Fabricación de sistemas microelectromecánicos de carbono 3D (C-MEMS)

Resumen

Se fabricaron microfibras de carbono vítreo largas y huecas basadas en la pirólisis de un producto natural, cabello humano. Las dos etapas de fabricación de los sistemas microelectromecánicos de carbono y nanoelectromecánicos de carbono, o C-MEMS y C-NEMS, son: (i) fotolitografía de un precursor de polímero rico en carbono y (ii) pirólisis del precursor de polímero modelado.

Resumen

Una gran variedad de fuentes de carbono están disponibles en la naturaleza, con una variedad de configuraciones de micro / nanoestructura. Aquí, se introduce una nueva técnica para fabricar microfibras de carbono vítreo largas y huecas derivadas de pelos humanos. Las estructuras de carbono largas y huecas se hicieron mediante la pirólisis del cabello humano a 900 ° C en una atmósfera de N2. La morfología y composición química de cabellos humanos naturales y pirolizados fueron investigadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de rayos X de dispersión de electrones (EDX), respectivamente, para estimar los cambios físicos y químicos debidos a la pirólisis. La espectroscopia Raman se utilizó para confirmar la naturaleza vítrea de las microestructuras de carbono. Se introdujo carbón de cabello pirolizado para modificar electrodos de carbón de pantalla impresa; Los electrodos modificados se aplicaron luego a la detección electroquímica de dopamina y ácido ascórbico. El rendimiento de detección de los sensores modificados se mejoró en comparación con el método unmodiSensores. Para obtener el diseño de la estructura de carbono deseada, se desarrolló la tecnología del sistema micro-nanoelectromecánico de carbono (C-MEMS / C-NEMS). El proceso más común de fabricación de C-MEMS / C-NEMS consiste en dos etapas: (i) el modelado de un material base rico en carbono, tal como un polímero fotosensible, usando fotolitografía; Y (ii) carbonización a través de la pirólisis del polímero modelado en un entorno libre de oxígeno. El proceso de C-MEMS / NEMS ha sido ampliamente utilizado para desarrollar dispositivos microelectrónicos para diversas aplicaciones, incluyendo micro-baterías, supercapacitores, sensores de glucosa, sensores de gas, pilas de combustible y nanogeneradores triboeléctricos. Aquí, se discuten desarrollos recientes de microestructuras sólidas y huecas de carbono de alto aspecto con fotorresistencias SU8. La contracción estructural durante la pirólisis se investigó utilizando microscopía confocal y SEM. La espectroscopia Raman se utilizó para confirmar la cristalinidad de la estructura, y el porcentaje atómico de los elementos preseNt en el material antes y después de la pirólisis se midió usando EDX.

Introducción

El carbón tiene muchos alótropos y, dependiendo de la aplicación particular, se puede elegir uno de los siguientes alótropos: nanotubos de carbono (CNTs), grafito, diamante, carbono amorfo, lonsdaleita, buckminsterfullereno (C ₆₀ ), fullerita (C ₅₄₀ ), fullereno C ^{$ _ $} ), y carbono vítreo ^{1 , 2 , 3 , 4} . El carbono vítreo es uno de los alótropos más utilizados debido a sus propiedades físicas, incluyendo alta isotropía. También tiene las siguiente....

Protocolo

1. 3D cabello humano derivado de la estructura de carbono de fabricación

NOTA: Use equipo de protección personal. Siga las instrucciones del laboratorio para usar los instrumentos y trabajar dentro del laboratorio.

1. Prepare el pelo humano recogido lavándolo con agua DI y secándolo con gas N2.
2. Colocar los pelos como se desee, como en hilos paralelos, cruzar, con dos pelos enrollados juntos, etc.
3. Conecte los pelos a un sustrato de silicio utilizando SU8 o guárdelos directamente en un barco de cerámica.
4. Coloque el substrato o el barco de silicio unido al cabello en un horno.
5. Encienda....

Resultados

En la figura 1 se muestra un esquema del proceso de fabricación de microfibras huecas de carbono derivadas del cabello humano. El cabello humano carbonizado se caracterizó utilizando SEM para estimar la contracción. El diámetro del cabello disminuyó de 82,88 ± 0,003 μm a 31,42 ± 0,003 μm debido a la pirólisis. En la Figura 2 se muestran imágenes microscópicas electrónicas de barrido (SEM) de diversos patrones realizados usando m.......

Discusión

En este trabajo se informaron los métodos para fabricar una variedad de microestructuras de carbono basadas en la pirólisis de materiales precursores naturales o estructuras poliméricas con motivos fotográficos. Los materiales de carbono resultantes de los procesos C-MEMS / C-NEMS tradicionales y no convencionales se encuentran típicamente que son carbones vítreos. El carbono vítreo es un material de electrodo ampliamente utilizado para la electroquímica y también para aplicaciones de alta temperatura. La microestructur.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
SU8-2100	Microchem	Número de producto-Y1110750500L
Spinner	Laurell Technologies Corporation	Modelo-WS650HZB-23NPP/UD3
Placa calefactora	Torrey Pines Scientific	HS61
Lámpara de mercurio con exposición UV,	SYLVANIA	H44GS-100M, P/N-34-0054-01
Fotomáscara	CAD/Arte		Sin número
Desarrollador	Microchem	Y020100 4000L
Sistema de agua DI	Milli Q	ZOOQOVOTO
IPA	CTR Sientific	CTR 01244
N2 gas	AOC México		Nº de número
Horno	PEO 601, ATV Technologie GMBH	Modelo-PEO 601, Nº de serie-195
Si/SiO2	Noel Technologies