Nanomoulding من مواد وظيفية، تنوعا النسخ المتماثل خطة التكميلية طريقة لNanoimprinting

الهدف العام من هذا الإجراء هو نقل نمط من هيكل رئيسي تعسفي إلى مادة وظيفية. يوضح هذا الفيديو الإجراء باستخدام أكسيد الزنك كنقل نمط مادة وظيفي يتم إنجازه عن طريق تصنيع قالب سالب أولا من الهيكل الرئيسي. تتمثل الخطوة الثانية في إنشاء نسخة طبق الأصل من أكسيد الزنك عن طريق إضافة طبقة مضادة للالتصاق أولا على القالب ، متبوعة بترسيب أكسيد الزنك ، ثم يتم تثبيت أكسيد الزنك على الركيزة الزجاجية النهائية باستخدام راتنج معالج بالأشعة فوق البنفسجية ويتم إطلاقه أخيرا من قالبه.

في النهاية ، يمكن تحضير نسخ متماثلة وظيفية متعددة من قالب رئيسي واحد باستخدام هذه التقنية بينما تعمل الطباعة الأخرى تقليديا على تصميم الأشعة فوق البنفسجية أو الراتنج القابل للعلاج حراريا. يوفر قولبة النانو إمكانية التعميم على العديد من المواد الوظيفية الأخرى ، وأكوام المواد ، وحتى الأجهزة الكاملة ، بشرط أن يتم اختيار مادة القالب متوافقة مع عملية ترسيب المواد. خطرت لنا فكرة هذه الطريقة لأول مرة عندما حاولنا إيجاد طريقة للحصول على قطب كهربائي مطبوع بالنانو موصل شفاف حيث يتم عزل راتنجات الطباعة النانوية المتوفرة تجاريا.

كان علينا أن نجد طريقة أخرى ولهذا السبب قمنا بتطوير قولبة النانو. بشكل عام ، عرف الأفراد هذه الطريقة بالنضال لأن خصائص الأنيون يجب تعديلها بعناية ابدأ بإعداد سيد يحمل النمط النانوي المراد نقله. يظهر هنا ثلاثة هياكل رئيسية مسبقة الصنع.

على اليسار رقائق بلاستيكية مع شبكة خطية مصنوعة باستخدام الطباعة الحجرية للتداخل. يوجد في المنتصف صفيحة ألومنيوم محكم مصنوعة باستخدام الأكسدة الأنودية والحفر اللاحق لطبقة أكسيد الألومنيوم. وعلى اليمين توجد طبقة أكسيد الزنك المزخرفة على الزجاج المزروعة عن طريق ترسيب البخار الكيميائي.

سيتم استخدام عينة أكسيد الزنك في هذا العرض التوضيحي استعدادا للطبقة المضادة للأيان. قم أولا بتغطية السيد المحكم بطبقة نصابة من الكروم ، بسمك خمسة إلى 10 نانومتر لتعزيز التصاق العامل المضاد للإيان. بعد ذلك ، ضع قطرة صغيرة من عامل مكافحة أيان على شريحة زجاجية.

انقل الشريحة الزجاجية مع السيد إلى غرفة تفريغ وضخها لأسفل. الفراغ الخفيف كاف لتبخر عامل مكافحة aian وترسبه على السيد. ثم أخرج السيد من حجرة التفريغ وضعه في فرن على حرارة 80 درجة مئوية لمدة ساعة إلى ساعتين للطلاء المضاد للعيان إلى Aneel.

الوحيد الأصعب في هذا الإجراء هو ضبط خصائص الطبقة المضادة للعيان لمنع الانسكاب التلقائي مع ضمان بقاء التقشير القابل للتحكم ممكنا. من أجل تحقيق ذلك ، يتم ضبط خصائص الطبقة المضادة للإصدار تجريبيا. بعد ذلك ، قم بإعداد القالب عن طريق تنظيف صفيحة البولي إيثيلين أو الألات أو القلم في حمام الأسيتون بالموجات فوق الصوتية لمدة دقيقتين ، متبوعا بحمام الأيزوبروبانول بالموجات فوق الصوتية.

