Name: Fabricación, densificación, y la réplica de Moldeo por inyección de microestructuras 3D nanotubos de carbono (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:01:00.000+00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: Aprenda a fabricar microestructuras 3D mediante densificación de nanotubos de carbono alineados verticalmente y moldeo por inyección de réplicas poliméricas de alta fidelidad.

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Esta investigación fue apoyada por el programa de nanofabricación de la National Science Foundation (CMMI-0927634). Davor Copic fue apoyado en parte por el Programa de Becas al Mérito Rackham de la Universidad de Michigan. Sameh Tawfick agradece el apoyo parcial de la Beca Predoctoral de Rackham. Michael De Volder fue apoyado por el Fondo Belga para la Investigación Científica - Flandes (FWO). Microfabricación se llevó a cabo en el Centro de Nanofabricación Lurie (FNL), que es un miembro de la Red de Nanotecnología Nacional de Infraestructura y de microscopía electrónica se realizó en el Michigan Electron Microbomabardeo de Análisis de Laboratorio (EMAL).

1. Catalyst Patrones <ol><li> Adquirir una oblea (100) de silicio con una capa gruesa 3000A dióxido de silicio, con al menos un lado pulido. Alternativamente, usted puede adquirir una oblea de silicio al descubierto y crecer dióxido de silicio en la oblea 3000A. Todo el procesamiento se describe a continuación se realiza en el lado pulido de la oblea. </li><li> Spincoat una capa de HMDS a 500 rpm durante 4 segundos, y luego a 3000 rpm durante 30 años. HMDS promueve la adhesión entre la oblea y el fotoresist. </li><li> Spincoat una capa de SPR-220-3 a 500 rpm durante 4 segundos, y luego a 3000 rpm durante 30 años. </li><li> Hornee la oblea en una placa caliente a 115 ° C durante 90 años. </li><li> Usando la máscara deseada para el patrón de catalizador, exponer la oblea a la luz UV con una irradiancia de 20 mW / cm 2 a 405 nm para 6s en contacto duro mode.1.6) Hornear la oblea en una placa de nuevo a 115 ° C durante 90 (después exposición de hornear). </li><li> Desarrollar la fotosensible expuesta durante 60 con AZ-300 desarrollador del FOMIN. </li><li> Enjuaguela oblea de 60 años en agua desionizada. </li><li> Depósito 10nm Al 2 O 3 seguido de 1nm Fe por evaporación por haz de electrones o pulverización catódica. </li><li> Manual de escribano y la oblea se rompen en pedazos de aproximadamente 20 x 20 mm o menor. </li><li> Realizar el despegue de la capa fotoprotectora remojando las piezas de obleas en un vaso de precipitados de 1 litro que contiene 100 ml de acetona, mientras que el vaso se coloca en un baño de ultrasonidos a la potencia 6 para 8min (Ultrasonidos CREST 1100D). </li><li> Eliminar y sustituir la acetona y ultrasonidos de nuevo con la misma configuración. </li><li> Traslado de las piezas de obleas a un vaso de precipitado con isopropanol (IPA), luego remojar durante 2 minutos. </li><li> Retire los pedazos de galleta de la API de forma individual con unas pinzas. Secar cada pieza con una suave corriente de nitrógeno usando una boquilla de mano. </li></ol> 2. CNT crecimiento <ol><li> Adquirir una parte descubierta (o cubierta de óxido) oblea de silicio y de forma manual escribano y romper una pieza con unas dimensiones de aproximadamente 22 x 75 mm. Este &quot;barco&quot;se utilizará para apoyar y cargar las piezas de obleas recubiertos de catalizador en el horno de tubo. El barco es muy útil para sujetar las piezas de obleas durante la carga y descarga, pero no juega un papel en el proceso de crecimiento. En principio, el bote puede ser cualquier material que es químicamente estable térmicamente y bajo las condiciones de crecimiento CNT. </li><li> Colocar un número deseado de piezas de obleas catalizador recubiertos (sustratos de crecimiento) en el barco, 30mm desde el borde de ataque. </li><li> Cargue el barco con los sustratos de crecimiento en el tubo. Empuje el barco en el tubo de tal manera que el borde delantero se encuentra 30 mm aguas abajo del horno de termopar, utilizando un acero inoxidable o varilla de empuje de cuarzo. Esta posición de 30 mm es el &quot;punto dulce&quot; que le da la más alta tasa de crecimiento