Name: ייצור Polyhedrons מבוססי גראפן תלת מימדי באמצעות אוריגמי דמוי עצמי מתקפלים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-23T14:30:00.000+00:00
Duration: 14 min 52 s
Description: למד לייצר פוליהדרונים מבוססי גרפן תלת מימדיים באמצעות שיטות אוריגמי מתקפלות עצמית. פרוטוקול זה מציג יצירת מבנים גרפניים תלת מימדיים ליישומים במדעי החומרים וביוטכנולוגיה.

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

חומר זה מתבסס על עבודה נתמכת על-ידי קרן הזנק באוניברסיטת מינסוטה, בצמד הערים ו פרס ה-NSF הקריירה (CMMI-1454293). חלקים של עבודה זו בוצעו במתקן אפיון ב אוניברסיטת מינסוטה, חבר ה-NSF במימון חומרי מחקר מתקנים ברשת (באמצעות התוכנית MRSEC. חלקים של עבודה זו נערכו במרכז ננו של מינסוטה, אשר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע דרך נבחרת ננו מתואמת תשתית רשת (NNCI) תחת פרס מספר מרכזים לגיל הרך-1542202. ג ד מאשר תמיכה של 3 מ' המדע ואחווה טכנולוגיה.

התראה: מספר כימיקלים המשמשים syntheses האלה הם רעילים, עשוי לגרום לגירוי נזק חמור לאיבר כאשר נגע או בשאיפה. אנא השתמש ציוד בטיחות המתאימות, ללבוש ציוד מגן אישי בעת טיפול הכימיקלים.
1. הכנת תחמוצת אלומיניום, כרום שכבות הגנה על שכבת ההקרבה נחושת
<ol><li>שימוש של המאייד קרינה, להפקיד 10 ננומטר כרום עבה (Cr) ו- 300 ננומטר נחושת (Cu) שכבות עבות (שכבה ההקרבה) על המצע צורן (Si) (איור 2 א).</li>
	<li>ספין-המעיל photoresist (PR)-1-2500 סל"ד ואחריו אפיה ב 115 ° C 60 s.</li>
	<li>לחשוף את תוכנן 2D נטו אזורי אור אולטרה סגול (UV) על aligner מסכת קשר 15 s ולפתח 60 s בפתרון מפתח-1. לשטוף את הדגימה עם מים (DI) יונים, מייבשת עם רובה אוויר.</li>
	<li>להפקיד 10 ננומטר בעובי השכבה Cr ו ההמראה של אצטון יחסי ציבור - מס ' 1 הנותרים. לשטוף את הדגימה עם מים DI, מייבשת עם רובה אוויר (איור 2b).</li>
	<li>דפוס 2D רשתות עם שישה כיכר Al2O3/Cr הגנה בשכבות השיכבה 2D נטו, הספין-יחסי ציבור-1 ב- 2500 סל"ד ואחריו אפיה ב 115 ° C 60 s.</li>
	<li>לחשוף את הרבדים הגנה מרובע 6 מעוצב לאור UV על aligner מסכת קשר 15 s ולפתח 60 s בפתרון מפתח-1. לשטוף את הדגימה עם מים DI, מייבשת עם רובה אוויר.</li>
	<li>להפקיד 100 ננומטר Al2O3 בשכבה עבה של 10 ננומטר שכבת Cr עבה. הסר הנותרים אצטון יחסי ציבור - מס ' 1. לשטוף את הדגימה עם מים DI, מייבשת עם רובה אוויר (איור 2 c).</li>
</ol>2. הכנת גרפן וממברנות תחמוצת גרפן
הערה: במחקר זה, שני סוגים של חומרים מבוססי גראפן משמשים: בתצהיר אדים כימיים (i) (CVD) גדל גרפן, (ii) גראפן אוקסיד (קדימה).
