مقالة منهجية

هياكل متعددة النطاقات تجميعه بواسطة النانو مطبوع للأسطح الوظيفية

DOI:

10.3791/58356

⸱

سبتمبر 11, 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, Changwon National University, 2Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 3Printed Electronics Research Team, Korea Institute of Machinery and Materials

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

قدم طريقة سهلة اختﻻق هياكل متعددة النطاقات نانو والجزئي، للأسطح الوظيفية، بتجميع النانو ملفقة باستخدام عامل تصفية انوديك أكسيد الألومنيوم.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد اجتذبت هياكل السطحية متعددة النطاقات اهتماما متزايداً نظراً للعديد من التطبيقات المحتملة في أجهزة سطح. غير تحدي القائم في المجال تصنيع الهياكل الدقيقة نانو الهجين باستخدام طريقة سهلة وفعالة من حيث التكلفة، والفائق. للتغلب على هذه التحديات، تقترح هذه الورقة وضع بروتوكول لاختلاق هياكل متعددة النطاقات باستخدام فقط عملية بصمة مع عامل تصفية انوديك أكسيد الألومنيوم (AAO) وعملية تجميع الذاتي التبخر من النانو. على عكس المحاولات السابقة التي تهدف إلى تصويب النانو، علينا أن نظهر أسلوب تصنيع فريدة من نوعها للنانو مجمعة متعددة النطاقات بنسب عالية. وعلاوة على ذلك، تم التحقيق في مورفولوجيا السطحية وويتابيليتي من هذه الهياكل في السوائل المختلفة تيسير استخدامها في الأسطح المتعددة الوظائف.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

محكم النانو هياكل مثل جسيمات نانوية والأنابيب النانوية، والنانو وقد اجتذبت اهتماما في الأوساط العلمية، كما أنها تظهر خصائص فريدة من نوعها في العديد من التطبيقات بما في ذلك الكهربائية والطبية والبصرية والسطحية هندسة1،2،3،4،،من56،،من78. على وجه الخصوص، النانو تستخدم على نطاق واسع في أقطاب المط وشفافة9وأجهزة الاستشعار يمكن ارتداؤها10،11، ويكثر12،13وتطبيقات بصريات النانو 14-من بين الأساليب المختلفة لاختلاق هياكل النانو، مثل أساليب سول-جيل، والتجميع الذاتي، والطباعة الحجرية، والنسخ المتماثل15،16،،من1718، 19،20، النسخ المتماثل المباشر باستخدام قالب تعتبر حاليا وسيلة واعدة لأنها بسيطة وفعالة من حيث التكلفة، وتنطبق على مختلف المواد القابلة للشفاء21،22 , 23 , 24 , 25 , 26.

ونظرا لوجود عدد كبير من المسام نانو الحجم والصغر ارتفاع هيكلها متعددة النطاقات، AAO يستخدم على نطاق واسع كالقالب لتصنيع النانو والأنابيب النانوية مع ارتفاع نسبة العرض إلى الارتفاع27،،من2829 , 30-ومع ذلك، بسبب التوتر السطحي في نسبة عالية، النانو تميل إلى تجميع بسهولة31،،من3233. وأثبت الأبحاث القائمة أن النانو بعد نسبة العرض إلى الارتفاع أكبر من 15:1 لا يقف منتصبا ولكن بدلاً من ذلك الإجمالي، بينما الحاصلين على نسبة أقل من 5:1 معزولة على حدة دون تجميع33،34. التوتر السطحي وقوة الشعرية دوراً هاما عند إزالة الألومينا باستخدام مادة تنميش، الذي واحد من العمليات أثناء تصنيع نانوفيبير. عندما تزيد نسبة العرض إلى الارتفاع، التوتر السطحي بين النانو يميل إلى سحب بينها وبين بعضها البعض، مما تسبب في التجميع. ركزت دراسات عديدة على الطرق لمنع مثل هذا التجميع35، الذي يلاحظ خصوصا في البوليمر والنانو المعدنية. ومن بين هذه قد يقلل الماء السطح nanofiber التكتل لأنه عندما تحتل سائل المسافات بين النانو، يقلل من التوتر السطحي. علاوة على ذلك، طريقة التجفيف قد يقلل أيضا من تجميع بتقليل التوتر السطحي بين النانو. ومع ذلك، وعلى الرغم من الجهود المختلفة، استقامة النانو مع نسبة العرض إلى الارتفاع عالية لا يزال يشكل تحديا.