de la CNT en nuestro horno. Será necesario determinar esta posición por un aparato del usuario, dependiendo de aparato del usuario y los objetivos (por ejemplo, la maximización de la tasa de crecimiento CNT o densidad). </li><li> Conectarlas tapas de los extremos, el sellado del tubo. Se debe tener cuidado para no perturbar la posición del barco o las piezas de silicio estampadas. Nota: el crecimiento CNT es altamente sensible a la posición dentro del tubo. </li><li> Lavar el tubo de cuarzo con 1000sccm de helio durante 5 minutos a temperatura ambiente. </li><li> Mientras que fluye 400sccm de hidrógeno y de helio 100sccm, aumentar la temperatura a 775 ° C en 10 minutos, y mantenga los flujos y la temperatura durante 10 minutos. Este paso hace que la película para reducir químicamente a partir de óxido de hierro a hierro, y para Dewet en nanopartículas. </li><li> Cambiar la velocidad de flujo de hidrógeno a 100sccm y la tasa de flujo de helio a 400sccm, mientras que la adición 100sccm de etileno y mantener el horno a 775 ° C a crecer CNT. La altura de los CNT es controlada por la duración de este paso. </li><li> Para detener el crecimiento de la CNT y enfriar la muestra, deslice manualmente las aguas abajo del tubo de cuarzo hasta que los chips de catalizador se encuentra aproximadamente a 1 cm aguas abajo de la aislamiento del horno. Tenga cuidado paramantener los mismos flujos y la temperatura del horno conjunto de puntos como en el paso anterior, durante 15 minutos. </li><li> Enjuague el tubo con 1000sccm de helio durante 5 minutos, antes de recuperar las muestras, y girando el horno apagado. </li></ol> 3. CNT densificación <ol><li> Aplicar un trozo de cinta de doble cara en una malla de aluminio de 0,8 mm de espesor con 6,25 mm de diámetro. Asegúrese de que la malla es mayor que la abertura de un vaso de precipitados de 1 litro y la cinta quede aproximadamente centrado en la malla. </li><li> Montar la pieza de oblea de silicio con nanotubos de carbono en la cinta para que los micro-CNT están mirando hacia arriba. </li><li> Vierta 100 ml de acetona en un vaso de 1 litro y colocar el vaso sobre un plato caliente dentro de una campana extractora de humos. Ajuste de la placa caliente para lograr una temperatura superficial de 110 ° C. Espere hasta que la acetona empiece a hervir. Observamos que, en nuestra zona de cocción, una configuración de 150 ° C se requiere para alcanzar 110 ° C en la superficie. El punto de ebullición de la acetona es mucho menor (aprox. 56 ° C), pero que fouª que la temperatura elevada permitió la acetona a hervir más rápidamente, y se calentó las paredes laterales del vaso de precipitados, evitando la condensación dentro del vaso de precipitados. </li><li> Colocar la malla de aluminio en el vaso de precipitados de tal manera que la muestra montada se encuentra hacia abajo. </li><li> Nota cualquier rápidas fluctuaciones en la parte delantera de vapor ascendente hasta el lado del vaso de precipitados y ajustar el nivel de la campana de humos faja para estabilizar la parte delantera de vapor. </li><li> Una vez que el frente de vapor se aproxima a la parte superior del vaso de precipitados, observar los cambios de color aparente en la superficie del sustrato de silicio. Arco Iris como patrones aparecerá y barre toda la superficie. Esto significa una película delgada de disolvente formando en la superficie cuando el vapor entra en contacto con la superficie fría. </li><li> Una vez suficiente disolvente se ha depositado, recoger la malla y sin cambiar la orientación de la muestra, se mantenga lejos del punto de ebullición hasta que el disolvente depositado disolvente se ha evaporado de distancia. La cantidad de tiempo que se determina Empircamente en función del tamaño y el espaciamiento de las estructuras CNT. Esto se trata con mayor detalle en la discusión. </li><li> Retirar la malla del vaso de precipitados, y cuidadosamente retire la muestra de la cinta de doble cara, usando una cuchilla de afeitar. Especial cuidado se debe tomar en este paso, ya que es fácil de romper la muestra durante la extracción. </li></ol> 4. CNT Maestro fabricación de moldes <ol><li> Piscina SU-8 de 2002, sobre las microestructuras densificados