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 JoVE Chemistry

종이 접기 고취 패턴 및 재구성 입자의 자기 조립

1, 1, 1,2

1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, The Johns Hopkins University, 2Department of Chemistry, The Johns Hopkins University

Article
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    Summary

    우리는 2 차원 (2D) 전구체의 패턴과 재구성 입자의 합성 실험 내용을 설명합니다. 이 방법론은 polyhedra과 마이크로에서 센티미터 규모에 이르기까지 다양한 길이의 비늘에서 붙잡는 장치를 포함하여 모양의 다양한 입자를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

    Date Published: 2/04/2013, Issue 72; doi: 10.3791/50022

    Cite this Article

    Pandey, S., Gultepe, E., Gracias, D. H. Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles. J. Vis. Exp. (72), e50022, doi:10.3791/50022 (2013).

    Abstract

    이러한 석판 술, 전자 - 빔 리소그래피와 정확하게 패턴을 2 차원 (2D) 구조를하는 데 사용할 수있는 소프트 리소그래피와 같은 많은 기술이 있습니다. 이러한 기술은, 성숙 높은 정밀도를 제공하고 있으며, 그 중 많은 사람들이 높은 처리량 방식으로 구현 될 수있다. 우리는 평면 리소그래피의 장점을 활용하고 표면 장력이나 잔류 응력에서 파생 1-20 항에있어서, 물리적 힘이 세 차원 (3D) 구조로 곡선 또는 배 평면 구조에 사용되는 자기 접는 방법과 함께 조화를 이루고 있습니다. 그렇게, 우리는 대량 정확하게 합성 도전 정적 및 재구성 입자를 패턴 생산이 가능합니다.

    이 논문에서, 우리는 세부, 특히, 패턴 입자를 만드는 실험 프로토콜을 시각화 (가) 영구적으로 보세, 중공, polyhedra 그 자체 조립 및 액화 경첩 21-23의 표면 에너지의 최소화로 인해 자기 인감및 (b) grippers 그 자체 배 잔류 응력 전원이 공급되는 경첩 24,25 때문입니다. 설명 특정 프로토콜은 마이크로 미터에서 센티미터 길이의 비늘에 이르기까지 전체 크기로 입자를 생성하는 데 사용할 수 있습니다. 또한, 임의의 패턴은 콜로이드 과학, 전자, 광학, 의학의 중요성 입자의 표면에 정의 할 수 있습니다. 더 일반적으로, 자기 밀폐 경첩과 자기 조립 기계 강성 입자의 개념은 더 작은에서 입자의 생성에 어떤 프로세스 수정,, 100 nm의 길이의 비늘 22, 26과 및 금속 21 등의 재료의 범위, 적용 , 반도체 9 폴리머 27. 재구성 붙잡는 장치의 잔류 응력 전원 작동과 관련하여, 우리의 특정 프로토콜은 100 μm에서 2.5 mm에 이르기까지 다양한 크기로 장치에 관련성 크롬 경첩을 활용합니다. 그러나, 더 일반적으로, 이러한 테 더링이없는 잔류 응력의 개념전원 작동 가능성이 더 작은 nanoscale 붙잡는 장치를 만드는 데 이러한 heteroepitaxially 입금 반도체 필름 5,7 등 다른 스트레스가 높은 재료와 함께 사용할 수 있습니다.

    Protocol

    우리가 처음 패턴, 밀봉 된 입자와 재구성 붙잡는 장치를 조작하는 데 사용할 수있는 일반적인 프로토콜을 설명합니다. 일반 프로토콜과 함께, 우리는 밀봉 된 dodecahedral 입자의 제조 및 재구성 microgrippers 모두에 대해 하나의 특정 시각화 예를 제공합니다.

