैं, एक सतह तनाव बल उत्पंन होता है; इसलिए, 2d संरचनाओं (एक आत्म तह प्रक्रिया) 3d संरचनाओं में बदलना ।

  1. 2 डी संरचना जारी करने के लिए, एक घन नक़्क़ाशी (चित्रा 2l) में 2d जाल के तहत घन बलि परत भंग ।
  2. ध्यान से एक प्लास्टिक का उपयोग करके एक DI जल स्नान में जारी की संरचना हस्तांतरण और कुछ समय कुल्ला करने के लिए अवशिष्ट घन खोदना निकालें ।
  3. DI पानी में 2 डी संरचना बहुलक के पिघलने बिंदु (पीआर 2) टिका (आंकड़ा 2 एम) से ऊपर गरम प्लेस ।
  4. मॉनिटर आत्म-ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के माध्यम से वास्तविक समय में तह और बंद cubes में सफल विधानसभा पर गर्मी स्रोत से हटा दें ।

6. संरक्षण परतों को हटाने

  1. आत्म तह के बाद, सीआर नक़्क़ाशी (चित्रा 2n) के साथ अल2ओ3/Cr सुरक्षा परतों को हटा दें ।
  2. धीरे एक DI पानी स्नान में cubes हस्तांतरण और ध्यान से कुल्ला ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

चित्रा 2 2d ग्राफीन की lithographic प्रक्रियाओं के ऑप्टिकल छवियों को प्रदर्शित करता है और शुद्ध संरचनाओं और बाद में आत्म तह प्रक्रिया जाओ । आत्म तह प्रक्रिया एक उच्च संकल्प माइक्रोस्कोप के माध्यम से वास्तविक समय में नजर रखी है । 3 डी ग्राफीन-आधारित क्यूब्स के दोनों प्रकार ~ ८० डिग्री सेल्सियस पर जोड़ रहे हैं । चित्रा 3 बाहर देता है वीडियो पर कब्जा कर लिया स्वयं को दिखाने के दृश्यों 3d ग्राफीन के तह आधारित एक समानांतर तरीके से क्यूब्स । एक अनुकूलित प्रक्रिया के तहत, इस दृष्टिकोण ~ ९०% की एक उच्चतम उपज से पता चलता है ।

चित्रा 4 3 डी इकट्ठे ग्राफीन के ऑप्टिकल छवियों से पता चलता है-और के साथ और सतह पैटर्न के बिना क्यूब्स जाओ आधारित है । आत्म तह cubes के समग्र आकार २०० (चौड़ाई) × २०० (लंबाई) × २०० (ऊंचाई) µm3है । सतह पैटर्न करने की क्षमता को दिखाने के लिए, 20 एनएम मोटी ती नमूनों सुविधाओं और "UMN" सेलर 3 डी ग्राफीन-आधारित क्यूब्स के प्रत्येक चेहरे पर परिभाषित कर रहे हैं ।

आत्म तह प्रक्रिया के दौरान ग्राफीन और जाओ झिल्ली में संरचनात्मक परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए, ग्राफीन के गुण और जाओ संरचनाओं से पहले और बाद आत्म तह रमन स्पेक्ट्रा के माध्यम से विशेषता हैं । चित्रा 5 ए और 5b प्राचीन ग्राफीन-आधारित सामग्री, 2d ग्राफीन-आधारित जाल, और 3 डी ग्राफीन-आधारित क्यूब्स के रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी शामिल हैं । परिणाम आत्म तह के बाद ग्राफीन और गो झिल्ली दोनों के लिए रमन चोटी की स्थिति और तीव्रता में कोई ध्यान नहीं बदलता दिखा । हालांकि, जब सुरक्षा परतों (चित्रा 5c) का उपयोग नहीं कर रहे हैं, रिश्तेदार पीक तीव्रता में ध्यान देने योग्य परिवर्तन मनाया गया, परिवर्तन या आत्म तह के दौरान ग्राफीन के गुणों को नुकसान का संकेत है ।

