Name: ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:01:00.000+00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: חקור שיטות ייצור מבנים מיקרו תלת-ממדיים מפחמן ננו-צינורות (CNTs) באמצעות צפיפות ויציקת תבניות. טכניקה זו מאפשרת יצירת תבניות עמידות עם יחסי גובה-רוחב גבוהים למיקרו-ייצור מתקדם.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה נתמך על ידי תוכנית Nanomanufacturing של הקרן הלאומית למדע (CMMI-0927634). דבור Copic נתמך בחלקו על ידי תוכנית העמיתים ההצטיינות רקהאם באוניברסיטה של ​​מישיגן. סאמח Tawfick מודה תמיכה חלקית מתוך אחוות רקהאם Predoctoral. מייקל דה Volder נתמך על ידי קרן הבלגי למחקר מדעי - פלנדריה (FWO). Microfabrication בוצעה במתקן Nanofabrication לוריא (LNF), שבה הוא חבר של רשת ננוטכנולוגיה התשתיות הלאומיות, וכן במיקרוסקופ אלקטרונים בוצעה על אלקטרונים מישיגן Microbeam ניתוח מעבדה (EMAL).

1. Catalyst דפוסים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכישת פרוסות סיליקון (100) סיליקון עם שכבת תחמוצת סיליקון בעובי 3000 א, בצד אחד לפחות מלוטש. לחלופין, יוכל לרכוש פרוסות סיליקון חשוף לגדול דו תחמוצת הצורן 3000 א על פרוסות סיליקון. עיבוד כל המתוארת להלן נעשה על הצד המבריק של פרוסות סיליקון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Spincoat שכבת HMDS ב 500rpm עבור 4s, אז 3000rpm עבור ה -30. HMDS מקדם הדבקה בין רקיק ועל photoresist. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Spincoat שכבה של SPR-220-3 ב 500rpm עבור 4s, אז 3000rpm עבור ה -30. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים את פרוסות סיליקון על פלטה חשמלית ב 115 מעלות צלזיוס במשך שנות ה -90. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות המסכה הרצויה עבור דפוסים זרז, לחשוף את פרוסות לאור UV עם irradiance של 20 mW / cm 2 ב 405 ננומטר במשך 6s במגע קשה mode.1.6) אופים פרוסות על פלטה חשמלית שוב 115 מעלות צלזיוס במשך 90 (POST חשיפה לאפות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיתוח photoresist נחשף בשנות ה -60 באמצעות AZ-300 מפתח MIF. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוףפרוסות סיליקון עבור ה -60 במים DI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפקדה 10nm אל 2 O 3 ואחריו 1nm פה על ידי אידוי הקורה אלקטרוני או המקרטעת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באופן ידני הסופר רקיק לשבור לחתיכות כ -20 × 20 מ&quot;מ או קטן יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביצוע ההמראה של photoresist על ידי השריית פיסות רקיק בכוס 1 ליטר המכיל 100 מ&quot;ל של אצטון, תוך הכוס מונחת באמבטיה קולי בהספק 6 עבור 8min (אולטרסוניקה לפסגה 1100D). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השלך ולהחליף אצטון sonicate שוב עם אותן הגדרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעבירים את חתיכות רקיק כדי הגביע עם isopropanol (IPA), ואז לספוג במשך 2min. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוציאים את חתיכות פרוסות של IPA בנפרד באמצעות פינצטה. יבש כל פיסת עם זרם חנקן עדין באמצעות זרבובית כף יד. </li></ol> 2. CNT צמיחה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכישת פרוסות סיליקון חשופות (או תחמוצת מצופה) סיליקון ידני סופר ולשבור חתיכה עם ממדים כ -22 × 75 מ&quot;מ. זה &quot;סירה&quot;ישמש לתמוך לטעון את הזרז מצופה חתיכות פרוסות לתוך תנור צינור. סירה הוא מאוד שימושי עבור מחזיק את החלקים רקיק במהלך העמסה ופריקה, אבל לא משחק תפקיד בתהליך הצמיחה. בעיקרון סירה יכול להיות כל חומר כימי ויציב תרמית בתנאים צמיחה CNT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים המספר הרצוי של זרז מצופה חתיכות רקיק (מצעי גידול) על הספינה, 30 מ&quot;מ מהקצה המוביל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את הסירה עם מצעים הצמיחה לתוך הצינור. לדחוף את הסירה לתוך הצינור כך החדשנית ממוקם במורד הזרם של 30 מ&quot;מ תרמי תנור, באמצעות נירוסטה או מוט דחיפה קוורץ. עמדה זו היא 30 מ&quot;מ &quot;sweetspot&quot; אשר נותן את השיעור הגבוה ביותר CNT הצמיחה בתנור שלנו. יהיה צורך לקבוע עמדה על מנגנון של המשתמש, בהתאם למנגנון של המשתמש מטרות (למשל, מקסום של קצב הצמיחה CNT או צפיפות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחבראת הקצה כמוסות, איטום צינור. יש להיזהר שלא להפריע את המיקום של הסירה או חתיכות סיליקון בדוגמת. הערה: הצמיחה CNT הוא רגיש מאוד למצב בתוך הצינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטוף את צינור קוורץ עם 1000sccm של הליום עבור 5min בטמפרטורת החדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעוד זורם 400sccm של מימן 100sccm של הליום, כבש את הטמפרטורה ל 775 מעלות צלזיוס 10min ולאחר מכן החזק את תזרימי וטמפרטורה עבור 10min. צעד זה גורם הסרט כדי כימית להפחית מן תחמוצת ברזל ברזל, כדי dewet לתוך חלקיקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשנות את קצב זרימת מימן 100sccm ואת קצב הזרימה הליום 400sccm, תוך הוספת 100sccm של אתילן לשמירה על תנור ב 775 מעלות צלזיוס לגדול CNTs. בעיצומה של CNTs את נשלטת על ידי משך שלב זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לעצור את צמיחת ה-CNT ו לקרר את המדגם, באופן ידני להחליק במורד הזרם שפופרת קוורץ עד שבבי זרז ממוקמים כ 1cm במורד הזרם של בידוד הכבשן. השתמש טיפוללשמור על תזרים ואותו סט תנור בטמפרטורה נקודה כמו בשלב הקודם, במשך 15 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף עם צינור 1000sccm של הליום עבור 5min, לפני אחזור דגימות, ולהפוך את התנור. </li></ol> 3. CNT Densification <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל נייר דבק דו צדדית על רשת אלומיניום 0.8mm עבה עם חורים בקוטר 6.25mm. ודא הרשת הוא גדול יותר מאשר הפתיחה של גביע 1 ליטר ו - קלטת מרוכז כ על הרשת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר פרוסות סיליקון חתיכת עם CNTs על סרט כל כך את ה-CNT microstructures מתמודדים כלפי מעלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים לתוך כוס 100 מ&quot;ל אצטון 1 ליטר ומניחים את הכוס על פלטה חשמלית בתוך במנדף. הניח את הכיריים על מנת להשיג טמפרטורת פני השטח של 110 ° C. המתן עד אצטון מתחיל רותחים. נציין כי, על פלטה חשמלית שלנו, הגדרה של 150 ° C נדרש כדי להשיג 110 ° C על פני השטח. נקודת הרתיחה של אצטון הוא הרבה יותר נמוך (כ 56 מעלות) אבל אנחנו fouND כי טמפרטורת גבוהות מותר אצטון לרתיחה מהר יותר, מחוממת הצדדיים של הגביע, מניעת עיבוי בתוך הכוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את רשת אלומיניום על הכוס כך לדוגמה רכוב פונה כלפי מטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הערה כל תנודות מהירות מול אדי עולה בצד של הכוס ולהתאים את רמת קטר אבנט מכסה המנוע על מנת לייצב את החזית אדי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פעם אחת מול אדי מתקרב לראש הגביע, לראות את השינויים צבע לכאורה על פני השטח של מצע סיליקון. קשת כמו דפוסי יופיע לטאטא על פני כל השטח. זה מסמל שכבה דקה של חומר ממיס להרכיב על פני השטח כאשר אדי בא במגע עם משטח קר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ממס מספיק הופקד, להרים את הרשת ואת מבלי לשנות את הכיוון של המדגם, להחזיק אותו במרחק ממס רותחים עד שהופקדו ממס התאדו משם. משך הזמן נקבע empirמבוסס ically על גודל או רווחים של המבנים ה-CNT. זה מופנה נוספת בדיון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הרשת של הגביע, בזהירות לקלף את המדגם מתוך סרט דו צדדית, באמצעות סכין גילוח. בזהירות רבה יש לנקוט בשלב זה כפי שהוא קל לשבור את המדגם במהלך ההסרה. </li></ol> 4. CNT מאסטר ייצור עובש <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בריכת SU-8 2002 על ה-CNT microstructures densified. לסובב את המדגם ב 500rpm עבור 10s, אז 3000rpm עבור ה -30. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים את המדגם על 65 מעלות צלזיוס למשך 2 דק &#39;ולאחר מכן ב 95 מעלות צלזיוס למשך 4 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשוף את המדגם לאור UV עם irradiance של 75mW/cm 2 עבור ה -20. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים מדגם שוב 65 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות, אז 95 מעלות צלזיוס למשך 4 דקות. </li></ol> 5. העתק דפוס <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם שכפול מבנים עדינים, הצב את שני תא ייבוש יחד עם כוס שפל של 100μL של (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-Trichlorosilane ב 400mTorr ל 12 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים כולל של 1G של PDMS (Sylgard 184), עם יחס של מונומר 10:01: חוצה מקשר. עבור microstructures עם גודל בסיס של כמה מיקרומטרים ואת יחס הממדים של שימוש 10 או יותר יחס של 8:01. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את שני ה-CNT בצלחת נייר אלומיניום, ויוצקים לתוך צלחת PDMS עד המדגם הוא שקוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הדוגמה ואקום דגה ב 400mTorr במשך 15 דקות. ברגע בועות מתחילות להיווצר PDMS (בדרך כלל לאחר כ 3 דקות) מעת לעת להגביר את הלחץ במהירות לפרוץ בועות גדולות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרפא שלילית על 120 מעלות צלזיוס במשך 20 דקות. אם המדגם מכיל מבנים הר, לרפא על 85 מעלות צלזיוס במשך 5 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נרפא פעם, קליפת רדיד אלומיניום בחזרה להפריד בין שני הרך PDMS שלילית ביד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם שכפול מבנים עדינים, הצב את שלילית תא ייבוש יחד עם כוס שפל של 100μL של (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-trichlorosilane ב400mTorr ל 12 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים SU-8 2002 לתוך שלילית PDMS ודגה ב 400mTorr עבור 10min. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים את המדגם (SU-8 מלא שלילית) על 65 מעלות צלזיוס במשך 4min, אז 95 מעלות צלזיוס במשך 6 שעות להתאדות ממס משכבה עבה של SU-8. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשוף את המדגם לאור UV עם irradiance של 75mW/cm 2 עבור ה -20 ואופים שוב ב 65 מעלות צלזיוס במשך 4min ואז על 95 מעלות צלזיוס במשך 8min. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחרונה, באופן ידני demold SU-8 העתק מן PDMS שלילית. </li></ol> 6. נציג תוצאות כמו מגודלים נציג עמודים מערכי ה-CNT יחד עם צורות densified שלהם שמוצג באיור 4 (תמונה שונה מן דה Volder et al. 4). עמודי הר עם עובי של 10μm או קטן יותר צמצמו בהדרגה יושר, אשר מצטמצם עוד יותר במהלך densification. Densification של עמודים בצורת חצי עיגול הוכח לגרום עמודים מכופפים אחידה על פני שטחים גדולים (איור 4 ג). SU-8 אניnfiltration מתרחשת בין ובתוך microstructures ה-CNT, עבור מבנים עם רווחים של 30μm או מתחת שכבה דקה של SU-8 יכול להישאר בין מבנים. תמונות של השלבים הקריטיים בתהליך שכפול מוצגים בתרשים 5, בעוד תמונות SEM המשווים את microstructures משוכפלים על העתקים שלהם על סולמות שונים שמוצג באיור 6 (התמונה שונה מ Copic et al. 5). המגבלות הנוכחיות, במונחים של יצירת המבנה, כולל מבני מעוותת (התמונה שונה מ De Volder et al. 4), יחס גבוה קירות היבט, מחדש נכנס מבנים מוצגות באיור 7 (תמונה שונה מן Copic et al. 5). <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig1.jpg" alt="איור 1" /> באיור 1. תנור Tube ההתקנה של צמיחה צמיחה CNT. (א) מערכת סכמטית. (ב) Tube הכבשן (Thermo-פישר Minimite), עם מכסה פתוח כדי להראות סירה סיליקון בתוך שפופרת קוורץ אטום. (ג) הסיליקון בשיבולת שועל עם דוגמאות, המוצגות לפני ואחרי צמיחה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig1large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig2.jpg" alt="איור 2" /> באיור 2. (א) תרשים סכמטי של הגביע על עיבוי מבוקרת של אדי ממס על microstructures ה-CNT (תמונה שונה מן דה Volder et al. 6). (ב) מצע CNT מדגם מחובר רשת אלומיניום על אצטון רותחים. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig3.jpg" alt="איור 3" /> איור 3. זרימת התהליך עבור דפוס העתק של ה-CNT microstructures, ותמונה של מערך נציג מיקרו משוכפל לעומת מטבע הדולר האמריקני ברבעון. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig4.jpg" alt="איור 4" /> באיור 4. למופת ה-CNT microstructures לפני ואחרי קפילארY להרכיב. סכמטיים ו SEM תמונות של המערך של גלילי עמודי ה-CNT (א) לפני נימי להרכיב, ו (ב) לאחר נימי להרכיב (תמונה שונה מן דה Volder et al. 6). שיבוצים להראות יישור וצפיפות CNTs. (ג) Semicylindrical עמודי ה-CNT densify להטות במהלך נימי להרכיב, ויצרו קורות משופעים (תמונה שונה מן זאו et al. 7). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig4large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig5.jpg" alt="איור 5" /> איור 5. שלבים עיקריים של ייצור עובש CNT שלילי הליהוק העתק. (א) יציקה של עובש PDMS שלילית. (ב) degassing של עובש שלילית. (ג) ידני של demolding שלילית, הליהוק של העתק SU-8. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig6.jpg" alt="איור 6" /> איור 6. השוואה בין (א)<html> CNT/SU-8 אב (ב) העתק מבנים micropillar מראה נאמנות גבוהה שכפול של צורה מיקרו בקנה מידה ננומטרי ומרקם (כלומר, הצדדיים ועל המשטח העליון), על פני שטח גדול (תמונה שונה מן Copic et al. 5). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig6large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig7.jpg" alt="איור 7" /> איור 7. היבט גבוהה, יחס (הר) מחדש נכנס microstructures CNT ו העתקים פולימר שלהם. (א) Densified CNT חלת דבש עם מאסטר המקביל SU8-CNT ו SU8 העתק. (ב) אב העתק של ה-CNT משופע microwell (תמונה שונה מן Copic et al. 5). (ג) Densified מעוותת micropillars ה-CNT, עם אב העתק של מבנה בודד (תמונה שונה מן דה Volder et al. 4). חלות דבש ב (א) יש רוחב הקיר של 400 ננומטר ו גובה של 20 מיקרומטר.= &quot;Http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig7large.jpg&quot; target = &quot;_blank&quot;&gt; לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה.