CNT. Haga girar la muestra a 500 rpm durante 10 segundos, y luego a 3000 rpm durante 30 años. </li><li> Hornee la muestra a 65 ° C durante 2 minutos y luego a 95 ° C durante 4 min. </li><li> Exponer la muestra a la luz UV con una irradiancia de 75mW/cm 2 para 20 años. </li><li> Hornee la muestra de nuevo a 65 ° C durante 2 minutos, luego a 95 ° C durante 4 min. </li></ol> 5. Réplica de moldeo <ol><li> Si replicar estructuras delicadas, ubicar el maestro en un desecador junto con un vaso vil de 100μL de (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-Triclorosilano en 400mTorr para 12h. </li><li> Mezclar un total de 1 g de PDMS (Sylgard 184), con una relación de 10:1 monómero: reticulador. Para microestructuras con un tamaño de la base de unos pocos micrómetros y una relación de aspecto de 10 o más uso una proporción de 8:1. </li><li> Coloque el maestro CNT en un plato de papel de aluminio, y se vierte PDMS en el plato hasta que la muestra se sumerge. </li><li> Colocar la muestra en vacío y Degas en 400mTorr durante 15 minutos. Una vez que se empiezan a formar burbujas en el PDMS (típicamente después de unos 3 minutos) periódicamente aumentar la presión rápidamente para reventar las burbujas grandes. </li><li> Curar el negativo a 120 ° C durante 20 min. Si la muestra contiene estructuras HAR, de curado a 85 ° C durante 5h. </li><li> Una vez curado, retire el papel de aluminio y separar el maestro de la suave PDMS negativo con la mano. </li><li> Si replicar estructuras delicadas, coloque el negativo en un desecador junto con un vaso vil de 100μL de (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-triclorosilano en400mTorr para 12h. </li><li> Vierta el SU-8 de 2002 en el negativo PDMS y Degas en 400mTorr durante 10 minutos. </li><li> Hornee la muestra (SU-8 lleno negativo) a 65 ° C durante 4 min, y luego a 95 ° C durante 6 horas para evaporar el disolvente de la capa gruesa de SU-8. </li><li> Exponer la muestra a la luz UV con una irradiancia de 75mW/cm 2 para 20 años y hornear de nuevo a 65 ° C durante 4 min y luego a 95 ° C durante 8 minutos. </li><li> Por último, desmoldar manualmente el SU-8 réplica de la negativa de PDMS. </li></ol> 6. Los resultados representativos Representativos como cultivadas en matrices pilar CNT, junto con sus formas densificadas se muestra en la Figura 4 (imagen modificada desde De Volder et al. 4). Pilares HAR con espesores de 10μm o menor han reducido progresivamente rectitud, que se reduce aún más durante la densificación. La densificación de pilares semicirculares se ha demostrado resultar en pilares doblados uniformes sobre grandes áreas (Fig. 4c). SU-8 infiltration se produce entre el interior y microestructuras CNT, para estructuras con el espaciamiento de 30μm o por debajo de una delgada película de SU-8 pueden permanecer entre las estructuras. Las fotografías de los pasos críticos en el proceso de replicación se muestra en la Figura 5, mientras que las imágenes SEM que comparan las microestructuras replican en sus réplicas en varias escalas se muestran en la Figura 6 (imagen modificada de Copic et al. 5). Los límites actuales, en términos de formación de la estructura, incluyendo estructuras retorcidas (imagen modificada desde De Volder et al. 4), altas paredes de relación de aspecto, y las estructuras reentrantes se muestra en la Figura 7 (imagen modificada de Copic et al. 5). <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. La instalación del tubo del horno para el crecimiento el crecimiento de la CNT. (A) Sistema esquemática. (B) del tubo del horno (Thermo-Fisher MiniMite), con la tapa abierta para mostrar barco de silicio dentro de un tubo de cuarzo sellado. (C) El silicio bde avena con las muestras, que se muestran antes y después del crecimiento. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver más grande la figura</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. (A) Esquema de configuración de vaso de precipitados de condensación controlada de vapor de disolvente en microestructuras CNT (imagen modificada de De Volder et al. 6). (B) substrato CNT muestra unido a la malla de aluminio sobre acetona hirviendo. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. El flujo del proceso para el moldeo de réplicas de las microestructuras de la CNT, y la imagen de la matriz representante de la microestructura replicada en comparación con el cuarto de dólar moneda de EE.UU.. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4. Ejemplos de microestructuras CNT antes y después del capilary de conformación. Esquemáticos y SEM imágenes de matriz de cilíndricos pilares CNT (a) antes de la formación capilar, y (b) después de capilar de conformación (imagen modificada desde De Volder et al. 6). El recuadro muestra la alineación y la densidad de nanotubos de carbono. (C) semicilíndrica pilares densificar la CNT y la inclinación en la formación de capilares, formando vigas inclinadas (imagen modificada de Zhao et al. 7). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver más grande la figura</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig5.jpg" alt="Figura 5" /> Figura 5. Pasos principales para la fabricación de la CNT molde negativo y la fundición de réplica. (A) Fundición de molde de PDMS negativo. (B) Desgasificación del molde negativo. (C) Manual de desmoldeo de lo negativo, y la conversión de la SU-8 réplicas. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig6.jpg" alt="Figura 6" /> Figura 6. Comparación de (a)<html> CNT/SU-8 maestro y (b) de réplicas de las estructuras que muestran micropillar de alta fidelidad de la replicación de micro-escala de la forma y textura de escala nanométrica (es decir, las paredes laterales y la superficie de la parte superior), sobre un área grande (imagen modificada de Copic et al. 5). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic en aquí para ver más grande la figura</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig7.jpg" alt="Figura 7" /> Figura 7. De alta relación de aspecto (HAR) y reentrantes microestructuras CNT y sus réplicas de polímero. (A) densificada CNT de nido de abeja con el correspondiente SU8-CNT maestro y réplica de SU8. (B) el capitán y la réplica de una pendiente de micropocillos CNT (imagen modificada de Copic et al. 5). (C) densificada retorcidos micropilares la CNT, con el maestro y la réplica de la estructura individual (imagen modificada de De Volder et al. 4). Los panales en (a) disponer de ancho de pared de 400 nm y la altura de 20 micras.= &quot;Http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig7large.jpg&quot; target = &quot;_blank&quot;&gt; Haga clic aquí para ver más grande figura.

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<li>Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Replica+molding+using+polymeric+materials%3A+A+practical+step+toward+nanomanufacturing%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Replica molding using polymeric materials: A practical step toward nanomanufacturing.</a> Advanced Materials. 9, 147-149 (1997).</li>
<li>Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemistry+of+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Chemistry of Carbon Nanotubes.</a> Chemical Reviews. 106, 1105-1136 (2006).</li>
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<li>Zhao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bending+of+nanoscale+filament+assemblies+by+elastocapillary+densification%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Bending of nanoscale filament assemblies by elastocapillary densification.</a> Physical Review E. 82, 041605(2010).</li>
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<li>Nessim, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+of+Vertically-Aligned+Carbon+Nanotube+Diameter+and+Areal+Density+through+Catalyst+Pre-Treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Tuning of Vertically-Aligned Carbon Nanotube Diameter and Areal Density through Catalyst Pre-Treatment.</a> Nano Letters. 8, 3587-3593 (2008).</li>
<li>Pokroy, B., Epstein, A. K., Persson-Gulda, M. C. M., Aizenberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Bioinspired+Actuated+Nanostructures+with+Arbitrary+Geometry+and+Stiffness%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Bioinspired Actuated Nanostructures with Arbitrary Geometry and Stiffness.</a> Advanced Materials. 21, 463-469 (2009).</li>
</ol>

No hay conflictos de interés declarado.