Figure 1
चित्रा 1 : स्व के योजनाबद्ध चित्रण-3 डी ग्राफीन के तह प्रक्रिया-क्यूब्स आधारित (क) 2 डी पैटर्न नेट संरक्षण परत । (ख) सुरक्षा परत के शीर्ष पर ग्राफीन-आधारित झिल्ली का अंतरण. (ग) ग्राफीन-आधारित झिल्ली पर धातु की सतह का प्रतिरूप । (घ) प्रतिमानात्मक फ़्रेम और काज. (ङ) सब्सट्रेट और आत्म से 2d संरचनाओं रिहा-उच्च तापमान के माध्यम से टिका के प्रवाह से प्रेरित तह । (च) 3d ग्राफीन-आधारित क्यूब्स की सुरक्षा परत को हटाना । यह आंकड़ा अनुमति28के साथ अनुकूलित है । कॉपीराइट २०१७, अमेरिकन केमिकल सोसायटी । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2 : 2 डी ग्राफीन के lithographic निर्माण प्रक्रिया की ऑप्टिकल छवियां और जाओ शुद्ध संरचनाओं और बाद में आत्म तह प्रक्रिया (एक-सी) सुरक्षा परतों के निर्माण । (a) 10 एनएम मोटी सीआर और ३०० एनएम मोटी घन बलि परतों एक एसआई वेफर पर जमा कर रहे हैं । (ख) 10 एनएम मोटी सीआर परत और (सी) १०० एनएम मोटी2ओ3/10 एनएम मोटी सीआर सुरक्षा परतों (१६० × १६० µm2) परिभाषित कर रहे हैं । (डी जी) सीवीडी ग्राफीन झिल्ली और तिवारी पैटर्न के साथ 2d जाल । (घ) बहुपरत ग्राफीन सब्सट्रेट पर स्थानांतरित कर दिया है और एक ऑक्सीजन प्लाज्मा उपचार के द्वारा नमूनों । (ङ) नमूनों ग्राफीन झिल्ली के शीर्ष पर, 20 एनएम मोटी तिवारी पैटर्न परिभाषित कर रहे हैं । (च) 5 µm मोटी पीआर-3 फ्रेम पैटर्न रहे हैं । (छ) काज पैटर्न बनाने के लिए, एक 10 µm मोटी पीआर-2 फिल्म पैटर्न है । (एच-कश्मीर) जाओ झिल्ली और तिवारी पैटर्न के साथ 2d जाल । (ज) पानी में जाना स्पिन-लेपित है ६० सेकंड के लिए १००० rpm पर तीन बार ~ 10 एनएम मोटी जाओ झिल्ली का उत्पादन । बाढ़ जोखिम प्रक्रिया के माध्यम से एक लिफ्ट बंद पैटर्न जाना झिल्ली के लिए किया जाता है । (i) नमूनों के शीर्ष पर जाने पर, Ti प्रतिमान परिभाषित किए जाते हैं । फिर, (जंमू) पीआर-3 घन फ्रेम और (कश्मीर) पीआर-2 टिका नमूनों रहे हैं । (एल एन) स्व तह प्रक्रिया । (ठ) बलि परत से 2d जाल का विमोचन । (एम) ~ ८० डिग्री सेल्सियस का तापमान लागू करके पानी में मुक्त खड़े 2d जाल के स्व-तह । (n) सुरक्षा परतों को हटाने । स्केल बार = २०० µm । यह आंकड़ा अनुमति28के साथ अनुकूलित है । कॉपीराइट २०१७, अमेरिकन केमिकल सोसायटी । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3 : एक वीडियो-3d ग्राफीन-आधारित क्यूब्स के आत्म-तह प्रक्रिया के अनुक्रम पर कब्जा कर लिया 3 डी ग्राफीन-आधारित क्यूब्स की वास्तविक समय ऑप्टिकल छवियां (a) 0, (b) 30, (c) ६०, (d) ९०, (e) १२०, और (f) १५० s (सुरक्षा परत नक़्क़ाशी करने से पहले) पर कब्जा कर लिया । स्केल बार = २०० µm. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्र 4 : के साथ और सतह पैटर्न के बिना 3 डी ग्राफीन-आधारित क्यूब्स की ऑप्टिकल छवियां (a-b) 3d सीवीडी ग्राफीन-आधारित क्यूब की शीर्ष सतह की सीवीडी ग्राफीन फिल्मों की तीन परतों के साथ एक 3d क्यूब और एक ज़ूम-इन छवि । (सी-डी) सीवीडी ग्राफीन झिल्ली पर धातु के नमूनों (20 एनएम मोटी ती) के साथ 3डी क्यूब और एक जूम वाली 3डी ग्राफीन-आधारित क्यूब की ऊपरी सतह की इमेज को अलॉय पैटर्न्स के साथ । (e-f) 3d go-आधारित क्यूब और 3डी गो-आधारित क्यूब की ऊपरी सतह की एक ज़ूम-इन छवि । (g-h) अलॉय पैटर्न के साथ एक सेल्फी-मुड़ा हुआ 3d go-आधारित क्यूब और 3 डी के ऊपर की सतह की एक जूम वाली इमेज जिसमें अलॉय पैटर्न के साथ जाना-आधारित क्यूब होता है । स्केल बार = १०० µm । यह आंकड़ा अनुमति28के साथ अनुकूलित है । कॉपीराइट २०१७, अमेरिकन केमिकल सोसायटी । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5 : 2 डी ग्राफीन के रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी-आधारित झिल्ली और 3 डी ग्राफीन-आधारित क्यूब्स (एक) एक एसआई सब्सट्रेट पर प्राचीन सीवीडी ग्राफीन के रमन स्पेक्ट्रम, 2d नमूनों सीवीडी ग्राफीन (स्वयं से पहले तह), और मुक्त खड़े 3 डी ग्राफीन cubes (आत्म तह के बाद) । के पास तीन चोटियों ~ १३४० cm-1 (डी बैंड), ~ १५८० cm-1 (जी बैंड) और ~ २६९० सेमी-1 (2d बैंड) मनाया जाता है । (ख) के रमन स्पेक्ट्रम ~ 10 परतों (~ 10 एनएम मोटी) Si पर जाने फिल्मों की, स्वयं से पहले तह, और स्वयं के बाद तह (मुक्त खड़े क्यूब्स) । पर चार चोटियों ~ १३६० cm-1 (डी बैंड), ~ १६०५ cm-1 (जी बैंड), ~ २७१५ सेमी-1, और ~ २९५० सेमी-1 (डी + जी बैंड) मनाया जाता है । (ग) के साथ 3 डी ग्राफीन-आधारित संरचनाओं के रमन स्पेक्ट्रम (हरा) और बिना (लाल) अल2ओ3/Cr संरक्षण परत का उपयोग करें । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