    1. 마스크 준비 및 디자인 규칙

    1. 일반적으로, 적어도 두 마스크 세트가 필요합니다 구부리거나 곡선하지 않는 지역에 대해 하나 (강성 패널) 및 지역에 대한 다른 그 벤딩, 곡선 또는 인감 (경첩). 추가 마스크는 모공, 분자 패치, 광학 또는 전자 요소의 표면 패턴을 정의하기 위해 이용 될 수있다. 마스크는 등의 AutoCAD, 어도비 일러스트 레이터, 프리 핸드 MX 또는 레이아웃 편집기와 같은 2 차원 벡터 그래픽 소프트웨어 프로그램의 다양한 사용하여 설계 할 수 있습니다.
    2. 경험적 연구는 폴의 개고 구동 표면 장력에 사용할 수 마스크를 생성하기위한 다음과 같은 최적의 디자인 규칙을 제안면 길이 L.의 yhedron
      1. 특정 polyhedral 기하학의 경우, 패널의 수를 먼저 결정해야합니다. 십이 면체 열두 오각형 패널을 가지고 예를 들어, 큐브가 6 평방 패널이 있습니다.
      2. 패널의 높은 항복 2 차원 배열도 순 알아 낸해야했다. 나선의 낮은 반경 및 보조 정점 연결 큰 번호가 그물은 일반적으로 가장 높은 수익률을 조립합니다. 이러한 큐브와 같은 polyhedra의 다양한위한 최적의 그물은 octahedra, dodecahedra, octahedra, icosahedra, 23, 28, 게시립니다.
      3. 패널 마스크에서 polyhedra의 패널은 그물로 그려되어야하며 인접한 패널은 약 0.1L이다 너비의 간격으로 이격해야합니다. 레지스트리 마크는 경첩 마스크로 다음 정렬을 위해 필요합니다.
      4. 힌지 마스크에서 모두 접는 경첩 (패널 사이에)와 잠금 또는 밀폐 경첩 (패널의 가장자리에서)정의해야합니다. 0.05L (그림 1 AC)의 오버행과 0.1L의 0.8L와 너비의 길이가 있어야 패널의 주변에 경첩을 봉인하는 동안 접이식 경첩은 0.8L와 0.2L의 폭의 길이가 있어야합니다. 특별한주의가 보장하기 위해 이동해야합니다 그 레지스트리에 패널과 힌지 마스크 오버레이. 이 디자인 규칙으로, 우리는 15 μm에서 2.5 cm에 이르기까지 다양한 크기로 입자를 합성 할 수있었습니다.
      5. 힌지의 볼륨은 폴딩 각도를 제어하고, 주어진 힌지 폭에 대해 유한 요소 모델링은 경첩 필요한 두께를 결정하기 위해 필요합니다. 독자는이 두께를 추정하기 위해 29-32 출판 모델이라고합니다. 그러나, 우리의 접근 방식의 매력적인 기능은 자동 접이식 동안 상당한 오류 허용 오차를 제공 경첩을 잠금 또는 밀폐를 사용하는 것입니다. 따라서, 밀봉 경첩을 사용하는 경우, 조립 공정 그들 TA 만 약이 될 수 있도록 힌지 권 편차에 관대합니다rgeted. 조립시 상당한 cooperativity로 인해, 심지어 dodecahedra 116.57 °의 각도와 배는 대량 생산되었습니다. 또한, octahedra립니다 125.27 °와 109.47 ° 두 가지 dihedral 각도가 있지만 같은 힌지 볼륨을 사용하여 조립 될 수 있습니다. 실링 경첩의 또 다른 장점은 접는 과정에서 가열에 함께 서로 퓨즈에 인접 경첩은, 냉각에 단단히, 밀봉 된 완벽한과 강성 입자를 만드는 것입니다.
    3. 경험적 연구는 잔류 응력 전원이 공급되는 경첩으로 인해 접어 microgrippers의 마스크에 대해 다음과 최적의 설계 규칙을하시기 바랍니다. 600-900의 μm의 팁 - 투 - 팁의 길이 (D)의 microgripper를 들어, 경첩 차이 (g)는 일반적으로 50 주변 μm (그림 1 DF)입니다 300 μm의 D와 작은 microgrippers, 작은 g 용 반면 약 25 μm의를 활용해야합니다. 힌지 간격 크기는 응력, 두께와 탄성 장편 소설에 따라 달라집니다기본 필름 및 다층 분석 솔루션 국세청은 약 접이식 25,33의 범위를 추정하는 데 사용할 수 있습니다. 스트레스와 유한 요소 모델링 정확한 측정은 정확하게 접이식을 시뮬레이션해야합니다. 경험적 연구는 약 100 μm은 스트레스 크롬 경첩과 입자의 낮은 한계 것이 좋습니다.
    4. 레이아웃을 설계 한 후 마스크는 어느 사내 고해상도 프린터를 사용하여 투명 필름 또는 상업적 아울렛의 다양한 (그림 2A)를 통해 인쇄해야합니다. 크롬 마스크가 작은 힌지 공백이나 기능과 구조에 필요한 반면 일반적으로, 투명 필름은, 6 μm의 최소 기능 크기에서만 사용해야합니다. 상업 마스크를 주문에 필요한 일반적인 파일 형식은 ". DXF"입니다.