<ol><li>Xia, Y. N., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Soft lithography.</a> Annual Review of Materials Science. 28, 153-184 (1998).</li>
<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>
<li>De Volder, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diverse+3D+Microarchitectures+Made+by+Capillary+Forming+of+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Diverse 3D Microarchitectures Made by Capillary Forming of Carbon Nanotubes.</a> Advanced Materials. 22, 4384-4389 (2010).</li>
<li>Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M. F. L., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+high-aspect-ratio+polymer+microstructures+and+hierarchical+textures+using+carbon+nanotube+composite+master+molds%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Fabrication of high-aspect-ratio polymer microstructures and hierarchical textures using carbon nanotube composite master molds.</a> Lab on a Chip. 11, 1831-1837 (2011).</li>
<li>De Volder, M. F. L., Park, S. J., Tawfick, S. H., Vidaud, D. O., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+electrical+integration+of+robust+carbon+nanotube+micropillars+by+self-directed+elastocapillary+densification%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Fabrication and electrical integration of robust carbon nanotube micropillars by self-directed elastocapillary densification.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, 045033-04 (2011).</li>
<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>
<li>De Volder, M. F. L., Vidaud, D. O., Meshot, E. R., Tawfick, S., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-similar+organization+of+arrays+of+individual+carbon+nanotubes+and+carbon+nanotube+micropillars%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronic+Engineering%22%5BJournal%5D)">Self-similar organization of arrays of individual carbon nanotubes and carbon nanotube micropillars.</a> Microelectronic Engineering. 87, 1233-1238 (2010).</li>
<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>