وتحقيقا لهذه الغاية، نحن تقرير طريقة فريدة من نوعها لاختلاق هياكل متعددة النطاقات nanofiber متشابكة باستغلال هذه الظاهرة التجميع بطريقة إيجابية. هنا، هو مطبوع هيكل نانوفيبير باستخدام عامل تصفية AAO والبولي-أكريلاتي (بوا)-اكتب الراتنجات مع وجه 257.4 cP. بعد القيام بالأشعة فوق البنفسجية نانو بصمة الطباعة الحجرية (الأشعة فوق البنفسجية-النيل)، وحفرت العفن بمحلول هيدروكسيد الصوديوم. وصف بنيات متعددة النطاقات المقترحة، ونحن التحقيق في سلوك نمط العينة مع النانو مجمعة وويتابيليتي السطحية بعد المعالجات السطحية المناسبة مثل الطلاء مع أحادي الطبقة تجميعها ذاتيا وعلاج الأوزون الأشعة فوق البنفسجية . وعلاوة على ذلك، فإننا نقترح أن السطح المسامية متعددة النطاقات يمكن تحويلها ببساطة إلى سطح زلق باستخدام عملية غرست زيوت التشحيم.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1-تلفيق سطح نانو والجزئي بنية متعددة النطاقات باستخدام عامل تصفية AAO (الشكل 1)

  1. شراء عامل تصفية AAO بحجم المسام والارتفاع، ويبلغ قطرها 200 نانومتر، 60 ميكرومتر، و 25 مم، على التوالي.
  2. 1.2. تنظيف سطح الفيلم ايثلين (الحيوانات الأليفة) البولي إيثيلين بسمك 100 ميكرومتر ﻻستخدام الأسيتون مع 99.8% والكحول الأيزوبروبيل (IPA) بنسبة 99.9% لمدة 5 دقائق، وبعد ويجف تماما لمدة 3 دقيقة باستخدام بندقية هوائية.
  3. ضع الفيلم الحيوانات الأليفة على سطح مستو دون الملوثات، وإضافة قطره 0.1 مل من الأشعة فوق البنفسجية البولي-أكريلاتي (بوا)-نوع الراتنج مع لزوجة البارافينات المكلورة من 257.4 إلى السطح.
  4. وضع التصفية AAO على الراتنج واضغط موحد، استخدام اسطوانة مطاطية التي يبلغ قطرها 32 ملم. ويؤكد انتشار الراتنج بصريا، حتى الاسطوانة يجب أن تكون مرارا وتكرارا وعناية دفعت عند الضغط على.
    تنبيه: تصفية AAO هشة وقد كسر إذا تم تطبيق القوة المفرطة.
  5. بعد المتداول، تعرض العينة مع الحيوانات الأليفة و AAO المرشح (المرفقة باستخدام الراتنج) للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة مع طول موجي 365 نانومتر لمدة 30 ثانية لعلاج الراتنج.
  6. تزج العينة علاجه في 100 مل حل هيدروكسيد الصوديوم 2 م لمدة 10 دقائق إلى أن يحل عامل التصفية.
    ملاحظة: تظهر الصور SEM المقطع العرضي وسطح الهيكل (الشكل 2).
  7. تنظيف العينة مع الماء دي، ثم الجافة تماما لمدة 3 دقيقة باستخدام بندقية هوائية.
    ملاحظة: تحليل EDX أكد أن نا وال لم يتم الكشف عن وتم تماما محفوراً (الشكل 3).