<ol><li>
הכנה של ממברנות גראפן CVD מרובת שכבות הערה: כדי להשיג מרובת שכבות גראפן ממברנות, שכבה אחת גראפן מועבר שלוש פעמים נפרדות באמצעות מספר polymethyl methacrylate (PMMA) ציפוי/הסרת השלבים.<ol>
<li>מתחיל עם חתיכה ~ 15 מ"מ מרובע של גראפן דבקה על רדיד Cu, ספין-קואט שכבה דקה PMMA-3000 סל ד על פני השטח של הגרפן. אופים ב 180 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.</li>
		<li>במקום PMMA/גראפן/Cu שכבות נייר הגיליון צף Cu בצד למטה etchant Cu במשך 24 שעות ביממה לחרוט משם את רדיד האלומיניום Cu.</li>
		<li>לאחר Cu רדיד היא התפרקה לחלוטין (בהשאירכם PMMA/גראפן), העברת הגרפן מצופים PMMA צפה על פני בריכת מים DI באמצעות כוס שקופיות מיקרוסקופ כדי להסיר שאריות Cu etchant. חזור על ההעברה של הגרפן מצופים PMMA אל בריכות מים די חדש מספר פעמים לשטוף במידה מספקת.</li>
		<li>העברת הגרפן מצופים PMMA צף על גבי קטע נוסף של גראפן דבקה על רדיד Cu (גראפן/Cu) כדי לקבל קרום דו-שכבה גרפן (ויוצרים מבנה רדיד PMMA/גראפן/גראפן/Cu).</li>
		<li>תרמית מתייחסת הגרפן שכבה כפולה על Cu רדיד על פלטה חמה ב 100 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.</li>
		<li>הסר PMMA על הגרפן שכבה כפולה על Cu המזימה באמבט אצטון (בהשאירכם ערימה שכבה רדיד גראפן/גראפן/Cu), ואחריו העברת מים DI.</li>
		<li>חזור על העברת גרפן (2.1.1 - 2.1.5) פעם נוספת כדי לקבל שלוש שכבות מוערמים של גראפן ממברנות. כאשר שלב 2.1.4 מתמלאת במהלך תהליך החזרה, במקום העברת גיליון גראפן מצופים PMMA החדש על גבי קטע נוסף של גראפן/Cu, העברת הגרפן מצופים PMMA חדש על גבי שכבה הכפולה גראפן בעבר מפוברק מהשלב 2.1.6 לטופס שילוב שכבה רדיד PMMA/גראפן/גראפן/גראפן/Cu. . אז, חזור על שלב 2.1.5 ללא שינוי.</li>
		<li>במקום PMMA/גראפן/גראפן/גראפן/Cu שכבות נייר הגיליון צף Cu בצד למטה etchant Cu במשך 24 שעות ביממה לחרוט משם את רדיד האלומיניום Cu.</li>
		<li>להעביר מצופים PMMA שלוש-שכבות גראפן ממברנות (PMMA/גראפן גראפן גראפן) על גבי pre-fabricated Al2O3/Cr הגנת השכבות מ סעיף 1.</li>
		<li>לאחר העברה של הגרפן, הסר את PMMA עם אצטון. לאחר מכן, לטבול את הדגימה במים DI ויבש באוויר.</li>
		<li>תרמית מתייחסת הגרפן רב שכבתית על המצע על פלטה חמה ב 100 מעלות צלזיוס לשעה.</li>
		<li>ספין-קואט יחסי ציבור-1 ב 2500 סל ד ואופים ב 115 הלעפה תרוטרפמט 60 s.</li>
		<li>UV לחשוף את האזורים של יחסי ציבור-1 ישירות מעל האזורים שכבת הגנה ריבוע באמצעות aligner מסכת קשר של 15 s ולפתח 60 s בפתרון מפתח-1.</li>
		<li>להסיר את חשף לאחרונה, לא רצויים גראפן אזורים באמצעות טיפול פלזמה חמצן עבור 15 s.</li>
		<li>הסר את שאריות של יחסי ציבור-1 אצטון.</li>
		<li>שוטפים את הדגימה עם מים DI ומייבשים באוויר (איור דו-ממדי).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
הכנת גרפן תחמוצת ממברנות הערה: מסורתי פוטוליתוגרפיה ואחריו תהליך ההמראה ויה המבול חשיפה משמש תבנית בקרום קדימה.<ol>
<li>ספין-קואט יחסי ציבור-2 ב- 1700 סל ד 60 s על גבי בעבר מפוברק Al2O3/Cr הגנת השכבות כדי לקבל שכבה עבה 10 מיקרומטר. אופים את יחסי ציבור-2 115 ° C עבור 60 s, ואז לחכות 3 שעות.</li>
		<li>עם המסכה באותו המשמש עבור תכנים את שכבת הגנה Al2O3/Cr, UV לחשוף את הדגימה על aligner מסכת קשר 80 s לפתח עבור 90 s במפתחים-2 פתרון. לשטוף את הדגימה עם מים DI, מייבשת עם רובה אוויר.</li>
		<li>ביצוע של חשיפה UV שיטפון של המדגם כולו בלי מסיכה עבור 80 s.</li>
		<li>ספין-מעילו מוכן ללכת ואת תערובת מים (15 מ ג של אבקת קדימה ב-15 מיליליטר מים DI) על הדגימה-1000 סל ד 60 ס' בצע הספין-ציפוי סך של 3 פעמים.</li>
		<li>טובלים המדגם בפתרון מפתח-2 כדי לאפשר המראה של קדימה לא רצויים.</li>
		<li>לשטוף את הדגימה עם מים DI, בזהירות. מייבשת את הדגימה. עם רובה אוויר.</li>
		<li>תרמית לפנק את הדגימה על פלטה חמה ב 100 מעלות צלזיוס במשך 1 h (איור 2 h).</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. מתכת המתבנת פני השטח על-מבוססות-גראפן ממברנות
הערה: תהליך פוטוליתוגרפיה נפוצות נערך על מנת להשיג את המתבנת פני השטח באמצעות UV מסכת קשר aligner קרינה המאייד (ראה 1.2-1.4).