אין ניגוד עניינים הצהיר.

דפוסים ליתוגרפיות והכנת זרז CNT מצעים הוא פשוט הדיר, אולם, השגת צמיחה עקבית CNT צריך להיעשות בזהירות רבה כיצד גובה וצפיפות של יערות ה-CNT מושפעים לחות הסביבה מצבו של הצינור הצמיחה. מניסיוננו, דפוסים גדולים יותר מ 2 מיקרומטר 1000 פחות רגישים לשינויים קטנים בתנאי עיבוד. יתר על כן, הצפיפות של המחזות דפוסי משפיע על צפיפות הצמיחה לגובה 8. הצפיפות הצמיחה וגובה גדולים יותר על דפוסי עם חלק המילוי (שטח כולל של זרז חלקי שטח המצע הכולל) עולה על 20%. כמו כן, חשוב וחיוני ...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם מגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> 4 &quot;בקוטר 100 &lt;&gt; סיליקון ופלים מצופים SiO 2 (300 ננומטר) </td><td> הסיליקון Quest </td><td> מנהג </td><td></td></tr><tr><td> חיובי photoresist </td><td> MicroChem </td><td> SPR 220-3.0 </td><td></td></tr><tr><td> Hexamethyldisilizane (HMDS) </td><td> MicroChem </td><td></td><td></td></tr><tr><td> מפתח </td><td> AZ אלקטרונית חומרים ארה&quot;ב קורפ </td><td> AZ 300 MIF </td><td></td></tr><tr><td> המקרטעת מערכת </td><td> קורט ג&#39;Lesker </td><td> מעבדה 18 </td><td> המערכת המקרטעת בתצהיר זרז </td></tr><tr><td> תרמו פישר Minimite </td><td&gt; פישר סיינטיפיק </td><td> TF55030A </td><td> צינור תנור לצמיחה CNT </td></tr><tr><td> צינור קוורץ </td><td> זכוכית מוצרים טכניים </td><td> מנהג </td><td> 22 × 25 מ&quot;מ מזהה מ&quot;מ OD 30 &quot;אורך </td></tr><tr><td> הליום גז </td><td> PurityPlus </td><td> הוא (PrePurified 300) </td><td></td></tr><tr><td> מימן גז </td><td> PurityPlus </td><td> H 2 (PrePurified 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> אתילן גז </td><td> PurityPlus </td><td> C 2 H 4 (PrePurified 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> אלומיניום מחורר גיליון </td><td> מקמאסטר-קאר </td><td> 9232T221 </td><td> לקיום המדגם מעל הכוס densification </td></tr><tr><td> המבול מנורת UV </td><td> Dymax </td><td> דגם 2000 </td><td></td></tr><tr><td> SU-8 2002 </td><td> MicroChem </td><td> SU-8 2002 </td><td></td></tr><tr><td> Polydimethylsiloxane (PDMS) </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 אלסטומר סיליקון ערכת </td><td></td></tr></tbody></table>