2. المعالجات السطحية

  1. علاج الأوزون الأشعة فوق البنفسجية
  2. تنظيف العينة مع هياكل متعددة النطاقات نانو والجزئي باستخدام المياه أصد ودي لمدة 5 دقائق، ثم الجاف باستخدام بندقية هوائية لمدة 3 دقائق.
  3. تشعيع الجانب هياكل متعددة النطاقات للعينة (الجانب مع هياكل متعددة النطاقات) باستخدام الأشعة فوق البنفسجية (الطول الموجي نانومتر 185-254) لمدة 60 دقيقة.
    ملاحظة: المعدات الأوزون الأشعة فوق البنفسجية على كثافة 25 ميغاواط/سم2.
  4. أوكتاديسيلتريتشلوروسيلاني (OTS) التجميع الذاتي
  5. ضع لوحة الساخن داخل صندوق القفازات والحفاظ على بيئة2 ن لعملية ترسب بخار.
  6. إصلاح حافة العينة على الزجاج أو لوحة مسطحة باستخدام شريط لاصق. تأكد من أن حجم الزجاج أو لوحة كبيرة بما يكفي لتغطية الجزء العلوي من كوب (مع 8 مم للقطر و 13 مم للارتفاع).
  7. وضع في الكأس على صفيحة مع 5 بوصة × 7 "وإضافة 2 مل من محلول OTS للكأس استخدام ماصة.
  8. تغطية الكأس بالزجاج أو لوحة على الوجه، مع العينة التي تواجه إلى الأسفل إلى الكأس.
  9. عملية لمدة 60 دقيقة في 100 درجة مئوية، ثم إزالة العينة من مربع القفازات.
    ملاحظة: بعد عملية طلاء محطة تكرير النفط، والكأس وصندوق قفازات يجب تنظيفها.

3-تلفيق سطح الوظيفية عن طريق حقن مواد التشحيم

  1. إيداع قرابة 0.2 مل من سوائل الهيدروكربون المشبع على محطة تكرير النفط المغلفة الذاتي مجمعة الجمعية نانوفيبير.
  2. مراقبة عملية التبول من الهيدروكربون المشبع بالفلور تستخدم مجهر ضوئي مع عدسة الهدف 5 س X-20.
  3. إزالة سوائل الهيدروكربون المشبع بالفلور الزائد عن طريق وضع العينات في وضع رأسي لبضع ساعات.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أظهرنا طريقة سريعة وبسيطة لتصنيع هياكل متعددة النطاقات الصغيرة نانو الهجين باستخدام عامل تصفية AAO كالعفن الطباعة. العملية برمتها استغرق 30 دقيقة (الشكل 4). وقد لوحظ أن السطح الناتجة بعد خضوعه لعملية النقش باستخدام هيدروكسيد الصوديوم، عرضت بلون معتم مماثلة لعامل التصفية AAO الأصلي، نظراً للجمعية nanofiber المجمعة الناتجة عن التوتر السطحي. علاوة على ذلك، أكدت نتائج التحليل EDX أن تمت إزالة عامل التصفية AAO تماما بالنقش الكيميائية الرطبة (ا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

خطوة أساسية في تصنيع الجمعية nanofiber الذاتي مجمعة التأكد من أن عامل التصفية AAO هشة لا ينقض عند تطبيق الراتنج مع بكرات المطاط. وفي الواقع، ينبغي التأكد من أن عامل التصفية AAO لا ينقض عند أي نقطة قبل الخطوة النقش. نظراً لأن عامل التصفية AAO 25 مم في القطر، حجم الركيزة حوالي 30 x 30 ملم.

الجمعية nanofiber مجمعة الذاتي يسمح لنا بتوفير مختلف الأسطح الوظيفية من خلال المعالجة السطحية السليم. بعد الطباعة، السطح الأساسي ماء، ولكن يمكن تعديلها وتصبح مسعور بالتعرض للأوزون الأشعة فوق البنفسجية العلاج و...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب قد لا يوجد تضارب المصالح المالية الكشف عن.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تستند هذه المواد إلى العمل المدعوم من "برنامج بحوث العلوم الأساسية" عبر الوطنية بحوث مؤسسة من كوريا (جبهة الخلاص الوطني) ممولة من وزارة العلوم، وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات وتخطيط المستقبل (جبهة الخلاص الوطني-2017R1A2B4008053) و (وزارة التجارة والصناعة والطاقة مطيع، وكوريا) تحت التكنولوجيا الصناعية ابتكار البرنامج رقم 10052802، ومعهد كوريا للنهوض بالتكنولوجيا (كيات) من خلال برنامج التشجيع لصناعات منطقة التعاون الاقتصادي (N0002310).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
MINS 511RMMinuta Tech راتنجقابل للشفاء بالأشعة فوق البنفسجية
Octadecyltrichlorosilane (OTS) Aldrichالمعالجة السطحية
أكسيدان الصوديومSAMCHUNمحلول النقش
Anopore Inoganic MembranesWhatman25mm / 0.2 & micro ؛ م
MT-UV-A 47Meiji Technoمعدات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية
UVC-30Jaesung Engineeringمعدات معالجة الأشعة فوق البنفسجية
Smart Drop PlusFEMTOFABقياس زاوية التلامس
Fluorinert FC-703Mخليط سائل من المركبات الأليفاتية المفلورة بالكامل
فيلم البولي إيثيلين تيريفثاليتSunchemالركيزة
الأسيتون (99.8٪) محلولتنظيف Daejung
كحول الأيزوبروبيل (99.9٪) محلولتنظيف Daejung
الأسطوانة المطاطيةHwahongلتطبيق الراتنج
Corning التحريك لوحات الساخنةمعدات لوحةالساخنة Corning
(5 "× 7")