सीवीडी ग्राफीन के साथ गढ़े cubes के लिए, क्योंकि एक दिया घन के प्रत्येक चेहरे को एक बाहरी फ्रेम के साथ बनाया गया है एक ~ १६० × १६० µm2 मुक्त खड़े ग्राफीन के क्षेत्र, monolayer ग्राफीन की एक भी पत्रक की अनुमति के लिए आवश्यक शक्ति नहीं है क्यूब्स के समानांतर प्रसंस्करण । इस कारण से, ग्राफीन झिल्ली सीवीडी ग्राफीन monolayer शीट के तीन परतों से मिलकर तीन अलग ग्राफीन एकाधिक पीएमएमए कोटिंग का उपयोग कर स्थानांतरण/ दूसरी ओर, जाओ झिल्ली तैयार करने के लिए, हम पानी में व्यक्तिगत जाने शीट का उपयोग करें, एक संशोधित हथौड़ा विधि27के माध्यम से प्राप्त की । जाना झिल्ली पैटर्न करने के लिए, पारंपरिक photolithography बाढ़ जोखिम के माध्यम से एक लिफ्ट प्रक्रिया के द्वारा पीछा किया जाता है । प्रक्रिया पारंपरिक photolithography के बाद एक बाढ़ जोखिम का उपयोग करता है, लेकिन जाने से पहले झिल्ली जमाव । जाने के बाद स्पिन-कोटिंग, एक लिफ्ट बंद प्रक्रिया तो डेवलपर में प्रदर्शन के लिए अवांछित जाओ क्षेत्रों को दूर है । कुछ डेवलपर्स सोडियम हीड्राकसीड (NaOH) जलीय alkaline समाधान जो एल्यूमीनियम और अल2हे3नक़्क़ाशी होते हैं । इसलिए, एक NaOH मुक्त डेवलपर का उपयोग किया जाना चाहिए । इस काम के लिए, इस आवश्यकता को पूरा करने के लिए उपयोग किया गया विशिष्ट डेवलपर डेवलपर-2 समाधान है ।