<ol><li>ליצור דפוסי עבה טיטניום (Ti) nm 20 על הממברנות מבוססות-גראפן בדוגמת.</li>
	<li>תרמית לפנק את הדגימה על פלטה חמה ב 100 ° C עבור h 1 (איור 2e גראפן) ו- 2i איור לפעולה.</li>
</ol>4. ייצור של פולימר מסגרות וצירים
<ol><li>על גבי ממברנות מבוססי גרפן עם Ti על פני השטח דפוסים, ספין-קואט יחסי ציבור-3 ב- 2500 סל"ד עבור 60 s כדי ליצור שכבה עבה 5 מיקרומטר ואופים ב 90 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות.</li>
	<li>UV לחשוף את הדגימות 20 s, לאפות ב 90 מעלות צלזיוס למשך 3 דקות, ולפתח עבור 90 s בפתרון מפתח-3.</li>
	<li>לשטוף את הדגימה עם די מים, אלכוהול איזופרופיל (IPA), בזהירות. מייבשת את הדגימה. עם רובה אוויר.</li>
	<li>פוסט-אופים את הדגימות ב 200 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות לשפר את הנוקשות מכני של המסגרות (PR-3) (איור 2f גראפן), דמות 2j לפעולה.</li>
	<li>כדי להפוך את התבנית ציר, ספין-קואט יחסי ציבור-2 ב- 1000 סל ד 60 s כדי ליצור סרט עבה 10 מיקרומטר על גבי המצע טרומיים. אופים ב- 115 הלעפה תרוטרפמט עבור 60 s ולחכות 3 שעות.</li>
	<li>UV לחשוף את הדגימה על aligner מסכת קשר 80 s לפתח עבור 90 s במפתחים-2 פתרון.</li>
	<li>לשטוף את הדגימה עם מים DI, בזהירות. מייבשת את הדגימה. עם רובה אוויר (איור 2 גרם עבור גראפן) ו- איור 2 k לפעולה.</li>
</ol>5. עצמית קיפול במים DI
הערה: כאשר הצירים יחסי ציבור-2 הם נמסו (או הזרמה מחדש), כוח מתח נוצר; לפיכך, המבנים 2D להפוך 3D מבנים (תהליך מתקפלים עצמית).
<ol><li>כדי לשחרר את מבנה דו-מימדית, להמיס את שכבת ההקרבה Cu מתחת לרשתות 2D ב etchant Cu (איור 2 l).</li>
	<li>להעביר את מבנה שוחרר לתוך אמבט מים DI באמצעות pipet ולשטוף היטב כמה פעמים כדי להסיר את etchant Cu שיורית.</li>
	<li>מבנה המקום דו-ממדי במים DI מחומם מעל נקודת ההיתוך של הפולימר (PR-2) צירים (איור 2 מ').</li>
	<li>לנטר את עצמי קיפול ב בזמן אמת באמצעות מיקרוסקופ אופטי ולהסיר ממקור חום על מכלול מוצלחת לקוביות סגור.</li>
</ol>6. הסרת שכבות הגנה
<ol><li>לאחר קיפול עצמית, להסיר Al2O3/Cr הגנת השכבות עם etchant Cr (2n איור).</li>
	<li>בעדינות להעביר את הקוביות לתוך אמבט מים DI ולשטוף היטב.</li>
</ol>

<ol><li>Geim, A. K., Novoselov, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+rise+of+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">The rise of graphene.</a> Nature Materials. 6 (3), 183-191 (2007).</li>
<li>Singh, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+based+materials%3A+Past%2C+present+and+future%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Graphene based materials: Past, present and future.</a> Progress in Materials Science. 56 (8), 1178-1271 (2011).</li>
<li>Bonaccorso, F., Sun, Z., Hasan, T., Ferrari, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+photonics+and+optoelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Graphene photonics and optoelectronics.</a> Nature Photonics. 4 (9), 611-622 (2010).</li>
<li>Wang, C., Li, D., Too, C. O., Wallace, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+Properties+of+Graphene+Paper+Electrodes+Used+in+Lithium+Batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Electrochemical Properties of Graphene Paper Electrodes Used in Lithium Batteries.</a> Chemistry of Materials. 21 (13), 2604-2606 (2009).</li>
<li>Bunch, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromechanical+resonators+from+graphene+sheets%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electromechanical resonators from graphene sheets.</a> Science. 315 (5811), 490-493 (2007).</li>
<li>Menaa, F., Abdelghani, A., Menaa, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+nanomaterials+as+biocompatible+and+conductive+scaffolds+for+stem+cells%3A+impact+for+tissue+engineering+and+regenerative+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Tissue+Engineering+and+Regenerative%22%5BJournal%5D)">Graphene nanomaterials as biocompatible and conductive scaffolds for stem cells: impact for tissue engineering and regenerative medicine.</a> Journal of Tissue Engineering and Regenerative. 9 (12), 1321-1338 (2015).</li>
<li>Han, M. Y., Özyilmaz, B., Zhang, Y., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+band-gap+engineering+of+graphene+nanoribbons%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Energy band-gap engineering of graphene nanoribbons.</a> Physical Review Letters. 98 (20), 206805(2007).</li>
<li>Son, Y. W., Cohen, M. L., Louie, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Half-metallic+graphene+nanoribbons%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Half-metallic graphene nanoribbons.</a> Nature. 444 (7117), 347-349 (2006).</li>
<li>Yan, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+current%E2%88%92+voltage+characteristics+of+graphene+nanoribbon+transistors+and+effect+of+edge+doping%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Intrinsic current− voltage characteristics of graphene nanoribbon transistors and effect of edge doping.</a> Nano Letters. 7 (6), 1469-1473 (2007).</li>
<li>Fei, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gate-tuning+of+graphene+plasmons+revealed+by+infrared+nano-imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Gate-tuning of graphene plasmons revealed by infrared nano-imaging.</a> Nature. 487 (7405), 82-85 (2012).</li>
<li>Joung, D., Zhai, L., Khondaker, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coulomb+blockade+and+hopping+conduction+in+graphene+quantum+dots+array%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review.+B%22%5BJournal%5D)">Coulomb blockade and hopping conduction in graphene quantum dots array.</a> Physical Review. B. 83 (11), 115323(2011).</li>
<li>Bacon, M., Bradley, S. J., Nann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Particle+%26+Particle+Systems+Characterization%22%5BJournal%5D)">Graphene quantum dots.</a> Particle & Particle Systems Characterization. 31 (4), 415-428 (2014).</li>
<li>Blees, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+kirigami%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Graphene kirigami.</a> Nature. 524 (7564), 204-207 (2015).</li>
<li>Michael Cai, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+instability+driven+self-assembly+and+architecturing+of+2D+materials%5BTitle%5D)+AND+%222D+Materials%22%5BJournal%5D)">Mechanical instability driven self-assembly and architecturing of 2D materials.</a> 2D Materials. 4 (2), 022002(2017).</li>
<li>Shenoy, V. B., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-folding+thin-film+materials%3A+From+nanopolyhedra+to+graphene+origami%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Self-folding thin-film materials: From nanopolyhedra to graphene origami.</a> MRS Bulletin. 37 (9), 847-854 (2012).</li>
<li>Zhu, S., Li, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogenation-Assisted+Graphene+Origami+and+Its+Application+in+Programmable+Molecular+Mass+Uptake%2C+Storage%2C+and+Release%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Hydrogenation-Assisted Graphene Origami and Its Application in Programmable Molecular Mass Uptake, Storage, and Release.</a> ACS Nano. 8 (3), 2864-2872 (2014).</li>
<li>Zhang, L., Zeng, X., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programmable+hydrogenation+of+graphene+for+novel+nanocages%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Programmable hydrogenation of graphene for novel nanocages.</a> Scientific Reports. 3, 3162(2013).</li>
<li>Vickery, J. L., Patil, A. J., Mann, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Graphene-Polymer+Nanocomposites+With+Higher-Order+Three-Dimensional+Architectures%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Graphene-Polymer Nanocomposites With Higher-Order Three-Dimensional Architectures.</a> Advanced Materials. 21 (21), 2180-2184 (2009).</li>
<li>Yang, X., Zhu, J., Qiu, L., Li, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioinspired+effective+prevention+of+restacking+in+multilayered+graphene+films%3A+towards+the+next+generation+of+high-performance+supercapacitors%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Bioinspired effective prevention of restacking in multilayered graphene films: towards the next generation of high-performance supercapacitors.</a> Advanced Materials. 23 (25), 2833-2838 (2011).</li>
<li>Choi, B. G., Yang, M., Hong, W. H., Choi, J. W., Huh, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+macroporous+graphene+frameworks+for+supercapacitors+with+high+energy+and+power+densities%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">3D macroporous graphene frameworks for supercapacitors with high energy and power densities.</a> ACS Nano. 6 (5), 4020-4028 (2012).</li>
<li>Niu, Z., Chen, J., Hng, H. H., Ma, J., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+leavening+strategy+to+prepare+reduced+graphene+oxide+foams%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">A leavening strategy to prepare reduced graphene oxide foams.</a> Advanced Materials. 24 (30), 4144-4150 (2012).</li>
<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+conformal+graphene+cages+on+micrometre-sized+silicon+particles+as+stable+battery+anodes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Energy%22%5BJournal%5D)">Growth of conformal graphene cages on micrometre-sized silicon particles as stable battery anodes.</a> Nature Energy. 1 (2), (2016).</li>
<li>Cho, J. H., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Assembly+of+Lithographically+Patterned+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Self-Assembly of Lithographically Patterned Nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (12), 4049-4052 (2009).</li>
<li>Cho, J. H., Azam, A., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three+Dimensional+Nanofabrication+Using+Surface+Forces%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Three Dimensional Nanofabrication Using Surface Forces.</a> Langmuir. 26 (21), 16534-16539 (2010).</li>
<li>Dai, C., Cho, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+Situ+Monitored+Self-Assembly+of+Three-Dimensional+Polyhedral+Nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">In Situ Monitored Self-Assembly of Three-Dimensional Polyhedral Nanostructures.</a> Nano Letters. 16 (6), 3655-3660 (2016).</li>
<li>Joung, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Assembled+Multifunctional+3D+Microdevices%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Electronic+Materials%22%5BJournal%5D)">Self-Assembled Multifunctional 3D Microdevices.</a> Advanced Electronic Materials. 2 (6), 1500459(2016).</li>
<li>Joung, D., Gu, T., Cho, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+Optical+Transparency+in+Self-Assembled+Three-Dimensional+Polyhedral+Graphene+Oxide%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Tunable Optical Transparency in Self-Assembled Three-Dimensional Polyhedral Graphene Oxide.</a> ACS Nano. 10 (10), 9586-9594 (2016).</li>
<li>Joung, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Assembled+Three-Dimensional+Graphene-Based+Polyhedrons+Inducing+Volumetric+Light+Confinement%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Self-Assembled Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons Inducing Volumetric Light Confinement.</a> Nano Letters. 17 (3), 1987-1994 (2017).</li>
<li>Lian, K., Ling, Z. G., Liu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+stability+of+SU-8+fabricated+microstructures+as+a+function+of+photo+initiator+and+exposure+doses%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE%22%5BJournal%5D)">Thermal stability of SU-8 fabricated microstructures as a function of photo initiator and exposure doses.</a> Proceedings of SPIE. 4980, 209(2003).</li>
<li>Winterstein, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SU-8+electrothermal+actuators%3A+Optimization+of+fabrication+and+excitation+for+long-term+use%5BTitle%5D)+AND+%22Micromachines%22%5BJournal%5D)">SU-8 electrothermal actuators: Optimization of fabrication and excitation for long-term use.</a> Micromachines. 5 (4), 1310-1322 (2014).</li>
<li>Syms, R. R. A., Yeatman, E. M., Bright, V. M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+tension-powered+self-assembly+of+microstructures+-+the+state-of-the-art%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Microelectromechanical+Systems%22%5BJournal%5D)">Surface tension-powered self-assembly of microstructures - the state-of-the-art.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 12 (4), 387-417 (2003).</li>
<li>Xie, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+fabrication+of+high-quality+carbon+nanoscrolls+from+monolayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Controlled fabrication of high-quality carbon nanoscrolls from monolayer graphene.</a> Nano Letters. 9 (7), 2565-2570 (2009).</li>
<li>Ferrari, A. C., Basko, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raman+spectroscopy+as+a+versatile+tool+for+studying+the+properties+of+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Raman spectroscopy as a versatile tool for studying the properties of graphene.</a> Nature Nanotechnology. 8 (4), 235-246 (2013).</li>
<li>Childres, I., Jauregui, L. A., Park, W., Cao, H., Chen, Y. P. Raman spectroscopy of graphene and related materials. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChildres%2C+I+%22New+developments+in+photon+and+materials+research%22">New developments in photon and materials research</a>. Jang, J. I. , Nova Science Publishers. Hauppauge NY. (2013).</li>
<li>Polsen, E. S., McNerny, D. Q., Viswanath, B., Pattinson, S. W., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-speed+roll-to-roll+manufacturing+of+graphene+using+a+concentric+tube+CVD+reactor%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">High-speed roll-to-roll manufacturing of graphene using a concentric tube CVD reactor.</a> Scientific Reports. , 5(2015).</li>
<li>Wu, T., Shen, H., Sun, L., You, J., Yue, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three+step+fabrication+of+graphene+at+low+temperature+by+remote+plasma+enhanced+chemical+vapor+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">Three step fabrication of graphene at low temperature by remote plasma enhanced chemical vapor deposition.</a> RSC Advances. 3 (24), 9544-9549 (2013).</li>
<li>Liu, C., Schauff, J., Joung, D., Cho, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remotely+controlled+microscale+3D+self-assembly+using+microwave+energy%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Technologies%22%5BJournal%5D)">Remotely controlled microscale 3D self-assembly using microwave energy.</a> Advanced Materials Technologies. 2 (8), 1700035(2017).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

עבור קוביות מפוברק עם CVD גרפן, כי כל פנים של קוביה נתון מעוצב עם מסגרת חיצונית סביב אזור2 ~ 160 × 160 מיקרומטר שעמד חופשי גרפן, גיליון אחד של גראפן חד שכבתי אין את הכוח הדרוש כדי להתיר עיבוד מקבילי של הקוביות. מסיבה זו, ממברנות גראפן המורכב משלוש שכבות של CVD גראפן חד שכבתי הסדינים המיוצר באמצעות שלושה גראפן נפרד העברות באמצעות מספר השלבים ציפוי/הסרת PMMA. מצד שני, להכנה ממברנה קדימה, אנו משתמשים גליונות בודדים ללכת במים, להשיג באמצעות שיטה של האמר ששונה27. כדי דפוס ע...

יריעות גרפן (2D) דו מימדי בעל מאפיינים אופטיים, אלקטרוני ומכאני יוצאת דופן, הפיכתם דגם מערכות ההתבוננות בתופעות קוונטיות חדשניים עבור מעגל אלקטרוני, הדור הבא, אלקטרוכימי, אלקטרו-מכאניים, ויישומי ביו1,2,3,4,5,6. מלבד המיוצר כמו 2D שכבתית המבנה של גרפן, לאחרונה, השינוי בגישות שונות נחקרו להתבונן פונקציונליות חדשה של גראפן ומחפשים הזדמנויות חדשות ליישום. לדוגמה, להתכוונן (או כוונון) את מאפייניו הפיזיים (קרי, סימום לרמת ו/או הלהקה מרווח) על-ידי התאמת הצורות או תכנים של דו-ממדי מבנה חד-ממדי (ד 1) או מבנה (0 ד) אפס-ממדי (למשל., גרפן נקודות קוונטיות nanoribbon או גראפן) נחקרה להשיג חדש פיסיקליות כולל אפקטים כליאה קוונטית, מצבי plasmonic לשפות אחרות, תפוצה המותאמות לשפות אחרות אלקטרון מקוטב-ספין קצה הברית7,8 ,9,10,11,12. בנוסף, משתנה המרקם של גראפן 2D מאת הקורסת (נקרא לעתים kirigami), delamination, קריסה, ניתורים, או ערימה של שכבות מרובות או שינוי צורת פני השטח גראפן על ידי העברת גראפן 2D על תכונה תלת-ממד (סובסטרט) כבר הראו שינוי של הגרפן wettability תכונות מכאניות, אופטיות ספקטרליות13,14.
מעבר לשנות את מבנה שכבות גראפן 2D ומורפולוגיה משטח, הרכבה של גראפן 2D לתוך functionalized, מוגדרים היטב, תלת מימדי (3D) polyhedrons היה עניין רב לאחרונה בקהילה גראפן להשיג פיזי חדש ו תופעות כימיות15. ב תורת, אלסטי, אלקטרוסטטית, ואן דר Waals אנרגיות של מבנים 2D מבוססת גרפן, ניתן למנף להפוך את הגרפן 2D שונים גראפן-אוריגמי 3D תצורות16,17 מבוסס על תפיסה זו, מחקרים מודלים תיאורטיים חקרו עיצובים מבנה תלת-ממדי גרפן, נוצר קרום דו-מימדית גרפן ננו, עם שימושים אפשריים משלוח סמים ואת כללי אחסון מולקולרית16,17. ובכל זאת, ההתקדמות ניסיוני של גישה זו הוא עדיין רחוק מלהיות מימוש יישומים אלה. מצד שני, פותחו מספר שיטות כימיים סינתטיים כדי להשיג מבנים תלת-ממד באמצעות תבנית בסיוע הרכבה, מכוון זרימה הרכבה, אבקת הרכבה, צמיחה קונפורמיים שיטות18,19 , 20 , 21 , 22. עם זאת, שיטות אלה מוגבלים כיום שהם לא מייצרים מבנה תלת-ממדי, חלול, סגור מבלי לאבד את מאפייני הסדינים גראפן מהותי.
. הנה, המותווה אסטרטגיה לבניית microcubes תלת-ממד, חלול, מבוסס גרפן (הכוללת מימד של ~ 200 מיקרומטר) על-ידי שימוש כמו אוריגמי מתקפל עצמית; התגברות על האתגרים בראש ובראשונה בבנייה של חומרים שעמד חופשי, חלול, 3D, לכל מקרה, מבוסס-גראפן. טכניקות קיפול עצמית כמו אוריגמי, דיבורית, תכונות מישורי lithographically בדוגמת 2D (קרי, מבוסס-גראפן ממברנות) מחוברים עם הצירים (קרי, רגיש תרמי פולימר, photoresist) על המפרקים השונים, ובכך ויוצרים 2D רשתות אשר מקפלים כאשר הצירים מחוממים כדי נמס בטמפרטורה23,24,25,26. קוביות מבוסס-גראפן הם הבינו עם ממברנה שחלונות חיבר כמה שכבות של תצהיר אדים כימיים (CVD) גדל גראפן או גראפן אוקסיד (קדימה) ממברנות; שניהם עם השימוש של פולימר מסגרות וצירים. הזיוף של קוביות מבוסס-גראפן תלת-ממד כולל: (i) הכנת שכבות הגנה, העברה (ii) גראפן-הממברנה, המתבנת, לפני שטח המתכת (iii) על ממברנות גרפן, מסגרת (iv) ואת צירי תכנים בתצהיר (v). קיפול עצמית, (vi) הסרה של שכבות הגנה (איור 1). מאמר זה מתמקד בעיקר בהיבטים מתקפלים עצמית של הזיוף קוביות מבוסס-גראפן תלת-ממד. ניתן למצוא פרטים על מאפיינים אופטיים פיזיקליות של קוביות מבוסס-גראפן 3D שלנו אחרים האחרונות פרסומים27,28.

<table><tbody><tr><td>אצטון</td><td>פישר כימיקל</td><td>A18P-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>תחמוצת אלומיניום</td><td>חברת קורט ג'יי לסקר</td><td>EVMALO-1-2.5</td><td>99.99% טהור</td></tr><tr><td>APS נחושת Etchant 100</td><td>Transene Company, Inc.</td>מצלמת <td></td><td>N/A</td></tr><tr><td>(לתמונה תלת-ממדית)</td><td>Nikon</td><td>D5100</td><td>1080p Full HD, פיקסלים אפקטיביים: 16.2 מיליון, גודל חיישן: 23.6 מ"מ x 15.6 מ"מ</td></tr><tr><td>CE-5 M מסכת כרום Etchant</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>N / A</td><td>N /</td></tr><tr><td>A מערכת גידול תצהיר כימי (CVD)</td><td>מותאם אישית</td><td>N/A</td><td>לינדברג / תנור צינור כחול</td></tr><tr><td>כרום</td><td>חברת קורט ג'יי לסקר EVMCR35J</td><td></td><td>99.95%</td></tr><tr><td>כרום טהור תחריט 473</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>N/</td><td>A Copper</td></tr><tr><td></td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCU40QXQJ</td><td>99.99% טהור</td></tr><tr><td>מפתח-1 (מפתח MF319)</td><td>Microposit</td><td>10018042</td><td>N/A</td></tr><tr><td>מפתח-2 (מפתח AZ)</td><td>Merck performance Materials Corp.