Patrón litográfica y la preparación de los sustratos CNT catalizador es sencillo y repetible, sin embargo, la consecución consistente crecimiento CNT requiere una atención cuidadosa a la forma en la altura y la densidad de los bosques CNT se ven afectados por la humedad ambiental y la condición del tubo crecimiento. En nuestra experiencia, los patrones mayores que 1000 micras 2 son menos sensibles a pequeñas fluctuaciones en las condiciones de procesamiento. Además, la densidad de los juegos de patrones afect...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nombre del reactivo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios </td></tr><tr><td> 4 &quot;de diámetro &lt;100&gt; obleas de silicio recubiertas con SiO 2 (300 nm) </td><td> Búsqueda de silicio </td><td> Costumbre </td><td></td></tr><tr><td> Fotorresistente positivo </td><td> MicroChem </td><td> SPR 220-3.0 </td><td></td></tr><tr><td> Hexametildisilazano (HMDS) </td><td> MicroChem </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Promotor </td><td> AZ Electronic Materials Corp. EE.UU. </td><td> AZ 300 del FOMIN </td><td></td></tr><tr><td> Sistema de sputtering </td><td> Kurt J. Lesker </td><td> Lab 18 </td><td> Sistema de pulverización catódica para la deposición de catalizador </td></tr><tr><td> Thermo-Fisher MiniMite </td><td&gt; Fisher Scientific </td><td> TF55030A </td><td> Tubo horno para el crecimiento CNT </td></tr><tr><td> Tubo de cuarzo </td><td> Productos técnicos de vidrio </td><td> Costumbre </td><td> 22 mm de diámetro x 25 mm de diámetro exterior de 30 &quot;de longitud </td></tr><tr><td> El helio de gas </td><td> PurityPlus </td><td> Él (previamente purificada 300) </td><td></td></tr><tr><td> El hidrógeno gas </td><td> PurityPlus </td><td> H 2 (previamente purificada 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Etileno de gas </td><td> PurityPlus </td><td> C 2 H 4 (previamente purificada 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Chapa de aluminio perforada </td><td> McMaster-Carr </td><td> 9232T221 </td><td> Para la celebración de la muestra por encima de vaso de densificación </td></tr><tr><td> Lámpara de inundación UV </td><td> Dymax </td><td> Modelo 2000 </td><td></td></tr><tr><td> SU-8 2002 </td><td> MicroChem </td><td> SU-8 2002 </td><td></td></tr><tr><td> Polidimetilsiloxano (PDMS) </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 Kit de elastómero de silicona </td><td></td></tr></tbody></table>

fabricación, densificación, y la réplica de moldeo por inyección de microestructuras 3d nanotubos de carbono

Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

La introducción de nuevos materiales y procesos de microfabricación ha, en gran parte, permitió a muchos de los avances importantes en los microsistemas, los dispositivos lab-on-a-chip, y sus aplicaciones. En particular, las capacidades para que sea rentable la fabricación de microestructuras de polímeros fueron transformados por la llegada de la litografía blanda y otras técnicas micromoldeado 1, 2, y esto condujo una revolución en las aplicaciones de la microfabricación para la ingeniería biomédica y la biología. Sin embargo, sigue siendo un reto para la fabricación de microestructuras bien definidas texturas de las superficies a escala nanométrica, y para la