3d ग्राफीन आधारित झिल्ली का समर्थन cubes के फ्रेम अपने उच्च यांत्रिक और थर्मल स्थिरता के रूप में के रूप में अच्छी तरह से उच्च ऑप्टिकल पारदर्शिता29के कारण पीआर-3 से बना रहे हैं । यह ज्ञात है कि थर्मल और यांत्रिक स्थिरता पीआर-3 के पार से जोड़ने की प्रक्रिया30पर निर्भर करता है । अधिकतम पार-पीआर 3 के जोड़ने जब यह ~ २०० डिग्री सेल्सियस से अधिक हार्ड-बेक किया हुआ होता है । के बाद हार्ड पकाना, पीआर के गतिशील मापांक-3 में सुधार, यह दर्शाता है कि संरचनाओं गतिशील गति के दौरान और अधिक यांत्रिक शक्ति है और इस तरह अधिक यांत्रिक स्थिर हैं । वास्तव में, जब गर्मी cubes के लिए लागू किया जाता है (या नमूने) स्वयं के लिए तह, पीआर-3 फ्रेम अपने मूल आकार बनाए रखने । संभावित नुकसान का एक और स्रोत के रूप में वे ग्राफीन झिल्ली पर संपीड़न तनाव का उत्पादन हो सकता है तिवारी पैटर्न का जमाव है; हालांकि, आत्म-तह परोक्ष के बाद undamage झिल्ली की क्षति का प्रदर्शन पीआर के यांत्रिक स्थिरता को इंगित करता है-3 ग्राफीन झिल्ली (चित्रा 3, चित्रा 4) के संरक्षण में योगदान कर सकता है । इसके अलावा, फोटो-पीआर के परिभाषित संपत्ति 3 3d cubes के आकार और आकार के आसान नियंत्रण की अनुमति देता है, 3 डी संरचनाओं के तह कोण अर्द्ध 3d संरचनाओं सहित विविध 3d संरचनाओं की प्राप्ति के लिए आसान नियंत्रण के साथ ।

स्वयं की तरह origami-तह सिद्धांत में, एक सतह तनाव टोक़ के लिए काज सामग्री (जैसे, पतली धातु फिल्मों या थर्मल के प्रति संवेदनशील पॉलिमर)26,31के प्रवाह के माध्यम से एक 2d शुद्ध संरचना गुना का उत्पादन किया है । बहुलक पीआर की सतह तनाव-2 टिका कम है (~ ०.०३ n/मीटर) की तुलना में है कि धातु टिका (जैसे, मिलाप ~ ०.५ n/एम)26,28। कम सतह तनाव कम रोटेशन टोक़ उत्पादन जब 2d जाल धातु के साथ 2d जाल की तुलना में जोड़ रहे हैं,26,31। निचले टोक़ आत्म तह प्रक्रिया के दौरान त्रिकोणीय परत ग्राफीन-आधारित झिल्ली पर तनाव को कम कर सकता है । 3 डी ग्राफीन आधारित cubes ~ ८० ° c (चित्रा 3), जिसमें उनके पिघलने बिंदु पर टिका प्रवाह (धातु मिलाप टिका के लिए, पिघलने बिंदु ~ २३० ° c है)26पर जोड़ रहे हैं । उल्लेखनीय, एक अनुकूलित प्रक्रिया के तहत, इस दृष्टिकोण ~ ९०% की एक उच्चतम उपज से पता चलता है ।

लिथोग्राफी प्रक्रिया और आत्म तह के दौरान, ग्राफीन झिल्ली पर स्थानिक तनाव, फाड़ना, बकसुआ, खुर, और/या तेजस्वी लाती है । उदाहरण के लिए, (i) जब ग्राफीन झिल्ली के साथ 2d जाल बलि परत से जारी किया जाता है, ग्राफीन और बलि परत के बीच मजबूत वान डेर Waals बलों (घन या भी कई अंय सब्सट्रेट सहित) उत्पंन किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप टूट ग्राफीन झिल्ली; और (द्वितीय) तरल में आत्म तह के दौरान, सतह तनाव बल, द्रवित बल, और गुरुत्वाकर्षण बल खुर और ग्राफीन झिल्ली के बकसुआ कारण. एक घन परत एक बलि परत के लिए प्रयोग किया जाता है और एक अतिरिक्त नमूनों अल2हे3/Cr परत ग्राफीन-आधारित झिल्ली ढाल करने के लिए एक सुरक्षा परत के रूप में प्रयोग किया जाता है । शुरू में, एक पतली (10 एनएम मोटी) सीआर परत एक संरक्षण परत के रूप में इस्तेमाल किया गया है । संरचना घन बलि परत से जारी किया गया है जब ग्राफीन-आधारित झिल्ली पकड़ करने के लिए काफी मजबूत नहीं कर रहे हैं, हालांकि, पतली सीआर परत के बाद से सीआर परत के यांत्रिक गुणों के बाद से बकसुआ संरचनाओं से पता चलता है । बाद में, इस समस्या को हल करने के लिए, १०० एनएम मोटा अल2ओ3/10 एनएम मोटी सीआर परतें ऊपर वर्णित के रूप में 10 एनएम मोटी सीआर/300 एनएम मोटी घन बलि परत के शीर्ष पर जोड़ रहे हैं । एक परिणाम के रूप में, सुरक्षा परत निर्माण की प्रक्रिया और आत्म तह भर ग्राफीन झिल्ली की अवधारण की अनुमति दी । 3 डी घन पर सुरक्षा परतों ग्राफीन झिल्ली को नुकसान के बिना एक उपयुक्त नक़्क़ाशी द्वारा आत्म तह के बाद हटाया जा सकता है ।