ייצור, densification, העתק דפוס של microstructures nanotube 3d פחמן

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

המבוא של חומרים ותהליכים חדשים microfabrication יש, במידה רבה, לאפשר התקדמות חשובה הרבה Microsystems, מעבדה על שבב התקנים, ואת היישומים שלהם. בפרט, יכולות ייצור יעיל וחסכוני של microstructures פולימר הפכו על ידי הופעתו של ליתוגרפיה רך טכניקות micromolding אחרים 1, 2, וזה הוביל מהפכה היישומים של microfabrication הנדסה ביו ביולוגיה. עם זאת, הוא נותר מאתגר לפברק microstructures עם מוגדרים היטב טקסטורה ננו, וכדי לייצר צורות 3D שרירותיים על מיקרו בקנה מידה. החוסן של תבניות בסיס ותחזוקה של שלמות הצורה חשובה במיוחד על מנת להשיג שכפול איכות גבוהה של מבנים מורכבים ושימור מרקם פני השטח ננו שלהם. שילוב של מרקמים וצורות היררכי, הטרוגניות, הוא אתגר עמוק שיטות microfabrication הקיימים LARgely להסתמך על תחריט מלמעלה למטה באמצעות תבניות מסכת קבועים. מצד שני, סינתזה מלמטה למעלה ננו כגון צינורות ו nanowires יכולים להציע יכולות חדשות microfabrication, בעיקר על ידי ניצול של הארגון העצמי הקולקטיבי של ננו, ושליטה מקומית של התנהגות הצמיחה שלהם לגבי דפוסי microfabricated . המטרה שלנו היא להציג את צינורות פחמן מיושר אנכית (CNTs), שבה אנו מתייחסים כמו ה-CNT &quot;היערות&quot;, כחומר microfabrication חדש. אנו מציגים פרטים על חבילה של שיטות הקשורות שפותחו לאחרונה על ידי הקבוצה: ייצור של ה-CNT microstructures יער ידי CVD תרמית מסרטים זרז בדוגמת lithographically דקים; עצמית מכוונת densification elastocapillary microstructures של ה-CNT, דפוס העתק של פולימר microstructures באמצעות תבניות ה-CNT אמן מרוכבים . בפרט, העבודה שלנו מראה כי densification עצמית מכוונת נימי (&quot;נימי להרכיב&quot;), שהוא performed על ידי עיבוי של ממס על מצע עם microstructures ה-CNT, מגביר באופן משמעותי את צפיפות האריזה של CNTs. תהליך זה מאפשר שינוי כיוון של ה-CNT אנכיים microstructures לצורות ישרות, נוטה, ומעוותים, בעלי תכונות מכניות החזקה העולה על אלו של פולימרים microfabrication טיפוסי. זה בתורו מאפשר היווצרות של nanocomposite תבניות ה-CNT אמן על ידי נימי מונע חדירה של פולימרים. המבנים העתק להפגין את המרקם ננו אניסוטרופי של CNTs מסודרים, והוא יכול להיות עם קירות בעובי מיקרון משנה ו היבט ratios העולה על 50:1. השילוב של ה-CNT microstructures בייצור מציע הזדמנות נוספת לנצל את התכונות החשמליות ותרמית של CNTs, ויכולות מגוונות כימיים functionalization ביוכימי 3.

אנו מציגים שיטות ייצור של microstructures בדוגמת של צינורות פחמן מיושר אנכית (CNTs), והשימוש בהם כמו תבניות בסיס לייצור microstructures פולימר במרקם מאורגן פני הננומטרי. ביערות ה-CNT הם densified על ידי עיבוי של ממס על מצע, אשר מגביר באופן משמעותי את צפיפות האריזה שלהם ומאפשר עצמית מכוונת היווצרות של צורות 3D.

ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן

החדרת חומרים ותהליכים חדשים למיקרופבריקציה איפשרה, במידה רבה, התקדמויות חשובות רבות במערכות מיקרו, מעבדה על שבב (lab-on-a-chip)...