fabricación de formas arbitrarias en 3D en la micro-escala. Solidez de los moldes del amo y el mantenimiento de la integridad de la forma es especialmente importante para lograr la reproducción en alta fidelidad de estructuras complejas y preservar su textura de la superficie a nanoescala. La combinación de texturas y formas jerárquicas y heterogéneas, es un profundo desafío a los métodos de microfabricación existentes que LARGely se basan en el grabado de arriba hacia abajo el uso de plantillas fijas de la máscara. Por otro lado, la síntesis de abajo hacia arriba de nanoestructuras como los nanotubos y nanocables pueden ofrecer nuevas capacidades para la microfabricación, en particular mediante el aprovechamiento de la legítima defensa colectiva, la organización de nanoestructuras, y el control local de su comportamiento de crecimiento con respecto a los patrones de microfabricated . Nuestro objetivo es introducir alineados verticalmente nanotubos de carbono (CNT), lo que nos referimos como la CNT &quot;bosques&quot;, como material de microfabricación nuevo. Se presentan los detalles de un conjunto de métodos relacionados con el recientemente desarrollado por nuestro grupo: fabricación de microestructuras CNT forestales por CVD térmico de las películas de catalizador litográfico con diseños finos, auto-dirigido densificación elastocapillary de microestructuras CNT, y de moldeo réplica de polímero de microestructuras con moldes CNT compuestos maestros . En particular, nuestro trabajo muestra que la densificación capilar auto-dirigido (&quot;la formación de capilares&quot;), que es perforadarmó por condensación de un disolvente sobre el sustrato con microestructuras CNT, aumenta significativamente la densidad de empaquetamiento de CNT. Este proceso permite la transformación dirigida de microestructuras verticales CNT en formas rectas, inclinadas, y retorcido, que tienen fuertes propiedades mecánicas superiores a las de los polímeros de microfabricación típicos. A su vez, permite la formación de moldes maestros nanocompuestos CNT por el capilar impulsada por la infiltración de los polímeros. Las estructuras de réplica exhiben la textura anisotrópica nanoescala de los CNT alineados, y puede tener paredes con un espesor inferior a la micra y relaciones de aspecto superior a 50:1. Integración de las microestructuras de la CNT en la fabricación ofrece más oportunidades para explotar las propiedades eléctricas y térmicas de los nanotubos de carbono, y capacidades diversas para la industria química y la bioquímica funcionalización 3.

Se presentan los métodos para la fabricación de micro-patrones de nanotubos de carbono alineados verticalmente (CNTS), y su uso como moldes para la producción de maestros de las microestructuras de polímeros con textura de la superficie organizada nanoescala. Los bosques CNT se densifica por condensación de disolvente sobre el sustrato, lo que aumenta significativamente su densidad de empaquetamiento y permite autodirigido formación de formas 3D.

Fabricación, densificación, y la réplica de Moldeo por inyección de microestructuras 3D nanotubos de carbono

La introducción de nuevos materiales y procesos en la microfabricación ha permitido, en gran medida, muchos avances importantes en microsistemas, laboratorios en un chip...