3 डी सीवीडी ग्राफीन आधारित घन छवि एक अत्यंत पारदर्शी, मुक्त खड़े, संलग्न वास्तुकला (आंकड़ा 4a) कोई ध्यान देने योग्य दरारें, तरंग, छेद, या झिल्ली पर अंय नुकसान के साथ (से बढ़ी छवि में, चित्र 4b) प्रस्तुत करता है । जैसा कि ऊपर वर्णित है, उसी दृष्टिकोण का उपयोग करने के लिए 3 डी सीवीडी ग्राफीन-आधारित क्यूब्स का उत्पादन करते थे, हम भी सफलतापूर्वक झिल्ली के साथ cubes के निर्माण का प्रदर्शन ~ 10 परतें (~ 10 एनएम मोटी) जाओ शीट्स (चित्रा 4e, 4f) की । इसके अलावा, तिवारी सतह नमूनों 3 डी क्यूब्स बहुत स्थिर है (चित्रा 4c, 4d के लिए ग्राफीन और चित्रा 4g, 4h के लिए जाना), और विभिंन चेहरों पर भिंन प्रकार के डिजाइन के साथ विभिंन सतह संशोधनों के प्रदर्शन का पता चलता है एक सामग्री के विभिन्न संयोजनों के विषम एकीकरण के साथ 3 डी बहुआयामी उपकरणों के निर्माण के लिए बहुमुखी रणनीति. एक परिणाम के रूप में, 3 डी ग्राफीन आधारित क्यूब्स शो (i) मुक्त खड़े सीवीडी ग्राफीन और जाओ विंडो झिल्ली स्तरित संरचनाओं के शामिल (कोई समग्र गठन); (ii) संलग्न लेकिन खोखले संरचनाओं कि एक अतिरिक्त समर्थन या सब्सट्रेट की आवश्यकता नहीं है; और (iii) ग्राफीन पर धातु patterning के माध्यम से सतह संशोधनों या किसी भी वांछित पैटर्न के साथ सतहों जाओ, क्योंकि हमारे दृष्टिकोण पारंपरिक lithographic प्रक्रियाओं के साथ संगत है ।

रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी एक प्रभावी, इनवेसिव विधि के रूप में ग्राफीन और संबंधित सामग्री की विशेषता के रूप में अच्छी तरह से स्थापित है, और यह मोटाई, डोपिंग, विकार, धार और अनाज की सीमाओं के रूप में ग्राफीन आधारित नमूनों के बारे में विवरण की एक विस्तृत विविधता की आपूर्ति कर सकते हैं, थर्मल चालकता, और तनाव । इसके अलावा, इस लक्षण वर्णन विधि लचीला के रूप में यह विभिंन पर्यावरणीय स्थितियों३२,३३,३४,३५में एक नमूना के लिए लागू किया जा सकता है । इसलिए, यदि ग्राफीन की संरचना में महत्वपूर्ण परिवर्तन होते हैं, तो हमें स्वयं-तह के बाद रमन चोटियों की स्थिति या तीव्रता में परिवर्तन देखने में सक्षम होना चाहिए । के रूप में चित्रा 5 ए-5bमें दिखाया गया है, चोटी के पदों और तीव्रता में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन आत्म तह के बाद देखा जा सकता है, के बाद से अल2हे3/Cr संरक्षण परतों ग्राफीन आधारित झिल्ली ढाल में मदद (दोनों सीवीडी ग्राफीन और जाओ) निर्माण के दौरान । हालांकि, के रूप में चित्रा 5cमें दिखाया गया है, जब सुरक्षा परतों का उपयोग नहीं कर रहे हैं, ग्राफीन झिल्ली आत्म तह के दौरान क्षतिग्रस्त कर रहे हैं, एक उच्च डी बैंड में जिसके परिणामस्वरूप (~ १३४० cm-1) और एक कम 2d बैंड (~ २६९० cm-1) । ग्राफीन दोषों पर मात्रात्मक जानकारी को डी बैंड और जी बैंड (Id/Ig) के पीक तीव्रता अनुपात द्वारा विश्लेषण किया जा सकता है: कम मूल्य id/Ig का अर्थ है कम दोष ग्राफीन. चित्रा 5 से हम 3 डी ग्राफीन के ID/IG मूल्यों की गणना करने के लिए ~ ०.६५ जो अंय सीवीडी ग्राफीन बहुपरत शीट्स३६के बराबर है । इसलिए, इन टिप्पणियों का संकेत स्व-तह प्रक्रिया में महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं किया सीवीडी ग्राफीन और जाओ झिल्ली (सामग्री उनके आंतरिक गुणों को बनाए रखने, और परतों के बीच कोई रासायनिक intercalation होता है), का प्रदर्शन रिपोर्ट की गई विधि की मजबूती ।