המטרה הכללית של הליך זה היא להציג יערות של ננו-צינורות פחמן כחומר למיקרו-פבריקציה. התחל בגידול של ננו-צינורות פחמן מיושרים אנכית בתבנית באמצעות עיצוב קפילרי, צמצם את המרווחים בין עמודי ננו-צינורות הפחמן כדי להגביר את העמידות, ושנה את צורתם לאחר חדירה של פולימר ליצירת מיקרו-מבני ננו-קומפוזיט חסונים. השתמש ביציקת שכפול כדי ליצור את רפליקות הפולימר. לבסוף, השתמש במיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת כדי לאשר את דיוק השכפול בין התבנית המקורית לבין רפליקות הפולימר.היתרון המרכזי של הטכניקה שלנו בהשוואה לשיטות קיימות למיקרו-פבריקציה, כגון DPV וליתוגרפיה נוספת, הוא שלתבניות מאסטר מבוססות CNT יש קשיחות גבוהה, הן יכולות לכלול מאפיינים בעלי יחסי גובה-רוחב (aspect ratios) גבוהים, וניתן לתכנן את המיקרו-פבריקציה של ה-CNT כך שתצור מאפיינים תלת-ממדיים מורכבים. כמו כן, לצורך תכנון מדויק של צורת ה-CNT התלת-ממדית, יש לאפיין ולבצע אופטימיזציה קפדנית של תהליך גידול ה-CNT עבור המשתמש. הדגמה ויזואלית של שיטה זו היא קריטית.מכיוון ששלבי הדחיסה של ננו-צינוריות הפחמן קשים לביצוע, ניתן להשתמש בשיטה זו לייצור מיקרו-מבנים ממגוון פולימרים. היום נדגים את השימוש ב-SU-8, אך ניתן להשתמש בה גם עבור PMMA, PDMS, פוליאוריתן או אולי אף חומרים ביולוגיים.בצע את הפעולות הללו בצדו המלוטש של פרוסת סיליקון; ראשית, בצע ציפוי ספינ (spin coat) של שכבת HMDS כדי להגביר את ההיצמדות בין הפרוסה לפוטורזיסט. באופן דומה, בצע ציפוי ספינ של שכבת SPR 2023. לאחר אפיית הפרוסה על פלטה חמה, מקם את המסכה הרצויה לתבנית הקטליזטור וחשוף את הפרוסה לאור UV במצב מגע קשיח (hard contact mode).כעת הניחו את הפרוסה על פלטה חמה בטמפרטורה של 115 °C למשך 90 שניות. המשיכו בפיתוח של הפוטורזיסט שנחשף למשך 60 שניות, ולאחר מכן בשטיפה של דקה אחת במים דה-יוניים. כעת טענו את הפרוסה למערכת שיקוע הקטליזטור.לאחר מכן, שקיעו 10 nanometers של אלומינום אוקסיד ולאחריו nanometer אחד של ברזל באמצעות אידוי באלומה אלקטרונית (ebeam evaporation) או התזה (sputtering). שרטטו ידנית ושברו את הפרוסה לחלקים של כ-20 על 20 millimeters והעבירו את חלקי הפרוסה לכלי כימי של liter 1 המכיל 100 milliliters של אצטון; כדי להסיר את הפוטורזיסט, הניחו את הכלי במקלח אולטרסוני בעוצמה 6 למשך שמונה דקות. רעננו את האצטון וחזרו על תהליך הסוניקציה.לאחר מכן, השרו את חלקי הפרוסה (wafer) באיזופרופנול למשך שתי דקות. השתמשו בפינצטה כדי להוציא את חלקי הפרוסה, ויבשו כל חלק באמצעות זרם עדין של חנקן עם פיה ידנית לפני כל גידול של CNT. השפוע עובר שריפה. אוויר זורם דרך השפוע בקצב של 100 SCCM בזמן שהכבשן מחומם ל-875 degrees Celsius ונשמר בטמפרטורה זו למשך 30 דקות.לאחר מכן, טענו סירה עם תשתיות גידול לתוך השפופרת באמצעות מוט פלדת אל-חלד; מקמו את הסירה כך שהקצה הקדמי שלה יימצא 30 millimeters במורד הכבשן מהתרמוקפל. חברו את מכסי הקצוות, ואטמו את השפופרת מבלי להסיט את מיקום הסירה או את דגימות הסיליקון. לאחר מכן, הגדירו בתוכנה לשטוף את שפופרת הקוורץ בהליום למשך חמש דקות בטמפרטורת החדר.בשלב הבא, הגדירו את הטמפרטורה כך שתעלה ל-775 °C תוך 10 דקות. תחת זרימה של מימן והליום, השאירו את הזרימות והטמפרטורה ללא שינוי למשך 10 דקות. חימום זה גורם לסרט להצטמצם כימית מתחמוצת ברזל לברזל ולהתפצל לננו-חלקיקים.כדי לגדל את ננו-צינוריות הפחמן, יש לכוונן את קצבי הזרימה של המימן וההליום תוך הוספת אתילן ושמירה על תנור בטמפרטורה של 775 °C. גובה ה-CNTs נשלט על ידי משך זמן הגדילה. כדי להפסיק את גדילת ה-CNT ולקרר את הדגימה, החלק ידנית את צינור הקוורץ לכיוון זרימת הגז עד ששבבי הקטליזטור ימוקמו במרחק של כסנטימטר אחד לאחר בידוד התנור.