El objetivo general de este procedimiento es introducir los bosques de nanotubos de carbono como material para la microfabricación. Comience con el crecimiento de nanotubos de carbono alineados verticalmente y con patrón definido, utilizando la formación capilar para densificar los pilares de nanotubos de carbono y aumentar su robustez, y modifique sus formas tras la infiltración con un polímero para formar microestructuras robustas de nanocompuestos. Utilice el moldeado por réplica para obtener réplicas poliméricas. Finalmente, se emplea microscopía electrónica de barrido para confirmar la fidelidad de la replicación entre el molde maestro y las réplicas poliméricas.La principal ventaja de nuestra técnica en comparación con los métodos existentes de microfabricación, como la DPV y la litografía adicional, es que los moldes maestros basados en nanotubos de carbono (CNT) presentan alta tenacidad, pueden incluir características con altas relaciones de aspecto y que la microfabricación con CNT puede diseñarse para crear características tridimensionales complejas. Además, para el diseño preciso de la forma tridimensional de los CNT, es necesario caracterizar y optimizar cuidadosamente el proceso de crecimiento de los CNT por parte del usuario. La demostración visual de este método es fundamental.Dado que los pasos de densificación de los nanotubos de carbono son difíciles de dominar, este método puede utilizarse para fabricar microestructuras a partir de una variedad de polímeros. Hoy vamos a demostrar el SU ocho, pero también podría utilizarse para P-M-M-A-P-D-M-S, poliuretano o quizás incluso biomateriales Proof.Realice estos procedimientos en el lado pulido de una oblea de silicio: primero, aplique por centrifugación una capa de HMDS para favorecer la adhesión entre la oblea y la resina fotosensible. De manera similar, aplique por centrifugación una capa de SPR 220-3. Después de hornear la oblea en una placa calefactora, coloque la máscara deseada para el trazado del catalizador y exponga la oblea a luz UV en modo de contacto duro.Ahora coloque la oblea sobre una placa calefactora a 115 grados Celsius durante 90 segundos. A continuación, revele el fotoresist expuesto durante 60 segundos, seguido de un enjuague de un minuto en agua desionizada. Ahora cargue la oblea en el sistema de deposición de catalizador.Luego, deposite 10 nanómetros de óxido de aluminio seguidos de un nanómetro de hierro mediante evaporación por haz de electrones o pulverización catódica. Raye manualmente y rompa la oblea en trozos de aproximadamente 20 por 20 milímetros y transfiera los trozos de oblea a un vaso de precipitados de un litro que contenga 100 mililitros de acetona para desprender la resina fotosensible; coloque en un baño ultrasónico a potencia seis durante ocho minutos. Renueve la acetona y repita la sonicación.Luego, sumerja los trozos de oblea en isopropanol durante dos minutos; utilice pinzas para retirar los trozos de oblea y seque cada pieza con un flujo suave de nitrógeno utilizando una boquilla manual antes de cada crecimiento de CNT. Se hornea el tubo. Se hace fluir aire a través del tubo a 100 SCCM mientras el horno se calienta a 875 grados Celsius y se mantiene a esa temperatura durante 30 minutos.Luego, cargue un bote con sustratos de crecimiento en el tubo utilizando una varilla de acero inoxidable, colocando el bote de manera que su borde delantero quede ubicado 30 milímetros aguas abajo del termopar del horno. Conecte las tapas de los extremos, sellando el tubo sin alterar la posición del bote ni del patrón. A continuación, programe el software para que pase helio a través del tubo de cuarzo durante cinco minutos a temperatura ambiente.A continuación, ajuste la temperatura para que aumente hasta 775 grados Celsius en 10 minutos. Bajo flujo de hidrógeno y helio, mantenga los flujos y la temperatura durante 10 minutos. Un calentamiento provoca que la película se reduzca químicamente de óxido de hierro a hierro y se desintegre en nanopartículas.Para cultivar los nanotubos de carbono, ajuste los caudales de hidrógeno y helio mientras añade etileno y mantiene el horno a 775 grados Celsius. La altura de los CN Ts está controlada por la duración del crecimiento. Paso Para detener el crecimiento de los nanotubos de carbono y enfriar la muestra, deslice manualmente el tubo de cuarzo aguas abajo hasta que los trozos de catalizador se sitúen aproximadamente un centímetro aguas abajo del aislamiento del horno.Tenga cuidado para mantener los mismos flujos y horno. Establezca la temperatura de consigna durante 15 minutos después de purgar el tubo con helio durante cinco minutos, retire las muestras y apague el horno. Aplique