Nanomoulding de matériaux fonctionnels, une méthode complémentaire de réplication Versatile Modèle de nano-impression

L’objectif général de cette procédure est de transférer un motif d’une structure maîtresse arbitraire à un matériau fonctionnel. Cette vidéo illustre la procédure d’utilisation de l’oxyde de zinc comme modèle de matériau fonctionnel, le transfert est réalisé en fabriquant d’abord un moule négatif à partir de la structure maîtresse. La deuxième étape consiste à créer la réplique de l’oxyde de zinc en ajoutant d’abord une couche antiadhésive sur le moule, suivie d’un dépôt d’oxyde de zinc, l’oxyde de zinc est ensuite ancré au substrat de verre final à l’aide d’une résine durcie aux UV et enfin libéré de son moule.

En fin de compte, plusieurs répliques fonctionnelles peuvent être préparées à partir d’un seul moule maître en utilisant cette technique, tandis qu’une autre impression sert traditionnellement à modeler une résine UV ou thermiquement durcissable. Le nanomoulage offre la possibilité d’être généralisé à de nombreux autres matériaux fonctionnels, à des empilements de matériaux et même à des dispositifs complets, à condition que le matériau du moule soit choisi comme compatible avec le processus de dépôt de matériau. Nous avons eu l’idée de cette méthode pour la première fois lorsque nous avons essayé de trouver un moyen d’obtenir une électrode conductrice transparente à empreinte nano, car les résines d’impression nano disponibles dans le commerce sont isolantes.

Nous avons dû trouver un autre moyen et c’est pourquoi nous avons développé le nano-moulage. Généralement, les individus connaissaient cette méthode avec difficulté car les propriétés anioniques doivent être ajustées avec soin Commencez par préparer un maître portant le motif à l’échelle nanométrique à transférer. Montré ici trois structures maîtresses préfabriquées.

Sur la gauche se trouve une feuille de plastique avec un réseau linéaire réalisé par lithographie interférentielle. Au milieu se trouve une plaque d’aluminium texturée réalisée à l’aide de l’oxydation anodique et de la gravure ultérieure de la couche d’oxyde d’aluminium. Et à droite se trouve une couche d’oxyde de zinc texturée sur du verre cultivé par dépôt chimique en phase vapeur.

L’échantillon d’oxyde de zinc sera utilisé dans cette démonstration en préparation de la couche anti-aian. Enduisez d’abord le master texturé d’une couche de chrome de cinq à 10 nanomètres d’épaisseur pour favoriser l’adhérence de l’agent anti-aian. Ensuite, appliquez une petite goutte d’agent anti-aian sur une lame de verre.

Transférez la lame de verre avec le maître dans une chambre à vide et pompez. Un léger vide suffit pour que l’agent anti-aian s’évapore et se dépose sur le maître. Retirez ensuite le master de la chambre à vide et placez-le dans un four à 80 degrés Celsius pendant une à deux heures pour le revêtement anti aian à Aneel.

L’aspect le plus difficile de cette procédure est d’ajuster les propriétés de la couche anti-aian pour éviter les déversements spontanés tout en garantissant que le contrôle du pelage reste possible. Pour ce faire, les propriétés de la couche anti-édition sont ajustées empiriquement. Ensuite, préparez le moule en nettoyant un naft, un alate ou une feuille de stylo en polyéthylène dans un bain d’acétone à ultrasons pendant deux minutes, suivi d’un bain d’isopropanol à ultrasons.

Pendant deux minutes supplémentaires, retirez la feuille du bain et rincez-la à nouveau avec de l’isopropanol frais avant de la sécher à l’azote. Placez ensuite la feuille de stylo dans la cage de repérage et appliquez une couche de chrome aian de cinq à 10 nanomètres sur la feuille de stylo. Ensuite, transférez la feuille de stylo dans la torche et ajoutez un à deux millilitres de mosa, une résine durcissable aux UV, sur la couche d’essorage de la feuille de stylo à 5 000 tr/min.

Pour obtenir une couverture uniforme, précuire la feuille de stylo fraîchement enduite sur une plaque chauffante à 80 degrés Celsius pendant cinq minutes. Pour évaporer le solvant, améliorer l’uniformité du film et améliorer la résine en plus de la feuille de stylo. Placez ensuite la feuille de stylo à l’intérieur de la nano-imprimante avec la résine durcissable aux UV pointant vers le haut et le maître à l’envers sur les bras du support.

Replacez le couvercle de la configuration de nano-impression et évacuez la chambre à vide en allumant la pompe. Tirez les bras du support vers l’arrière pour déposer le master sur la résine durcissable aux UV. Sur la feuille de stylo, appliquez une pression sur la membrane de silicone flexible qui divise la chambre à vide en deux en ventilant le compartiment supérieur tout en maintenant le vide sur la chambre inférieure.

Cela pousse la membrane flexible vers le bas de la configuration, fournissant la pression d’estampage tout en maintenant la pression sur la membrane. Exposez la résine durcissable aux UV à travers le côté de la feuille de stylo à la lumière UV LED pendant 15 à 20 minutes pour provoquer la réaction de réticulation. Ensuite, ventilez la partie inférieure de la chambre à vide pour relâcher la pression sur la membrane de silicone et retirez l’échantillon.

Saisissez soigneusement le moule et décollez-le lentement de la structure principale. Ensuite, placez le moule dans un four et faites-le cuire à 150 degrés Celsius pendant trois à cinq heures pour améliorer la stabilité thermique de la résine. Enfin, après avoir appliqué une couche d’anions sur le moule comme indiqué précédemment, l’échantillon est prêt pour le dépôt d’oxyde de zinc pour commencer le dépôt chimique en phase vapeur d’oxyde de zinc.

Placez d’abord le moule à stylo préparé sur une lame de verre. Placez le cadre métallique sur le dessus du moule pour éviter de le plier lors du dépôt chimique en phase vapeur. Ensuite, placez le moule sur la plaque chauffante du réacteur de dépôt de vapeur chimique maintenu à 155 degrés Celsius pendant que le moule chauffe.

Fermez la pompe du réacteur à moins 10 à moins trois millibars et permettez la thermalisation. Ensuite, admettez les gaz précurseurs de l’eau et du zinc éthylène avec une petite quantité de di boran dilué dans de l’argon pour le dopage pendant 10 minutes. À une pression de processus de 0,4 millibar, créant une couche d’oxyde de zinc de deux microns d’épaisseur.

Après le dépôt, retirez le moule avec précaution pour éviter une flexion excessive de la couche nouvellement déposée, ce qui peut entraîner un décollement spontané. Pour commencer le transfert de couche, préparez d’abord les lames de verre pour le revêtement par centrifugation en les lavant avec de l’acétone suivie d’isopropanol. Séchez ensuite les lames avec un jet d’azote.

Ensuite, une à deux millilitres de résine durcissable aux UV sur la lame de verre à 5 000 tr/min, ancre le moule en transportant les couches déposées sur le substrat final à l’aide de la nano-imprimante, comme cela a été montré précédemment lors de la fabrication du moule. Cependant, à la place du maître, le moule est placé dans les bras du support et abaissé sur le substrat de verre recouvert de résine avant d’être durci à la lumière UV. Enfin, terminez le transfert en décollant manuellement le moule de la lame de verre portant la couche d’oxyde de zinc transférée.

Le nanomoulage reproduit des caractéristiques à l’échelle nanométrique telles que la texture pyramidale de la couche d’oxyde de zinc montrée ici dans l’image du microscope électronique à balayage à gauche. L’image de droite montre la réplique nano-moulée de la microscopie à force atomique ou un FM est utilisé pour imager la surface montrée ici dans différentes intensités d’orange qui représentent la hauteur de la surface. Ces informations sont utilisées pour mesurer les différences de hauteur et d’angle entre le moule illustré en noir et la réplique en rouge.

Pour la couche d’oxyde de zinc, il y avait très peu de variation entre le moule et la réplique, ce qui démontre la haute fidélité du processus de nano-moulage. Les lignes individuelles du réseau produites par la lithographie interférentielle montrée à gauche sont également bien produites dans la réplique montrée à droite. Les histogrammes à angle élevé qui correspondent à ce modèle présentent également une forme très similaire.

Cependant, il y a un léger décalage vers des angles plus bas dans la réplique montrée en rouge en bas à droite à gauche sont les caractéristiques uniques d’un réseau de fossettes obtenues par l’oxydation antic de l’aluminium et la réplique correspondante à droite. Un léger lissage des caractéristiques est constaté lors de l’utilisation de ce motif. Ceci est démontré par un léger décalage vers des angles plus bas pour la réplique dans l’histogramme d’angle montré en bas à droite.

Le moulage du maître de l’anom peut être fait en quelques heures s’il est effectué correctement. Ainsi, le nanomoulage a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine du photovoltaïque pour explorer de nouvelles structures nanophotoniques dans les cellules solaires. À la suite de ces procédures, d’autres matériaux fonctionnels peuvent être brevetés, ouvrant la porte à un large éventail d’applications.

N’oubliez pas que travailler avec des produits chimiques, des gaz, des UV, des sources de rayonnement et des équipements sous vide peut être dangereux et que des précautions telles qu’un équipement de protection individuelle approprié doivent être portées à tout moment, et l’installation correcte de l’équipement doit être vérifiée avant d’effectuer cette procédure.