    2. 기판 준비

    1. 유리 슬라이드 또는 실리콘 웨이퍼와 같은 평면 기판은 사용해야합니다.
    2. 좋은 접착력를 들어, 노출이기판을 세척 및 건조 ortant. 그것은 일반적으로 메탄올, 아세톤과 이소 프로필 알코올 (IPA)와 기판을 청소하기에 충분한 것입니다, 질소 (N 2)과 함께 건조 후 핫 플레이트 또는 150 ° C 5-10 분에 대한 오븐에 그들을 가열.

    3. 희생 층의 증착

    패터닝 한 후 기판에서 템플릿을 공개하기 위해, 희생 층이 필요합니다. 중 금속으로 구성된 영화의 다양한 (예, 구리), 절연체 (예 : 알루미나) 또는 고분자는 (예를 들어, PMMA, PVA, CYTOP 등) 활용 할 수 있습니다. 희생 영화를 선택할 때 중요한 고려 사항 증착 및 재료와 에칭 선택성의 해산의 용이성입니다.

    4. 패터닝 패널

    1. 입자의 패널 수단의 다양한 의해 증착 할 수 있습니다. 고분자 입자를 들어, 필름은 스핀 코팅 또는 드롭 주조에 의해 증착되어 있습니다. 에금속 입자 전착 또는 열 증발이 이용 될 수있다.
    2. 금속 입자의 제조를 들어, 패널과 경첩의 전착을 촉진하기 위해 희생 층 코팅 기판에 전도성 레이어를 추가 할 필요가 있습니다.
    3. 패널은 같은 석판 술, 몰딩, 나노 임프린트 리소그래피 나 전자빔 리소그래피와 같은 리소그래피 프로세스를 사용하여 패턴 할 수 있습니다. 전형적인 석판 술 프로세스가 코팅에게 노출하고 당 제조업체의 추천으로 개발 한 후 베이킹 기판 위에 포토 레지스트 층을, 포함한다. 이러한 SPR, AZ 또는 SC 시리즈로 Photoresists 사용할 수 있습니다, 또는 패널 등 SU8, PEGDA, 또는 photocrosslinkable PDMS와 같은 photocrosslinkable 폴리머를 사용하여 정의 할 수 있습니다. 포토 레지스트, 두께, 따라서 회전 속도, 노출 시간과 개발 시간의 선택에 따라 적절히 조정해야합니다.
    4. 석판 술 후, 금속 이상적 상대의 크기에 따라얇은 패널 증발이나 스퍼터링에 의해 정의 될 수 있으며, cles은 두꺼운 패널은 전착에 의해 형성 될 수있다.
      1. 패널의 전착를 들어, 전착 및 목욕탕의 효율성을 패러데이의 법칙은 패널의 총 노출 표면적에 따라 전기 도금 전류를 계산하는 데 사용됩니다. 일반적으로 현재의 니켈에 대한 밀도 (니켈) 및 납땜 (PB-SN) 도금은 각각 1-10mA / cm 2, 20~50밀리암페어 / cm 2 사이입니다.

    5. 패터닝 경첩을

    패널의 패턴과 유사, 패턴 경첩을 위해 석판 술의 두 번째 라운드는 경첩 마스크를 (그림 2B-C)를 사용하여 수행해야합니다. 패널과 힌지 마스크의 레지스트리 흔적은 적절한 정렬을 보장하기 위해 중첩해야합니다.