لمدة دقيقتين أخريين ، أخرج الورقة من الحمام واشطفها مرة أخرى بالأيزوبروبانول الطازج قبل تجفيفها بالنيتروجين. ثم ضع ورقة القلم في كوتر المراقب وقم بتطبيق طبقة من الكروم من خمسة إلى 10 نانومتر على ورقة القلم. بعد ذلك ، انقل ورقة القلم إلى كوتر الدوران وأضف ملليلترا إلى ملليلترين من الموسا ، وهو راتينج قابل للشفاء بالأشعة فوق البنفسجية على طبقة تدور ورقة القلم عند 5 ، 000 دورة في الدقيقة.

للحصول على تغطية موحدة ، اخبز ورقة القلم المطلية حديثا مسبقا على طبق ساخن على حرارة 80 درجة مئوية لمدة خمس دقائق. لتبخير المذيب ، قم بتحسين توحيد الفيلم وتحسين إضافة الراتنج إلى ورقة القلم. ثم ضع ورقة القلم داخل طابعة النانو مع توجيه الراتنج القابل للعلاج بالأشعة فوق البنفسجية لأعلى ورأسا على عقب على أذرع الحامل.

استبدل غطاء إعداد البصمة النانوية وقم بإخلاء غرفة التفريغ عن طريق تشغيل المضخة. اسحب أذرع الحامل للخلف لإسقاط الحامل على الراتنج القابل للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. على ورقة القلم ، اضغط على غشاء السيليكون المرن الذي يقسم غرفة التفريغ عن طريق تنفيس المقصورة العلوية مع الحفاظ على الفراغ في الغرفة السفلية.

يؤدي هذا إلى دفع الغشاء المرن نحو الجزء السفلي من الإعداد ، مما يوفر ضغط الختم مع الحفاظ على الضغط على الغشاء. قم بتعريض الراتنج القابل للعلاج بالأشعة فوق البنفسجية من خلال جانب ورقة القلم لضوء الأشعة فوق البنفسجية LED لمدة 15 إلى 20 دقيقة لإثارة تفاعل الربط المتقاطع. بعد ذلك ، قم بتنفيس الجزء السفلي من غرفة التفريغ لتحرير الضغط على غشاء السيليكون وإزالة العينة.

أمسك القالب بعناية وقشره ببطء من الهيكل الرئيسي. ثم ضع القالب في الفرن واخبزه على حرارة 150 درجة مئوية لمدة ثلاث إلى خمس ساعات لتحسين الاستقرار الحراري للراتنج. أخيرا ، بعد تطبيق طبقة الأنيون على القالب كما هو موضح سابقا ، تكون العينة جاهزة لترسب أكسيد الزنك لبدء ترسب البخار الكيميائي لأكسيد الزنك.

ضع أولا قالب القلم المحضر على شريحة زجاجية. ضع الإطار المعدني أعلى القالب لتجنب ثنيه أثناء ترسيب البخار الكيميائي. بعد ذلك ، ضع القالب على الصفيحة الساخنة لمفاعل ترسيب البخار الكيميائي المثبت عند 155 درجة مئوية أثناء تسخين القالب.

أغلق مضخة المفاعل إلى أقل من 10 إلى سالب ثلاثة ملليبار واسمح بالحرارة. ثم ادخل بغازات سلائف الماء والزنك الإيثالي مع كمية صغيرة من دي بوران المخفف في الأرجون للمنشطات لمدة 10 دقائق. عند ضغط عملية يبلغ 0.4 مللي بار مما يؤدي إلى تكوين طبقة أكسيد الزنك بسمك ميكرونين.