खोखले, मुक्त खड़े, बहुतलीय cubes के उत्पादन के अलावा, स्व-तह यहां कार्यरत विधि की अनुमति देता है सतह पैटर्न के लिए, धातु, इंसुलेटर से मिलकर, और 2 डी ग्राफीन झिल्ली पर अर्धचालक सामग्री, cubes के लिए लागू किया है, जबकि ग्राफीन के आंतरिक गुणों को बनाए रखने. यह सेंसर और इलेक्ट्रिक सर्किट सहित इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल उपकरणों के विकास के लिए अनुमति देता है, 3 डी विन्यास के कई फायदे का उपयोग. इसके अलावा, के बाद से इस्तेमाल किया प्रक्रियाओं केवल ग्राफीन आधारित सामग्री तक ही सीमित नहीं हैं, इस विधि इस तरह के संक्रमण धातु dichalcogenides और काले फास्फोरस के रूप में अंय 2d सामग्री के लिए लागू किया जा सकता है, जिससे हमारे निर्माण दृष्टिकोण में दोहन किया जा करने की अनुमति विकासशील अगली पीढ़ी के 2d सामग्री के 3 डी पुनर्जंम ।

उच्च तापमान (~ ८० ° c) तह तंत्र द्वारा आवश्यक जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों में समस्याग्रस्त हो सकता है जब तक इस प्रक्रिया को आगे तह तापमान को कम करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है । इसके अतिरिक्त, पीआर-2 काज सामग्री एक संगत सामग्री नहीं है । भविष्य के अध्ययन में कम तापमान (या कम ऊर्जा) ऐसे पॉलिएस्टर और सिंथेटिक hydrogels के रूप में जवाब है कि संगत टिका सामग्री के विकास पर ध्यान दिया जाएगा । हम हाल ही में एक रिमोट नियंत्रित आत्म-तह तंत्र है कि इस संबंध में उपयोगी हो सकता है३७ के माध्यम से इसी तरह की संरचनाओं का निर्माण करने में सक्षम है ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस सामग्री को मिनेसोटा, ट्विन शहर और एक NSF कैरियर पुरस्कार (CMMI-१४५४२९३) के विश्वविद्यालय में एक स्टार्ट-अप फंड द्वारा समर्थित काम पर आधारित है । इस काम के कुछ हिस्सों के मिनेसोटा विश्वविद्यालय में लक्षणीय सुविधा में किए गए, NSF के एक सदस्य वित्त पोषित सामग्री अनुसंधान सुविधाओं नेटवर्क (MRSEC कार्यक्रम केमाध्यम से । इस काम के भाग मिनेसोटा नैनो केंद्र, जो राष्ट्रीय नैनो समंवित बुनियादी सुविधा नेटवर्क के माध्यम से राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित है में आयोजित किए गए पुरस्कार संख्या ECCS-१५४२२०२ के तहत (NNCI) । सी. डी. 3m विज्ञान और प्रौद्योगिकी फैलोशिप से समर्थन स्वीकार करता है ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone Fisher Chemical A18P-4 N/A
Aluminium oxide Kurt J. Lesker Company EVMALO-1-2.5 99.99% Pure
APS Copper Etchant 100 Transene Company, Inc. N/A N/A
Camera (for 3D image) Nikon D5100 1080p Full HD, Effective pixels: 16.2 million, Sensorsize: 23.6 mm x 15.6 mm
CE-5 M Chromium Mask Etchant Transene Company, Inc. N/A N/A
Chemical deposition growth (CVD) system Customized N/A Lindberg/Blue Tube Furnace
Chromium Kurt J. Lesker Company EVMCR35J 99.95% pure
Chromium Etchant 473 Transene Company, Inc. N/A N/A
Copper Kurt J. Lesker Company EVMCU40QXQJ 99.99% pure
Developer-1 (MF319 developer) Microposit 10018042 N/A
Developer-2 (AZ developer) Merck performance Materials Corp. 1005422496 N/A
Developer-3 (SU-8 developer) MicroChem NC9901158 N/A
Digital Hot Plate Thermo Scientific HP131725 Super-Nuvoa series, maximum temperature: 370 °C
E-Beam Evaporator System Rocky Mountain Vacuum Tech. N/A RME-2000
Graphene oxide Goographene N/A Purity: ~ 99%; Single layer ratio: ~99%;  0.7-1.2 nm in thickness.
Isopropyl Alcohol Fisher Chemical A416-4 N/A
Mask Aligner Midas MDA-400LJ N/A
Microscope Omax NJF-120A N/A
multiple polymethyl methacrylate (PMMA) MicroChem 950 PMMA A9 N/A
Oxygen plasma  Technics Inc. SERIES 800 Microscale reactive ion etching (RIE)
Photoresist-1 (S1813 Photoresist) Microposit 10018348 N/A
Photoresist-2 (SPR220 Photoresist) MicroChem SPR00220-7G N/A
Photoresist-3 (SU-8 Photoresist) MicroChem SU-8-2010 N/A
Profilometer Tencor Instruments N/A Alpha-Step 200
Raman WITec Instruments Corp. Alpha300R Confocal Raman Microscope
Silicon Wafer Siltronic AG N/A 100mm diameter, N-type, one-side polish, resitivity: 560-840 Ω•cm
Spinner Best Tools S0114031123 SMART COATER 100
Titanium Kurt J. Lesker Company EVMTI45QXQA 99.99% Pure
Ultrasonic Cleaner Crest Ultrasonics N/A Powersonic series