    1. 표면 장력 구동 어셈블리를 들어, 패널과 경첩에 대한 자료는 경첩 소재가 낮은이 있도록 선택되어야한다응급실 녹는 패널보다 포인트와 경첩이 용해하는 동안 따라서 패널은 강성 남아있다. 템플릿은 경첩 소재의 녹는 점보다 가열 될 때 조립이 발생합니다. 예를 들어, 니켈 패널과 금속 입자의 경우, 우리는 ~ 200 녹아 경첩에 electrodeposit PB-SN의 솔더 ° C와 접이식를 묻는 메시지를 표시합니다. 마찬가지로, SU8 패널 고분자 입자의 경우, 우리는 ~ 58시 조립 보증금 polycaprolactone의 경첩 ° C. 27 과정은 경첩 소재가 리플 로우 동안 힌지 영역 내에 고정되어있는 경우 가장 잘 작동합니다, 즉, 그것은 모든에 걸쳐하지 않습니다 패널과 완전히 패널에서 dewet하지 않습니다. 이 자동 지정은 해당 으러 특성 및 점도가있는 물질의 선택에 의해 달성 될 수있다.
    2. 자기 접이식 구동 박막 응력의 경우, 경첩은 패널 패터닝하기 전에 패턴되어야합니다. 일반적으로 경첩은 differentially 강조 이중층으로 구성해야이러한 크롬 (CR) 또는 지르코늄 (Zr) 및 금 (호주) 또는 구리 (잘라 내기) 등이 상대적으로 강세가없는 금속으로 스트레스 금속으로 구성되어 있습니다. 예를 들어, 50 μm의 힌지 간격으로 microgrippers을 위해, 우리는 50 nm의 크롬과 100 nm의 끊을으로 구성된 이중층을 사용합니다. differentially 강조 금속 bilayers뿐만 아니라, differentially 폴리머 34-37을 강조, SiOx 층 38 또는 에피 택셜 반도체 5 층도 이용 될 수있다.
    3. 자기 접이식 구동 박막 스트레스를 들어, 열 민감한 고분자 트리거 층 구조가 기판의 출시에 따라 자발적으로 접어되지 않도록 장치를 제한하기 위해 이용 될 것입니다. 트리거 재료와 두께의 적절한 선택은 다른 자극 응답 특성과 장치를 재산을 증여 할 수 있습니다. 예를 들어, 패턴이 1.5 μm 힌지 지역의 두꺼운 포토 레지스트 (S1800 시리즈)들은 ° C 접는를 실행하기 ~ 37 가열 될 때까지 장치가 평면 유지 충분하다.

    1. 패턴 2D 템플릿을 해제하려면, 희생 층은 적절한 etchants (그림 2D)에 의해 해산해야합니다.
    2. 표면 장력이 어셈블리를 구동를 들어, 출시 평면의 전구체는 경첩 재료의 융점 이상 가열해야합니다. 난방 일, 경첩은 액화 및 전구체가 적절 모양의 속이 빈 입자 (그림 2e-I)에 조립하기.
    3. 구조는 트리거가 부드럽게하고 더 이상 스트레스 이중층의 경첩의 휴식을 제한하지 않도록, 난방에, 예를 들어, 기판에서, 오른쪽 자극에 노출에 출시 된 후 박막 스트레스를 구동 폴딩를 들어, 접는가 트리거 할 수 있습니다. 처 장치 강자성 때문에 그들은 인도와 위치를 적절화물 근처에 있으며 (그림 2j-n)이 주변에 접어 트리거 할 수 있습니다. 그렇게 조직 exci 주목할만한 것입니다시온은 이러한 실행 접이식 25를 사용하여 달성 될 수있다.

    예 1. 자기 조립, 영구적으로 접착, 300 μm 크기의 빈 dodecahedra (그림 3의 개략도) 구동 표면 장력의 제조를위한 프로토콜 :

    1. 1 단계의 설명에 마스크를 준비합니다. 300 μm 패널 가장자리 길이 dodecahedra의 제조를 들어, 십이 면체의 오각형 패널 30 μm에서 이격되는 등 패널 마스크를 그린다. 개고 및 씰링 경첩는 x 30 μm 각각 240 μm X 60 μm의 크기와 240 μm이있는 힌지 마스크를 그립니다.
    2. 단계는 2 단계에 설명 실리콘 웨이퍼 기판을 준비합니다.
    3. 실리콘 웨이퍼에 스핀 코트 ~ 5.5 μm 1,000 rpm으로 950 PMMA A11의 두꺼운 층을. 3 분 기다렸다가 60 초에 180 ° C에서 빵을 구워.
    4. 열 증발기, t 등의 접착 프로모터 150 나노 미터 구리 등의 보증금 30 nm의 크롬 (CR) (잘라 내기)를 사용그는 레이어를 실시.
    5. 웨이퍼로 1,700 rpm으로 SPR220 두꺼운 스핀 코트는 ~ 10 μm. 3 분까지 기다립니다.
    6. 30 초에 ° C 60 열판에 웨이퍼를 배치하여 램프 업 softbake을 수행합니다. 그런 ° C 30 초 60로 90 초에 115 ° C에서 다른 열판에 웨이퍼를 전송합니다.
    7. 실온에서 웨이퍼를 냉각하고 3 시간 기다립니다.
    8. ~ 460 MJ / UV 빛의 cm 2 (365 nm 정도)과 수은 기반의 마스크 aligner를 사용하여 패널 마스크에 웨이퍼를 쉽게받을 수 있습니다.
    9. 2 분에 MF-26A 개발자의 개발 및 개발자 솔루션을 변경하고 다른 2 분을 위해 개발할 수 있습니다.
    10. 전체 패널 영역을 계산하고 약 1~10mA / cm 2 최대 8 μm의 두께까지의 속도로 상용 니켈 sulfamate 솔루션에서 니켈을 electrodeposit하는 데 필요한 전류를 계산하는 데 사용합니다.
    11. 아세톤으로 포토 레지스트를 해산. IPA과 웨이퍼를 헹구고, N 2 가스로 건조.
    12. 스핀 코트는 ~ 10 μm 두께의 SPR웨이퍼로 1,700 rpm으로 220. 3 분까지 기다립니다.
    13. 30 초에 ° C 60 열판에 웨이퍼를 배치하여 램프 업 softbake을 수행합니다. 그런 ° C 30 초 60로 90 초에 115 ° C에서 다른 열판에 웨이퍼를 전송합니다.
    14. 실온에서 웨이퍼를 냉각하고 3 시간 기다립니다.
    15. ~ 460 MJ / UV 빛의 cm 2 (365 nm 정도)과 수은 기반의 마스크 aligner를 사용하여 경첩 마스크에 웨이퍼를 쉽게받을 수 있습니다. 레지스트리 마르크는 경첩이 패널로 정렬되도록 정렬되어 있는지 확인합니다.
    16. 2 분에 MF-26A 개발자의 개발 및 개발자 솔루션을 변경하고 다른 2 분을 위해 개발할 수 있습니다.
    17. 웨이퍼의 한 조각이 ~ 50-60 그물을 포함 있도록 다이아몬드 커터를 사용, 작은 조각으로 웨이퍼를 잘라. 매니큐어와 조각의 문장 가장자리를.
    18. 총 노출 힌지 영역을 계산하고 appro의 속도로 상용 솔더 도금 솔루션에서 electrodeposit PB-SN 솔더에 필요한 전류를 계산하는 데 사용ximately 20-50밀리암페어 / 최대 15 μm의 두께 cm 2.
    19. 아세톤에 포토 레지스트를 해산. IPA와 웨이퍼 조각을 헹구고, N 2 가스로 건조.
    20. 주변 잘라 내기 층을 분해하기 위해 25-40 초 동안 에칭 APS 100 웨이퍼 조각을 빠져. DI 물에 씻어 N 2 가스로 건조.
    21. 주변 크롬 층을 분해하기 위해 30-50 초 동안 에칭 CRE-473의 웨이퍼 조각을 빠져. DI 물에 씻어 N 2 가스로 건조.
    22. 1-메틸-2-Pyrollidinone (NMP)과 열 100 ° C 템플릿은 기판에서 출시 될 때까지 3-5 분을위한.의 ~ 2-3 ML의 웨이퍼 조각을 빠져
    23. 전송 ~ 20-30 작은 페트리 접시에 템플릿과 균일을 배포 할 수 있습니다.
    24. Indalloy 5RMA 액체 유량의 NMP와 ~ 5-7 방울 ~ 3-5 ML을 추가합니다.
    25. 100 열 ° C 5 분에. 이 단계에서, Indalloy 5RMA 액체 유량은 청소 및 납땜에 형성하는 산화물 층을 해체함으로써 좋은 납땜의 refl을 보장합니다융점 위의 난방에 아야.
    26. (150)에 열판의 온도를 증가 ° C 5 분을 위해 다음 천천히 접이식가 발생 ° C까지 200를 향상시킬 수 있습니다. 온도가 200 증가하는 경우 ° C 접는가 5-8 분 후에 시작됩니다. 다 태워 시작으로 혼합 갈색 설정할 수 있습니다.
    27. dodecahedra이 접했으면 음식이 냉각 할 수 있습니다. 요리에 아세톤을 추가 액체를 피펫, 그리고 아세톤 후 에탄올의 dodecahedra을 씻어.
    28. 에탄올의 dodecahedral 입자를 저장합니다.

    예 2. 재구성의 제조, 자기 접이식 온도에 민감한 microgrippers (그림 4의 개략도) 구동 박막 스트레스에 대한 프로토콜 :

    1. 1 단계의 설명에 마스크를 준비합니다. grippers의 팁 - 투 - 팁 길이가 111 μm의 중앙 패널 측 길이 50​​ μm의 힌지 간격으로 980 μm이다 않도록 마스크를 디자인합니다. 일반 힌지와 패널 마스크는 설계 할 수 similAR은 1 드 그림입니다.
    2. 단계는 2 단계에 설명 실리콘 웨이퍼를 준비합니다.
    3. 열 증발기를 사용하여 보증금 15 nm의 크롬 부착 및 50-100 나노 미터 잘라 내기 희생 층.
    4. 3000 rpm으로, 스핀 coater를 사용하여 S1827 두꺼운 스핀 코트 ~ 3 μm. 3 분 기다린 후 다음 열판에서 1 분에 115 ° C에서 웨이퍼를 구워.
    5. 마스크 aligner 및 힌지 마스크를 사용 ~ 180 MJ / cm 2 UV 빛 (365 nm 정도)에 노출.
    6. 5시 1분 희석 351 개발자에 40-60 초를 위해 개발할 수 있습니다. DI 물에 씻어 N 2 가스로 건조.
    7. 보증금 50 나노 미터 크롬과 100 nm의 끊을는 열 증발기를 사용합니다. 크롬 필름의 잔류 응력과 경첩 이중층으로 CR-끊을 기능, 끊을 영화는 bioinert 지원 층에 있습니다.
    8. 아세톤의 포토 레지스트 이륙. 완전히 리프트 - 오프 초과 금속 3-5 분 동안 sonicator를 사용하십시오. 아세톤과 N 2 가스 건조 IPA있는 웨이퍼를 씻으십시오.
    9. 스핀 코트 ~ 10 μm 두께 SPR220에서웨이퍼로 1,700 RPM. 3 분까지 기다립니다.
    10. 30 초에 ° C 60 열판에 웨이퍼를 배치하여 램프 업 softbake을 수행합니다. 그런 ° C 30 초 60로 90 초에 115 ° C에서 다른 열판에 웨이퍼를 전송합니다. 3 시간 기다립니다.
    11. 패널 마스크를 통해 마스크 aligner를 사용하여 460 MJ / cm 2 UV 빛 (365 nm 정도) ~에 포토 레지스트을 쉽게받을 수 있습니다.
    12. 2 분에 MF-26A 개발자의 개발 및 개발자 솔루션을 변경하고 다른 2 분을 위해 개발할 수 있습니다.
    13. 전체 패널 영역을 계산하고 약 1~10mA / cm 2 최대 5 μm의 두께까지의 속도로 상용 니켈 sulfamate 솔루션에서 니켈을 electrodeposit하는 데 필요한 전류를 계산하는 데 사용합니다. 철저하게 DI 물에 씻어.
    14. 100 나노 미터 끊을를 Electrodeposit 또는 증발. 이 항목 희생 층을 제거하는 데 사용되는 etchants에서 니켈을 보호하는 데 도움이됩니다.
    15. 아세톤으로 포토 레지스트를 벗길. IPA과 웨이퍼를 헹구고, N 2 가스로 건조. 1시 5분 볼륨 비율 S1813 및 S1805 photoresits을 섞는다. 1800 rpm으로 코트에게 혼합물을 봐. 3 분 기다린 후 1 분에 115 ° C에서 열판에 구워. 이 포토 레지스트 층은 트리거 레이어의 역할을합니다.
    16. 힌지 마스크를 사용하여 마스크 aligner에 ~ 120 MJ / cm 2 UV 빛 (365 nm 정도)에 노출.
    17. 5시 1분 희석 351 개발에 30-50 초를 위해 개발할 수 있습니다. DI 물에 씻어 N 2 가스로 건조.
    18. 다이아몬드 커터를 사용하여 웨이퍼의 조각을 잘라 버릴거야.
    19. 에칭 기본 잘라 내기 희생 층에 APS 100 웨이퍼 조각을 빠져. microgrippers이 완전히 기판에서 출시 될 때까지 기다립니다.
    20. 차가운 물에 DI 워터와 점포 microgrippers을 씻어.
    21. 37 ° C의 물에 microgrippers을 배치하여 접는를 실행.

