סיבי פחמן ארוכים וחלולים עשויים מפוברקים על פי פירוליזה של מוצר טבעי, שיער אנושי. שני השלבים ייצור של מערכות פחמן microelectromechanical ופחמן nanoelectromechanical, או C-MEMS ו- C-NEMS, הם: (1) photolithography של מבשר פולימר עשיר פחמן ו (2) פירוליזה של מבשר פולימר בדוגמת.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
ייצור של 3D מערכות מיקרואלקטרו-מכניות פחמן (C-MEMS)
במאמר זה
סיכום
תקציר
מגוון רחב של מקורות פחמן זמינים בטבע, עם מגוון רחב של תצורות מיקרו / nanostructure. כאן, טכניקה חדשה כדי לפברק ארוך וחלול מזכוכית microfibers פחמן הנגזרות שערות האדם הוא הציג. מבנים פחמן ארוך וארוך נעשו על ידי פירוליזה של שיער האדם ב 900 מעלות צלזיוס באווירה N 2 . המורפולוגיה וההרכב הכימי של שערות אנושיות טבעיות ו פירוליזה נחקרו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) וסקטרוסקופיית רנטגן אלקטרו-רנטגן (EDX), בהתאמה, על מנת להעריך את השינויים הפיזיקליים והכימיים עקב פירוליזה. ראמאן ספקטרוסקופיה שימש כדי לאשר את הטבע מזוגגות של microstructures פחמן. Pyrolyzed שיער פחמן היה הציג לשנות מודפס פחמן אלקטרודות; האלקטרודות שונו לאחר מכן הוחלו על חישה אלקטרוכימית של דופמין וחומצה אסקורבית. ביצועים חישה של חיישנים שונה השתפר לעומת unmodiחיישנים. כדי להשיג את המבנה הרצוי פחמן עיצוב, פחמן מיקרו / מערכת nanoelectromechanical (C-MEMS / C-NEMS) הטכנולוגיה פותחה. תהליך הנפוץ ביותר של C-MEMS / C-NEMS מורכב משני שלבים: (1) הדפוס של חומר בסיס עשיר בפחמן, כגון פולימר רגיש, באמצעות פוטוליטוגרפיה; ו (ii) הפחמן דרך פירוליזה של פולימר בדוגמת בסביבה ללא חמצן. תהליך C-MEMS / NEMS נעשה שימוש נרחב בפיתוח התקנים מיקרואלקטרוניים ליישומים שונים, כולל מיקרו סוללות, supercapacitors, חיישני גלוקוז, חיישני גז, תאי דלק, nanogenerators triboelectric. הנה, ההתפתחויות האחרונות של יחס גבוה היבט מוצק חלול פחמן microstructures עם photoresists SU8 נדונים. הצטמקות המבנית במהלך פירוליזה נחקרה באמצעות מיקרוסקופיה confocal ו- SEM. ראמאן ספקטרוסקופיה שימש כדי לאשר את crystallinity של המבנה, ואת האחוז האטומי של היסודות preseNt בחומר לפני ואחרי פירוליזה נמדדה באמצעות EDX.
מבוא
לפחמן יש אלוטרופים רבים, ובהתאם ליישום המסוים, ניתן לבחור באחת מהאלוטרופים הבאים: צינורות פחמן (CNT), גרפיט, יהלום, פחמן אמורפי, lonsdaleite, buckminsterfullerene (C 60 ), fullerite (C 540 ), fullerene C 70 ), ופחמן מזוגג 1 , 2 , 3 , 4 . פחמן מזוגג הוא אחד allotropes הנפוץ ביותר בשל תכונות פיזיות, כולל isotropy גבוהה. כמו כן יש את המאפיינים הבאים: מוליכות חשמלית טובה, מקדם התפשטות תרמית נמוכה, ואטימות גז.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. אדם האדם הנגזרות פחמן מבנה פחמן
הערה: השתמש בציוד מגן אישי. עקוב אחר הוראות המעבדה כדי להשתמש במכשירים ולעבוד בתוך המעבדה.
- הכן את השיער האנושי שנאסף על ידי שטיפת אותו במים DI וייבוש אותו עם גז N 2 .
- סדר את השיער לפי הצורך, כמו בחוטים מקבילים, חוצה, עם שתי שערות פצועות יחד, וכו '.
- צרף את השערות על מצע סיליקון באמצעות SU8 או לשמור אותם ישירות בסירה....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
סכמטית של תהליך ייצור עבור שיער אנושי נגזר פחמן חלול מיקרופייבר מוצג באיור 1 . השיער האנושי הפחמני התאפיין בשימוש ב- SEM כדי לאמוד את הצטמקות. קוטר השיער התכווץ מ 82.88 ± 0.003 מיקרומטר ל 31.42 ± 0.003 מיקרומטר עקב פירוליזה. סריקת אלקטרונים מיקרוסקופיים (SEM) תמונות של דפוסים שונים שנעשו באמצעות שיער microfibers פחמן נגזר מוצגים באיור 2 . בטבלה 1 מוצגים האחוזים האטומיים של האלמנטים הנמצאים.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
במאמר זה השיטות לייצור מגוון של microstructures פחמן מבוסס על פירוליזה של חומרים מבשר טבעי או מבנים דפוס פולימר דפוסים דווחו. חומרים פחמן הנובע הן המסורתית לא קונבנציונאלי C-MEMS / C-NEMS תהליכים נמצאים בדרך כלל להיות פחמן מזוגגות. Glassy פחמן הוא חומר אלקטרודה בשימוש נרחב עבור אלקטרוכימיה וגם עבור יישומים בטמפרטורה גבוהה. מיקרו של פחמן מזכוכית מורכב משני אזורים קריסטל ו אמורפי. פחמן זכוכית יש מוליכות גבוהה, עמידות טובה לטמפרטורות גבוהות, צפיפות נמוכה, התנגדות חשמלית נמוכה, קשיות .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין מה לחשוף.
תודות
עבודה זו נתמכה על ידי Technologico דה מונטרי ואוניברסיטת קליפורניה ב Irvine.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| SU8-2100 | Microchem | מספר מוצר-Y1110750500L | |
| Spinner | Laurell Technologies Corporation | דגם-WS650HZB-23NPP/UD3 | |
| Hotplate | Torrey Pines Scientific | HS61 | |
| UV-exposer | Mercury Lamp, SYLVANIA | H44GS-100M, P/N-34-0054-01 | |
| Photomask | CAD/Art | No Number | |
| מפתח | מיקרוכימיה | Y020100 4000L | |
| מערכת מים DI | Milli Q | ZOOQOVOTO | |
| IPA | CTR Sientific | CTR 01244 | |
| N2 גז | AOC מקסיקו | ללא מספר | |
| תנור | PEO 601, טרקטורונים טכנולוגיים GMBH | דגם-PEO 601, מס' סידורי -195 | |
| Si/SiO2 | Noel Technologies |
מקורות
- Wang, C., Jia, G., Taherabadi, L. H., Madou, M. J. A novel method for the fabrication of high-aspect ratio C-MEMS structures. J Microelectromech Syst. 14 (2), 348-358 (2005).
- Jong, K. P. D., Geus, J. W. Carbon nanofibers: catalytic synthesis and applications. Catal Rev Sci Eng. 42, 481-510 (2000).
- Elrouby, M. Electrochemical applications of carbon nanotube.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