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Geim, A. K., Novoselov, K. S. The rise of graphene. Nature Materials. 6 (3), 183-191 (2007).
  2. Singh, V., et al. Graphene based materials: Past, present and future. Progress in Materials Science. 56 (8), 1178-1271 (2011).
  3. Bonaccorso, F., Sun, Z., Hasan, T., Ferrari, A. C. Graphene photonics and optoelectronics. Nature Photonics. 4 (9), 611-622 (2010).
  4. Wang, C., Li, D., Too, C. O., Wallace, G. G. Electrochemical Properties of Graphene Paper Electrodes Used in Lithium Batteries. Chemistry of Materials. 21 (13), 2604-2606 (2009).
  5. Bunch, J. S., et al. Electromechanical resonators from graphene sheets. Science. 315 (5811), 490-493 (2007).
  6. Menaa, F., Abdelghani, A., Menaa, B. Graphene nanomaterials as biocompatible and conductive scaffolds for stem cells: impact for tissue engineering and regenerative medicine. Journal of Tissue Engineering and Regenerative. 9 (12), 1321-1338 (2015).
  7. Han, M. Y., Özyilmaz, B., Zhang, Y., Kim, P. Energy band-gap engineering of graphene nanoribbons. Physical Review Letters. 98 (20), 206805 (2007).
  8. Son, Y. W., Cohen, M. L., Louie, S. G. Half-metallic graphene nanoribbons. Nature. 444 (7117), 347-349 (2006).
  9. Yan, Q., et al. Intrinsic current− voltage characteristics of graphene nanoribbon transistors and effect of edge doping. Nano Letters. 7 (6), 1469-1473 (2007).
  10. Fei, Z., et al. Gate-tuning of graphene plasmons revealed by infrared nano-imaging. Nature. 487 (7405), 82-85 (2012).
  11. Joung, D., Zhai, L., Khondaker, S. I. Coulomb blockade and hopping conduction in graphene quantum dots array. Physical Review. B. 83 (11), 115323 (2011).
  12. Bacon, M., Bradley, S. J., Nann, T. Graphene quantum dots. Particle & Particle Systems Characterization. 31 (4), 415-428 (2014).
  13. Blees, M. K., et al. Graphene kirigami. Nature. 524 (7564), 204-207 (2015).
  14. Michael Cai, W., et al. Mechanical instability driven self-assembly and architecturing of 2D materials. 2D Materials. 4 (2), 022002 (2017).
  15. Shenoy, V. B., Gracias, D. H. Self-folding thin-film materials: From nanopolyhedra to graphene origami. MRS Bulletin. 37 (9), 847-854 (2012).
  16. Zhu, S., Li, T. Hydrogenation-Assisted Graphene Origami and Its Application in Programmable Molecular Mass Uptake, Storage, and Release. ACS Nano. 8 (3), 2864-2872 (2014).
  17. Zhang, L., Zeng, X., Wang, X. Programmable hydrogenation of graphene for novel nanocages. Scientific Reports. 3, 3162 (2013).
  18. Vickery, J. L., Patil, A. J., Mann, S. Fabrication of Graphene-Polymer Nanocomposites With Higher-Order Three-Dimensional Architectures. Advanced Materials. 21 (21), 2180-2184 (2009).
  19. Yang, X., Zhu, J., Qiu, L., Li, D. Bioinspired effective prevention of restacking in multilayered graphene films: towards the next generation of high-performance supercapacitors. Advanced Materials. 23 (25), 2833-2838 (2011).
  20. Choi, B. G., Yang, M., Hong, W. H., Choi, J. W., Huh, Y. S. 3D macroporous graphene frameworks for supercapacitors with high energy and power densities. ACS Nano. 6 (5), 4020-4028 (2012).
  21. Niu, Z., Chen, J., Hng, H. H., Ma, J., Chen, X. A leavening strategy to prepare reduced graphene oxide foams. Advanced Materials. 24 (30), 4144-4150 (2012).