    7. 대표 결과

    쉬의 다양한 그림의 대표 결과 5 쇼가 자기 조립 polyhedral 입자원숭이뿐만 아니라 접는 microgrippers. 제조 및 작동 과정은 매우 평행 및 3D 구조는 가공 동시에 실행 할 수 있습니다. 또한, 같은 광장 또는 삼각형 구멍이 예시 정확한 패턴은 세 가지 차원에서, 그리고 필요한 경우 선택한 얼굴에 정의 할 수 있습니다. 그들이 소비세 조직에 사용되거나 생물화물을 탑재 할 수 있도록 microgrippers는 생물학적으로 양성 조건에 따라 폐쇄 할 수 있습니다. microgrippers이 강자성 소재로 만들어 질 수 있기 때문에 또한, 그들은 자기장을 사용하여 멀리서 이동이 가능합니다.

    그림 1
    1 그림. 패턴 입자의 합성 설계 규칙 (AC) 패턴 polyhedral 입자의 조립을위한 마스크 디자인 규칙,. 측면의 길이 L의 polyhedron의 패널 마스크의 (A) 도식, (b)는 경첩 마스크의 개략적는 접는 특징(0.2 L X 0.8 L) 및 잠금 또는 밀폐 (0.1 L X 0.8 L) 경첩과 겹쳐 2D 전구체 또는 네트 (C) 도식. (DF) 마스크 디자인 자체 접는 microgripper에 대한 규칙, 팁 길이 D에 대한 팁과 microgripper의 경첩 마스크의 (d)에 개략적 인 힌지 간격 g와 패널 마스크 (E) 도식, 그리고 (F) 도식 겹쳐 2D 전구체는. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

    그림 2
    그림 2. 실험 이미지와 제조 및 조립 과정에서 중요한 단계를 개념적 애니메이션. dodecahedral 전구체에 대한 AutoCAD를 패널 마스크 (A) 스크린 샷. (BC) 광학 용 2D 전구체의 이미지, (B) dodecahedra, 그리고 실리콘 기판 상에 (주) microgrippers. (D) dodecahedral 그물을 발표했다. 스케일 바 : 200 μm. (실내) 개념적의 nimation (안녕) 표면 장력은 십이 면체의 조립을 구동, 그리고 (jn) 박막 응력 (데이비드 Filipiak하여 애니메이션) 구슬 주위에 microgripper의 접이식를 구동.

    그림 3
    그림 3. 입방 입자의 표면 장력 구동 조립체에 대한 중요한 제조 단계의 개략도.

    그림 4
    그림 4. 6 자리 욕심 장치의 접이식 구동 잔류 응력에 대한 중요한 제조 단계의 개략도.

    그림 5
    그림 5. 종이 접기 자기 조립 패턴 영감을 재구성 입자의 이미지.

    Discussion

    우리의 종이 접기에서 영감을 조립 과정은 다양한 있으며, 자료, 모양과 크기의 다양한 범위의 3D 정적 및 재구성 입자의 다양한 합성에 사용될 수 있습니다. 또한,이 입자에 정확하게 패턴 센서와 전자 모듈의 기능은 광학 및 전자 중요합니다. 패턴이 상대적으로 부정확 한 아르 다른 방법에 의해 형성 누덕 누덕 기운 입자는 대조적으로,이 방법은 정확하게 패턴 입자를 합성 할 수있는 방법을 제공합니다. 표면 장력 기반의 조립에서 밀봉 경첩을 액화의 사용은 입자 (냉각)에 잘 밀봉 및 조립 후 기계적 강성 할 수 있도록합니다. 이전, 우리는 시임에도 작은 분자 39,40에 새지 것을 관찰했다. 조립 후 끊을의 얇은 층의 전착 추가 강도를 제공하고 솔기의 누출 방지 자연을 향상시킬 수 있습니다. 박막 스트레스를 기반 접이식 응용 프로그램에 유용합니다 어떤 세인트imuli 대응 접이식은 이러한 체외과 생체 생물 샘플링과 로봇의 픽업 및 장소 작업에서 수행하는 데 사용 된 microgrippers에서와 같이 필요합니다. 여기에 설명 된 특정 방법은 한 번만 닫 재구성 microgrippers을 만드는 데 사용할 수 있지만, 자료 및 bilayers에 스트레스를 조작하는 방법의 적절한 선택도 여러 사이클 37, 41으로 재구성 할 수 있습니다 붙잡는 장치를 만들 이용 될 수있다. 전원 장치를에 잔류 응력의 사용의 하이라이트는 어떤 tethers 또는 전선을 필요로하므로 장소에 도달하기 위해 최선의 작동을 사용하려면 우수한 기동성을 가지고 있지 않다는 것입니다. 또한, 고분자 트리거의 적절한 선택에 의해 자극 반응 행동은 로봇과 수술에 대한 관련성이 자율적 기능을 활성화하는 효소 42를 포함 자극의 범위를 사용할 수 있습니다.

    Disclosures

    관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

    Acknowledgements

    우리는 보조금 CMMI 0,854,881 및 1,066,898 CBET을 통해 NSF에서 자금을 인정합니다. 저자 도움이 제안 매튜의 Mullens 감사드립니다.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    950 Poly methyl methacrylate A11 Micro Chem M230011 Sacrificial layer
    Chromium-plated tungsten rods R. D. Mathis Company CRW-2 Evaporation source for Cr
    Copper slug Alfa Aesar 7440-50-8 Evaporation source for Cu
    Gold slug Alfa Aesar 7440-57-5 Evaporation source for Au
    SPR 220 7.0 Rohm and Haas 10016640 Positive photoresist
    S 1800 series photoresists Rohm and Hass Positive photoresist
    Megaposit MF- 26 A developer Rohm and Haas 10016574 Developer for SPR 220 7.0 photoresist
    Microposit 351 developer Rohm and Hass 10016653 Developer for S 1800 series photoresists
    Nickel Sulfamate Technic Inc. 030175 Plating solution for Ni
    Techni Solder Mate NF 820 60/40 RTU Technic Inc. 330681 Plating solution for Pb-Sn hinges
    APS 100 Copper etchant Transene Company Inc. 021221 Copper etchant
    CRE 473 Chromium etchant Transene Company Inc. 040901 Chromium etchant
    1-Methyl-2-Pyrollidinone (NMP) Sigma-Aldrich M79603 High boiling point organic solvent for Pb-Sn hinge based self-folding
    Indalloy 5RMA flux Indium Corporation of America FL28372 Chemical that cleans the solder surface and inhibits oxidation for good Pb-Sn reflow

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