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Elghanian, R., Storhoff, J. J., Mucic, R. C., Letsinger, R. L., Mirkin, C. A. Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles. Science. 277, 1078-1081 (1997).
  2. Berdichevsky, Y., Lo, Y. H. Polypyrrole nanowire actuators. Advanced Materials. 18, 122-125 (2006).
  3. Mitchell, D. T., et al. Smart nanotubes for bioseparations and biocatalysis. Journal of the American Chemical Society. 124, 11864-11865 (2002).
  4. Nicewarner-Pena, S. R., et al. Submicrometer metallic barcodes. Science. 294, 137-141 (2001).
  5. Dersch, R., Steinhart, M., Boudriot, U., Greiner, A., Wendorff, J. H. Nanoprocessing of polymers: applications in medicine, sensors, catalysis, photonics. Polymers for Advanced Technologies. 16, 276-282 (2005).
  6. Baker, L. A., Jin, P., Martin, C. R. Biomaterials and biotechnologies based on nanotube membranes. Critical reviews in solid state and materials sciences. 30, 183-205 (2005).
  7. Xiang, H., et al. Block copolymers under cylindrical confinement. Macromolecules. 37, 5660-5664 (2004).
  8. Fei, G., et al. Electro-activated surface micropattern tuning for microinjection molded electrically conductive shape memory polyurethane composites. RSC Advances. 3, 24132-24139 (2013).
  9. Kim, K., et al. Stretchable and transparent electrodes based on in-plane structures. Nanoscale. 7, 14577-14594 (2015).
  10. Kim, J., et al. Wearable smart sensor systems integrated on soft contact lenses for wireless ocular diagnostics. Nature Communications. 8, 14997(2017).
  11. Park, J., et al. Wearable, wireless gas sensors using highly stretchable and transparent structures of nanowires and graphene. Nanoscale. 8, 10591-10597 (2016).
  12. An, B. W., et al. High-resolution printing of 3D structures using an electrohydrodynamic inkjet with multiple functional inks. Advanced Materials. 27, 4322-4328 (2015).
  13. Kim, M., et al. Fully-integrated, bezel-less transistor arrays using reversibly foldable interconnects and stretchable origami substrates. Nanoscale. 8, 9504-9510 (2016).
  14. Zhao, Y. S., Zhan, P., Kim, J., Sun, C., Huang, J. Patterned growth of vertically aligned organic nanowire waveguide arrays. American Chemical Society Nano. 4, 1630-1636 (2010).
  15. Kuo, C. W., Shiu, J. Y., Chen, P. Size-and shape-controlled fabrication of large-area periodic nanopillar arrays. Chemistry of Materials. 15, 2917-2920 (2003).
  16. Lee, S. B., Koepsel, R., Stolz, D. B., Warriner, H. E., Russell, A. J. Self-assembly of biocidal nanotubes from a single-chain diacetylene amine salt. Journal of the American Chemical Society. 126, 13400-13405 (2004).
  17. Gibson, J. M. Reading and writing with electron beams. Physics Today. 50, 56-61 (1997).
  18. Kramer, N., Birk, H., Jorritsma, J., Schönenberger, C. Fabrication of metallic nanowires with a scanning tunneling microscope. Applied Physics Letters. 66, 1325-1327 (1995).
  19. Jiang, P., Bertone, J. F., Colvin, V. L. A lost-wax approach to monodisperse colloids and their crystals. Science. 291, 453-457 (2001).
  20. Steinhart, M., et al. Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates. Science. 296, 1997(2002).
  21. Hong, S. H., Hwang, J., Lee, H. Replication of cicada wing's nano-patterns by hot embossing and UV nanoimprinting. Nanotechnology. 20, 385303(2009).
  22. Han, K. S., Shin, J. H., Yoon, W. Y., Lee, H. Enhanced performance of solar cells with anti-reflection layer fabricated by nano-imprint lithography. Solar Energy Materials and Solar Cells. 95, 288-291 (2011).
  23. Choo, S., Choi, H. J., Lee, H. Replication of rose-petal surface structure using UV-nanoimprint lithography. Materials Letters. 121, 170-173 (2014).
  24. Yu, Z., Chou, S. Y. Triangular profile imprint molds in nanograting fabrication. Nano Letters. 4, 341-344 (2004).
  25. Hirai, Y., Harara, S., Isaka, S., Kobayashi, M., Tanaka, Y. Nano-Imprint lithography using replicated mold by Ni electroforming. Japanese Journal of Applied Physics. 41, 4186(2002).
  26. Kim, J. H., Cho, Y. T., Jung, Y. G. Selection of absorptive materials for non-reflective wire grid polarizers. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 17, 903-908 (2016).
  27. St˛epniowski, W. J., Salerno, M. Fabrication of nanowires and nanotubes by anodic alumina template-assisted electrodeposition. Manufacturing Nanostructures. 12, 321-357 (2014).
  28. Sousa, C. T., et al. Nanoporous alumina as templates for multifunctional applications. Applied Physics Reviews. 1, 031102(2014).
  29. Hong, S. H., Bae, B. J., Lee, H., Jeong, J. H. Fabrication of high density nano-pillar type phase change memory devices using flexible AAO shaped template. Microelectronic Engineering. 87, 2081-2084 (2010).
  30. Schwirn, K., et al. Self-ordered anodic aluminum oxide formed by H2SO4 hard anodization. American Chemical Society Nano. 2, 302-310 (2008).
  31. Lee, P. S., et al. Vertically aligned nanopillar arrays with hard skins using anodic aluminum oxide for nano imprint lithography. Chemistry of Materials. 17, 6181-6185 (2005).
  32. Lopes, M. C., de Oliveira, C. P., Pereira, E. C. Computational modeling of the template-assisted deposition of nanowires. Electrochimica Acta. 53, 4359-4369 (2008).
  33. Choi, M. K., Yoon, H., Lee, K., Shin, K. Simple fabrication of asymmetric high-aspect-ratio polymer nanopillars by reusable AAO templates. Langmuir. 27, 2132-2137 (2011).
  34. Kim, Y. S., Lee, K., Lee, J. S., Jung, G. Y., Kim, W. B. Nanoimprint lithography patterns with a vertically aligned nanoscale tubular carbon structure. Nanotechnology. 19, 365305(2008).
  35. Chen, G., Soper, S. A., McCarley, R. L. Free-standing, erect ultrahigh-aspect-ratio polymer nanopillar and nanotube ensembles. Langmuir. 23, 11777-11781 (2007).
  36. Jeong, Y., et al. Fabrication of Nano-Micro Hybrid Structures by Replication and Surface Treatment of Nanowires. Crystals. , (2017).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Multiscale StructuresAnodic Aluminum OxideImprint ProcessSelf AggregationNanofiber AssemblySurface MorphologyWettability AnalysisUV Ozone TreatmentSelf Assembled MonolayerFunctional Surfaces

مقالات ذات صلة