  22. Li, Y., et al. Growth of conformal graphene cages on micrometre-sized silicon particles as stable battery anodes. Nature Energy. 1 (2), (2016).
  23. Cho, J. H., Gracias, D. H. Self-Assembly of Lithographically Patterned Nanoparticles. Nano Letters. 9 (12), 4049-4052 (2009).
  24. Cho, J. H., Azam, A., Gracias, D. H. Three Dimensional Nanofabrication Using Surface Forces. Langmuir. 26 (21), 16534-16539 (2010).
  25. Dai, C., Cho, J. H. In Situ Monitored Self-Assembly of Three-Dimensional Polyhedral Nanostructures. Nano Letters. 16 (6), 3655-3660 (2016).
  26. Joung, D., et al. Self-Assembled Multifunctional 3D Microdevices. Advanced Electronic Materials. 2 (6), 1500459 (2016).
  27. Joung, D., Gu, T., Cho, J. H. Tunable Optical Transparency in Self-Assembled Three-Dimensional Polyhedral Graphene Oxide. ACS Nano. 10 (10), 9586-9594 (2016).
  28. Joung, D., et al. Self-Assembled Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons Inducing Volumetric Light Confinement. Nano Letters. 17 (3), 1987-1994 (2017).
  29. Lian, K., Ling, Z. G., Liu, C. Thermal stability of SU-8 fabricated microstructures as a function of photo initiator and exposure doses. Proceedings of SPIE. 4980, 209 (2003).
  30. Winterstein, T., et al. SU-8 electrothermal actuators: Optimization of fabrication and excitation for long-term use. Micromachines. 5 (4), 1310-1322 (2014).
  31. Syms, R. R. A., Yeatman, E. M., Bright, V. M., Whitesides, G. M. Surface tension-powered self-assembly of microstructures - the state-of-the-art. Journal of Microelectromechanical Systems. 12 (4), 387-417 (2003).
  32. Xie, X., et al. Controlled fabrication of high-quality carbon nanoscrolls from monolayer graphene. Nano Letters. 9 (7), 2565-2570 (2009).
  33. Ferrari, A. C., Basko, D. M. Raman spectroscopy as a versatile tool for studying the properties of graphene. Nature Nanotechnology. 8 (4), 235-246 (2013).
  34. Childres, I., Jauregui, L. A., Park, W., Cao, H., Chen, Y. P. Raman spectroscopy of graphene and related materials. New developments in photon and materials research. Jang, J. I. , Nova Science Publishers. Hauppauge NY. (2013).
  35. Polsen, E. S., McNerny, D. Q., Viswanath, B., Pattinson, S. W., Hart, A. J. High-speed roll-to-roll manufacturing of graphene using a concentric tube CVD reactor. Scientific Reports. , 5 (2015).
  36. Wu, T., Shen, H., Sun, L., You, J., Yue, Z. Three step fabrication of graphene at low temperature by remote plasma enhanced chemical vapor deposition. RSC Advances. 3 (24), 9544-9549 (2013).
  37. Liu, C., Schauff, J., Joung, D., Cho, J. H. Remotely controlled microscale 3D self-assembly using microwave energy. Advanced Materials Technologies. 2 (8), 1700035 (2017).

Tags

अभियांत्रिकी निर्गम १३९ ग्राफीन ग्राफीन ऑक्साइड 3d ग्राफीन-आधारित क्यूब्स microcubes स्व-तह origami
तीन आयामी ग्राफीन के निर्माण-Origami के <em>माध्यम से</em> स्वयं की तरह Polyhedrons आधारित-तह
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Joung, D., Wratkowski, D., Dai, C.,… More

Joung, D., Wratkowski, D., Dai, C., Lee, S., Cho, J. H. Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding. J. Vis. Exp. (139), e58500, doi:10.3791/58500 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter