Fabricación de Poliedros tridimensionales basados en grafeno mediante Origami-como uno mismo-plegable

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para la fabricación de poliedros 3D basados en el grafeno mediante origami-como uno mismo-plegable.

Resumen

El montaje de dos dimensiones (2D) grafeno en tridimensionales (3D) estructuras poliédricas preservando excelentes propiedades inherentes de grafeno ha sido de gran interés para el desarrollo de aplicaciones para nuevos dispositivos. Aquí, fabricación de 3D, microescala, hueco de poliedros (cubos) que consiste en unas pocas capas de grafeno 2D o grafeno óxido hojas a través de un proceso de auto-plegado origami-como se describe. Este método implica el uso de marcos del polímero y las bisagras y capas de protección de óxido de aluminio/cromo que reducen la resistencia a la tracción, espacial y tensión superficial de tensiones en las membranas de grafeno basado cuando las redes 2D se transforman en cubos 3D. El proceso ofrece control del tamaño y la forma de las estructuras así como producción paralela. Además, este enfoque permite la creación de modificaciones superficiales de metal dibujos en cada cara de los cubos 3D. Estudios de Espectroscopía Raman muestran que el método permite la preservación de las propiedades intrínsecas de las membranas basadas en grafeno, demostrando la robustez de nuestro método.

Introducción

Dos dimensiones (2D) graphene hojas poseen extraordinarias propiedades ópticas, electrónicas y mecánicas, que modelo de sistemas para la observación de fenómenos de quantum novela de última generación electrónicos, optoelectrónicos, electroquímica, aplicaciones electromecánicas y biomédica^1,2,3,4,5,6. Recientemente, aparte de la estructura capas 2D como producción del grafeno, se han investigado diversos planteamientos de modificación para observar nuevas funcionalidades d....

Protocolo

Atención: Varios de los productos químicos utilizados en estas síntesis son tóxicos y pueden causar irritación y daño severo del órgano cuando toca o inhalado. Utilice equipo de seguridad apropiado y usar equipo de protección personal al manipular los productos químicos.

1. preparación de óxido de aluminio y capas de protección de cromo en una capa Sacrificial cobre

1. Utilizando un evaporador de haz de electrones, depositar 10 nm espesor de cromo (Cr) y 300 nm espesor cobre (Cu) de las capas (capa de sacrificio) en el substrato de silicio (Si) (Figura 2a).
2. Capa de vuelta una fotoresistencia (P....

Resultados

La figura 2 muestra las imágenes ópticas de los procesos litográficos del grafeno 2D y las estructuras de GO red y posterior proceso auto plegable. El proceso de plegado automático se monitorea en tiempo real a través de un microscopio de alta resolución. Ambos tipos de cubos 3D basados en el grafeno se doblan a ~ 80 ° C. Figura 3 establece secuencias de vídeo capturadas con el plegamiento automático de cubos 3D basados .......

Discusión

Para los cubos fabricados con grafeno de ECV, porque cada cara de un cubo dado está diseñado con un marco externo que rodea un área de² ~ 160 × 160 μm de grafeno independiente, una sola hoja de grafeno monocapa no tiene la fuerza necesaria para permitir procesamiento en paralelo de los cubos. Por esta razón, las membranas de grafeno que consta de tres capas de monocapa de grafeno CVD hojas son producen mediante tres transferencias del grafeno separadas con múltiples pasos de la capa/extracción de PMMA.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Acetona	Fisher Chemical	A18P-4	N/A
Óxido de aluminio	Kurt J. Lesker Company	EVMALO-1-2.5	99.99%
Puro APS Copper Etchant 100	Transene Company, Inc.	N/A	N/A
Cámara (para imagen 3D)	Nikon	D5100	1080p Full HD, Píxeles efectivos: 16,2 millones, Tamaño del sensor: 23,6 mm x 15,6 mm
CE-5 M Máscara de cromo Grabador	Transene Company, Inc.	N/A	N/A
Sistema de crecimiento por deposición química (CVD)	Personalizado	N/A	Lindberg/Horno de tubo azul
Cromo	Kurt J. Lesker Company	EVMCR35J	con pureza del 99,95%
473	Transene Company, Inc.	N/A	N/A
Cobre	Kurt J. Lesker Company	EVMCU40QXQJ	99.99% puro
Developer-1 (desarrollador MF319)	Microposit	10018042	N/A
Developer-2 (desarrollador AZ)	Merck performance Materials Corp.	1005422496	N/A
Developer-3 (revelador SU-8)		Placa calefactora digital MicroChem	N/A
	serie Thermo Scientific	HP131725	Super-Nuvoa, temperatura máxima: 370 °C; C
Sistema de evaporador E-Beam	Tecnología de vacío de las Montañas Rocosas.	N/A	RME-2000
Óxido de grafeno	Goographene	N/A	Pureza: ~ 99%; Proporción de una sola capa: ~ 99%;   0,7-1,2 nm de espesor.
Alcohol isopropílico	Fisher Chemical	A416-4	N/A
Alineador de mascarillas	Midas	MDA-400LJ	N/A
Microscopio	Omax	NJF-120A	N/A
polimetilmetacrilato múltiple (PMMA)	MicroChem	950 PMMA A9	N/A
Plasma de oxígeno	Técnicas Inc.	SERIE 800	Grabado iónico reactivo a microescala (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.	Microscopio Raman Confocal	Alpha300R
Oblea	Silicio Siltronic AG	/A 100mm	de diámetro, tipo N, pulido de una cara, resistencia: 560-840 Ω y toro; cm
Spinner	Las mejores herramientas	S0114031123	SMART COATER 100
Titanio	Kurt J. Lesker Company	EVMTI45QXQA	99.99%
Limpiador ultrasónico	Crest Ultrasonics	N/A	Serie Powersonic

Grabado de cromo NC9901158 de N puro