יש להקפיד על שימוש באותן זרימות ובאותו כבשן. הגדירו את טמפרטורת נקודת היעד למשך 15 דקות לאחר שטיפת הצינור בהליום למשך חמש דקות, הוציאו את הדגימות וכבו את הכבשן. הדביקו פיסת סרט דבק דו-צדדי לרשת אלומיניום בעובי 0.8 millimeter עם חורים בקוטר 6.25 millimeter.יש לוודא שהרשת גדולה יותר מפתחו של כלי כימי (beaker) בנפח של ליטר אחד, ושהסרט ממוקם בקירוב במרכז הרשת. הצמד את פיסת פרוסת הסיליקון עם ה-CNTs לסרט. כאשר מיקרו-המבנים של ה-CNTs פונים כלפי מעלה, שפוך 100 milliliters של אצטון לכלי הכימי בנפח של ליטר אחד המוצב על פלטה מחממת בתוך מ इथे. הגדר את הפלטה המחממת ל-110 degrees Celsius.כאשר האצטון מתחיל לרתוח, מקמו את רשת האלומיניום על הכוס עם הדגימה המורכבת הפונה כלפי מטה. ברגע שחזית האדים מתקרבת לחלקו העליון של הכוס, התבוננו בשינויי הצבע הנראים על פני השטח של מצע הסיליקון.תבניות רגליים בצבעי הקשת יופיעו ויסחפו לכל פני השטח. לאחר מכן, לאחר הסרת הרשת מהכלי, קלפו בזהירות את הדגימה מהסרט הדו-צדדי באמצעות להב תער. יש לנקוט זהירות מרבית בשלב זה, שכן קל לשבור את הדגימה במהלך ההסרה.כדי לייצר את מאגר תבניות המאסטר של ה-CNT, יש למרוח SU-8 2002 על מיקרו-מבני ה-CNT הדחוסים. לאחר סבב הצנטריפוגה של הדגימה, יש לחמם ב-65 מעלות למשך שתי דקות, ולאחר מכן ב-95 °C למשך ארבע דקות. יש להקרין את הדגימה למשך 20 שניות, ולאחר מכן לחמם את הדגימה.במקרה של שכפול מבנים עדינים, יש להניח את התבנית המקורית (master) במייבש (desiccator) יחד עם בקבוק זכוכית של חומר ייבוש בלחץ של 400 millitorr למשך 12 שעות. לאחר ערבוב של כ-שני גרמים של PDMS ביחס של 10 ל-1 בין המונומר למקשר (crosslinker), יש להניח את תבנית ה-CNT בתוך כלי מאלומיניום ולשפוך PDMS עד להטבעת הדגימה. יש להניח את הדגימה בתוך ואקום ולבצע ניתגזים בלחץ נמוך מ-20 tor למשך 15 דקות.במקרה של היווצרות בועות, הגבירו את הלחץ במהירות ובמרווחי זמן כדי לפוצץ בועות גדולות. לאחר אשיית השלילה ב-120 °C למשך 20 דקות, קלפו את רדיד האלומיניום והפרידו את התבנית המקורית (master) משלילת ה-PDMS הרכה. אם משחזרים מבנים עדינים, הניחו את השלילה ואת חומר הסיכה במייבש (desiccator) בלחץ של 400 millitorr למשך 12 שעות. מזגו SU-8 2002 לתוך שלילת ה-PDMS.יש לאדות את הממס משכבת ה-SU-8 העבה על ידי אפייה למשך שש שעות ב-95 °C. כעת יש להקרין את הדגימה, ולאחר מכן לאפות ב-95 °C למשך שמונה דקות. לבסוף, יש להוציא ידנית את העתק ה-SU-8 מהתבנית השלילית של ה-PDMS; ננו-צינוריות פחמן במבנה אנכי או "יערות" CNT מהווים חומר חדש למיקרו-פבריקציה.תמונות SEM אלו מציגות מערך של עמודי CNT גליליים לפני ואחרי דחיסה. שימו לב ליישור ולדחיסות של ה-CNTs. ייתכן שתבחינו כי עמודי CNG בעלי יחס היבט גבוה יותר הם פחות ישרים, ומידת יישורם פוחתת בהדרגה במהלך הדחיסה והשכפול.הדחס של העמודים החציוניים יוביל למבני שיפוע אחידים על פני שטחים נרחבים. השוואה זו בין שמונה מבני עמודי מיקרו של מאסטר ורפליקה של C-N-T-S-U מעידה על שכפול בנאמנות גבוהה של צורה בקנה מידה מיקרוסקופי וטקסטורה בקנה מידה ננומטרי על פני שטח גדול. מגבלות נוכחיות במונחים של יצירת מבנים כוללות דפנות בעלות יחס גובה-רוחב גבוה כמו אלו, מבני רשת דבש כפי שמוצג במיקרו-באר המטה CNT המשופע הזה ועמודי מיקרו של CNT מסולסלים.בסרטון זה הדגמנו כיצד ליצור תבניות, לגדל ולדחוס מיקרו-מבני CNT, ולאחר מכן השתמשנו בהם כתבניות מאסטר ליציקת רפליקות פולימריות. בעת ביצוע הליך זה, זכרו להיזהר לא לזהם את ה-PDMS, שכן הדבר עלול להוביל לפולימריזציה לא מלאה או להפחית את רמת הדיוק במהלך השכפול. כמו כן, חשוב לבקר בקפידה את כמות הממס המגבשת על תשתית המצע כדי למנוע נזק למיקרו-מבני ה-CNT.אל תשכחו כי עבודה עם ננו-צינוריות פחמן עלולה להיות מסוכנת, ולכן יש לנקוט באמצעי זהירות מתאימים. בעת טיפול בדגימות, עליכם להרכיב תמיד כפפות, ובמידה ואתם מסירים יערות של ננו-צינוריות פחמן מהמצע, עליכם להרכיב תמיד מסכת נשימה.