un trozo de cinta de doble cara a una malla de aluminio de 0,8 milímetros de espesor con orificios de 6,25 milímetros de diámetro.Verifique que la malla sea más grande que la abertura de un vaso de precipitados de un litro, y que la cinta esté aproximadamente centrada sobre la malla. Monte el trozo de oblea de silicio con CNTs sobre la cinta. Con las microestructuras de CNTs orientadas hacia arriba, coloque 100 mililitros de acetona en el vaso de precipitados de un litro sobre una placa calefactora dentro de una campana extractora. Ajuste la placa calefactora a 110 grados Celsius.Cuando el acetona comience a hervir. Coloque la malla de aluminio sobre el vaso de precipitados con la muestra montada orientada hacia abajo. Una vez que el frente de vapor se acerque a la parte superior del vaso de precipitados, observe los cambios de color aparentes en la superficie del sustrato de silicio.Aparecerán patrones de arcoíris en las patas y se desplazarán a través de toda la superficie. A continuación, después de retirar la malla del vaso de precipitados, desprenda cuidadosamente la muestra de la cinta adhesiva doble cara utilizando una cuchilla de afeitar. Se debe tener la máxima precaución en este paso, ya que es fácil romper la muestra durante la extracción.Para fabricar el molde maestro de CNT, aplique SU ocho 2002 sobre las microestructuras de CNT densificadas. Después de hacer girar la muestra, caliente a 65 grados durante dos minutos y luego a 95 grados Celsius durante cuatro minutos. Exponga la muestra a irradiación durante 20 segundos y luego caliente la muestra.Si se replican estructuras delicadas, coloque el molde maestro en un desecador junto con un vial de vidrio del agente de silanización a 400 militorr durante 12 horas. Después de mezclar aproximadamente dos gramos de PDMS con una proporción de 10 a 1 de monómero a agente de entrecruzamiento, coloque el molde maestro de CNT en un recipiente de aluminio y vierta el PDMS para sumergir la muestra. Coloque la muestra en vacío y desgasifique a menos de 20 torr durante 15 minutos.Cuando se formen burbujas, aumente periódicamente la presión rápidamente para reventar las burbujas grandes tras curar el negativo a 120 grados Celsius durante 20 minutos, retire cuidadosamente el papel de aluminio y separe el molde maestro del negativo blando de PDMS. Si está replicando estructuras delicadas, coloque el negativo y el agente silenciador en un desecador a 400 militorr durante 12 horas. Vierta SU ocho 2002 en el negativo de PDMS.Evapore el disolvente de la capa gruesa de SU ocho horneándola durante seis horas a 95 grados Celsius. Ahora irradie la muestra y luego hornee a 95 grados Celsius durante ocho minutos. Por último, desmoldee manualmente el duplicado de SU ocho del negativo de PDMS. Los nanotubos de carbono alineados verticalmente o bosques de CNT ofrecen un nuevo material para la microfabricación.Estas imágenes de MEB representan un arreglo de pilares cilíndricos de nanotubos de carbono antes y después de la densificación. Observe el alineamiento y la densidad de los nanotubos de carbono. Es posible que note que los pilares de nanotubos de carbono con mayor relación de aspecto son menos rectos y que su rectitud se reduce progresivamente durante la densificación y la replicación.La densificación de los pilares semicirculares da lugar a estructuras con inclinación uniforme sobre áreas extensas. Esta comparación de ocho estructuras maestras y réplicas de microcolumnas C-N-T-S-U indica una replicación de alta fidelidad de la forma a escala microscópica y la textura a escala nanométrica sobre un área amplia. Los límites actuales en cuanto a la formación de estructuras incluyen paredes de alta relación de aspecto como esta, estructuras tipo panal observadas en este micropozo microcónico de CNT y microcolumnas de CNT retorcidas.En este video, demostramos cómo crear, cultivar y densificar microestructuras de nanotubos de carbono (CNT) y luego utilizamos estas estructuras como moldes maestros para moldear réplicas poliméricas. Al replicar este procedimiento, recuerde tener cuidado de no contaminar el PDMS, ya que esto podría provocar una curación incompleta o reducir la fidelidad durante la replicación. También es importante controlar cuidadosamente la cantidad de disolvente que se condensa sobre el sustrato para evitar daños en las microestructuras de CNT.No olvide que trabajar con nanotubos de carbono puede ser peligroso, por lo que se deben tomar las precauciones adecuadas. Al manipular muestras, siempre debe usar guantes, y si está retirando bosques de nanotubos de carbono del sustrato, siempre debe usar un respirador.

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