بعد الترسيب ، قم بإزالة القالب بعناية لتجنب الانحناء المفرط للطبقة المترسبة حديثا ، مما قد يؤدي إلى تقشير تلقائي. لبدء نقل الطبقة ، قم أولا بإعداد شرائح زجاجية لطلاء الدوران عن طريق غسلها بالأسيتون متبوعا بالأيزوبروبانول. ثم جفف الشرائح بتيار من النيتروجين.

طبقة الدوران التالية ، من واحد إلى ملليلتر من الراتنج القابل للعلاج بالأشعة فوق البنفسجية على الشريحة الزجاجية عند 5 ، 000 دورة في الدقيقة ، قم بتثبيت القالب الذي يحمل الطبقات المترسبة على الركيزة النهائية باستخدام طابعة النانو كما هو موضح سابقا أثناء تصنيع القالب. ومع ذلك ، بدلا من السيد ، يتم وضع القالب في أذرع الحامل ويتم إنزاله على الركيزة الزجاجية المطلية بالراتنج قبل معالجته بالأشعة فوق البنفسجية. أخيرا ، أكمل النقل عن طريق تقشير القالب يدويا من الشريحة الزجاجية التي تحمل طبقة أكسيد الزنك المنقولة.

يعيد قولبة النانو إنتاج ميزات نانوية مثل النسيج الهرمي لطبقة أكسيد الزنك الموضحة هنا في صورة المجهر الإلكتروني الماسح على اليسار. تظهر الصورة اليمنى الفحص المجهري للقوة الذرية المصبوبة بالنانو أو استخدام FM لتصوير السطح الموضح هنا بكثافة متفاوتة من اللون البرتقالي يمثل ارتفاع السطح. تستخدم هذه المعلومات لقياس الارتفاع والاختلافات في الزاوية بين القالب الموضح باللون الأسود والنسخة المتماثلة باللون الأحمر.

بالنسبة لطبقة أكسيد الزنك ، كان هناك اختلاف طفيف جدا بين القالب والنسخة المتماثلة مما يدل على الدقة العالية لعملية صب النانو. كما أن الخطوط الفردية للشبكة الناتجة عن الطباعة الحجرية للتداخل الموضحة على اليسار يتم إنتاجها بشكل جيد في النسخة المتماثلة الموضحة على اليمين. تظهر الرسوم البيانية ذات الزاوية المرتفعة التي تتوافق مع هذا النمط أيضا شكلا مشابها جدا.

ومع ذلك ، هناك تحول طفيف نحو الزوايا المنخفضة في النسخة المتماثلة الموضحة باللون الأحمر في أسفل اليمين على اليسار هي السمات الفريدة لمجموعة الدمل التي تم الحصول عليها عن طريق الأكسدة المضادة للألمنيوم والنسخة المتماثلة المطابقة على اليمين. تم العثور على تنعيم طفيف للميزات عند استخدام هذا النمط. يتضح ذلك من خلال تحول طفيف نحو الزوايا المنخفضة للنسخة المتماثلة في الرسم البياني للزاوية الموضحة في أسفل اليمين للواحد.

يمكن أن يتم ماجستير صب الأنوم في غضون ساعات قليلة إذا تم إجراؤه بشكل صحيح. لذا مهد قولبة النانو الطريق للباحثين في مجال الخلايا الكهروضوئية لاستكشاف هياكل ضوئية نانوية جديدة في الخلايا الشمسية. باتباع هذه الإجراءات ، يمكن تسجيل براءة اختراع للمواد الوظيفية الأخرى ، مما يفتح الباب أمام مجموعة واسعة من التطبيقات.

لا تنس أن العمل مع المواد الكيميائية والغازات والأشعة فوق البنفسجية ومصادر الإشعاع ومعدات التفريغ يمكن أن يكون خطيرا ويجب ارتداء الاحتياطات مثل معدات الحماية الشخصية المناسبة في جميع الأوقات ، ويجب التحقق من التثبيت الصحيح للمعدات قبل تنفيذ هذا الإجراء.