fabrication-densification-replica-molding-3d-carbon-nanotube

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

כאן אנו מדגימים כיצד לייצר שבבי microfluidic תרמופלסטיים באמצעות הבלטות חם ואיטום חום. ואז אנחנו מדגימים כיצד להשתמש במשטח אור באתרו מכוון השתלת ו פילמור באמצעות שבב האטום כדי ליצור את העמודות מרוכבים שלב מוצק.

ייצור של ערוצים Microfluidic תרמופלסטיים

מאמר זה מתאר שיטה פשוטה לפברק מערכי פחמן מיושר אנכי על ידי CVD ולאחר מכן מנגינת נכסי הרטבתם על ידי חשיפתם לואקום חישול או טיפול חמצון יבש.

חמצון ואבק יבש חישול טיפולים לכוונון מאפייני ההרטבה של מערכי פחמן

האידוי של רכיב תהליך של קורבן (VaSC) משמש לפברק מבני כלי הדם. הליך זה נעשה שימוש בסיבי חומצה לקטית (הקרבת פולי) כדי ליצור microchannels חלול עם מיצוב גיאומטרי 3D מדויק המסופק על ידי צלחות ספר micromachined לייזר.

תהליך של הפיכת Microstructures תלת ממדי באמצעות אידוי של רכיב של קורבן

קורות תלת ממדי (3D) microstructured מרוכבים מיוצרים באמצעות החדירה המכוונת והמקומית של nanocomposites לרשתות microfluidic נקבוביים 3D. הגמישות של שיטת ייצור זו מאפשרת הניצול של חומרי תרמופלסטיים שונים וnanofillers כדי להשיג מגוון רחב של מוצרי nanocomposite חיזקו 3D הפונקציונלי מקרוסקופית.

ייצור של Nanocomposites microstructured תלת ממדי באמצעות Microfluidic הסתננות

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפברק בחופשיות-מושעים, מיקרון / סיבים תת-מיקרון בקנה מידה פולימר ומבנים ", כמו אינטרנט" שנוצרו באמצעות הליך כתיבה ישיר אוטומטי באמצעות מערכת מחלק 3-ציר.

נקבעה 3-D ישיר כתיבה של / מבנים תת-מיקרון מיקרון מושעה סיבי קנה מידה באמצעות מערכת רובוטית חלוקה

שיטה לגידול של ננו-צינורות פחמן מיושרים אנכית בטמפרטורה נמוכה, וייצור לאחר מכן של מבני בדיקה חשמליים אנכיים באמצעות ייצור מוליכים למחצה.

המצאה של טמפרטורה נמוכה חיבורים אנכיים-צינורות פחמן תואם עם סמיקונדקטור טכנולוגיה

מוצגת שיטה לפונקציונליזציה של ננו-צינורות פחמן עם שכבות אנקפסולציה פולימריות הניתנות לכוונון מבנה ואפיון מבני באמצעות פיזור נויטרונים בזווית קטנה.

Functionalization של ננו-צינורות פחמן חד-דופנות עם קופולימרים לחסום Thermo-הפיך אפיון על ידי פיזור קטן זווית ניוטרון

מיקרוסקופ אלקטרונים סורק בלחץ נמוך בסביבת אדי מים משמש לעיבוד תכונות בקנה מידה ננומטרי למיקרו ביערות ננו-צינורות פחמן.

כרסום Precision של יערות Nanotube הפחמן באמצעות סריקה בלחץ נמוך למיקרוסקופיה אלקטרונית

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.

ייצור של 3D מערכות מיקרואלקטרו-מכניות פחמן (C-MEMS)

הליך עבור הסינתזה של multiwalled הושתל פוליסטירן פחמן באמצעות שינוי כימי רצופים שלבים באופן סלקטיבי להציג רשתות פולימריות בקירות הצדדיים שלהם הרכבה עצמית באמצעות patchiness אנאיזוטרופי הוא הציג.

הרכבה Multiwalled פחמן עם פוליסטירן כדי לאפשר הרכבה עצמית, Patchiness אנאיזוטרופי

במאמר זה אנו מתארים שיטות לייצור מיקרו-ייצור של ננו-סיבי פחמן מיושרים אנכית (VACNFs), העברת VACNFs למצעים גמישים, ויישום VACNFs על מצעים קשיחים וגמישים לצמחים לצורך העברת ביומולקולות וצבעים.

שימוש במערכי ננו-סיבי פחמן מיושרים אנכית על מצעים קשיחים או גמישים להעברת ביומולקולות וצבעים לצמחים

חקור שיטות ייצור מבנים מיקרו תלת-ממדיים מפחמן ננו-צינורות (CNTs) באמצעות צפיפות ויציקת תבניות. טכניקה זו מאפשרת יצירת תבניות עמידות עם יחסי גובה-רוחב גבוהים למיקרו-ייצור מתקדם.

ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן

גלה סרטונים נוספים