</td><td>1005422496</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Developer-3 (מפתח SU-8)</td><td>MicroChem</td><td>NC9901158</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Digital Hot Plate</td><td>Thermo Scientific</td><td>HP131725</td><td>סדרת Super-Nuvoa, טמפרטורה מקסימלית: 370 & deg; </td></tr><tr><td>מערכת מאייד C E-Beam</td><td>Rocky Mountain Vacuum Tech.</td><td>N/A</td><td>RME-2000</td></tr><tr><td>תחמוצת גרפן</td><td>גוגרפן</td><td>N/A</td><td>טוהר: ~ 99%; יחס שכבה אחת: ~99%; &nbsp; עובי 0.7-1.2 ננומטר.</td></tr><tr><td>איזופרופיל אלכוהול</td><td>פישר כימי</td><td>A416-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>מיישר מסכה</td><td>Midas</td><td>MDA-400LJ</td><td>N/A</td></tr><tr><td>מיקרוסקופ</td><td></td><td>Omax NJF-120A</td><td>N/</td></tr><tr><td>A פולימתיל מתקרילט מרובה (PMMA)</td> <td>MicroChem</td><td>950 PMMA A9</td><td>N/A</td></tr><tr><td>פלזמת חמצן&nbsp;</td><td>טכניקס בע"מ</td><td></td><td>תחריט יונים תגובתי בקנה מידה מיקרו (RIE)</td></tr><tr><td>פוטו-רזיסט-1 (S1813 פוטו-רזיסט)</td><td>מיקרופוזיט</td><td>10018348</td><td>N/A</td></tr><tr><td>פוטו-רזיסט-2 (SPR220 Photoresist)MicroChem</td><td></td> <td>SPR00220-7G</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Photoresist-3 (SU-8 Photoresist)MicroChem</td><td></td> <td>SU-8-2010</td> N<td>/A</td></tr><tr><td>Profilometer</td><td>Tencor Instruments</td><td>N/A</td><td>Alpha-Step 200</td></tr><tr><td>רמאן</td><td>WITec אינסטרומנטס קורפ</td><td>Alpha300R</td><td>מיקרוסקופ רמאן קונפוקלי</td></tr><tr><td>סיליקון רקיק</td><td>Siltronic AG</td><td>N / A</td><td>קוטר 100 מ"מ, סוג N, פוליש צד אחד, גמישות: 560-840 ואומגה; ושור; ס"מ</td></tr><tr><td>ספינר</td><td>הכלים הטובים ביותר</td><td>S0114031123</td><td>SMART COATER 100</td></tr><tr><td>טיטניום</td><td>קורט ג'יי לסקר החברה</td><td>EVMTI45QXQA</td><td>99.99%</td></tr><tr><td>טהור אולטרסאונד מנקה</td><td>Crest Ultrasonics</td><td>N/A</td><td>סדרת Powersonic</td></tr></tbody></table>

ייצור polyhedrons מבוססי גראפן תלת מימדי באמצעות אוריגמי דמוי עצמי מתקפלים

Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding

ההרכבה של מימדי גרפן (2D) תלת מימדי (3D) למבנים לכל מקרה תוך שמירה על נכסים מצוינים של הגרפן הטמון כבר עניין רב לפיתוח יישומים הרומן התקן. . הנה, ייצור של 3D, microscale, חלולים polyhedrons (קוביות) בהיקף של כמה שכבות גראפן 2D או גראפן תחמוצת גליונות באמצעות תהליך עצמי קיפול אוריגמי דמוי מתואר. שיטה זו כרוכה בשימוש פולימר מסגרות, צירים, שכבות הגנה אלומיניום אוקסיד/כרום להפחית בעומס, מרחבית, ואת מתח פנים מדגיש על הממברנות מבוססות-גראפן כאשר הרשתות 2D הופכים קוביות תלת-ממד. התהליך מציע שליטה על הגודל והצורה של מבנים, כמו גם ייצור מקבילים. בנוסף, גישה זו מאפשרת היצירה של שינוי פני השטח על ידי מתכת על כל הפנים של קוביות תלת-ממד. מחקרים ספקטרוסקופיית ראמאן מראים שהשיטה מאפשרת השימור של מאפיינים מהותיים של הממברנות מבוססות גרפן, הממחיש את היציבות של השיטה שלנו.

איור 2 מציג תמונות של התהליכים ליטוגרפית של גראפן 2D ו מבנים נטו ללכת ותהליך עצמית מתקפלים עוקבות. תהליך עצמי מתקפלים מנוטר ב בזמן אמת באמצעות מיקרוסקופ ברזולוציה גבוהה. שני סוגי הקוביות מבוסס-גראפן 3D מקופלים ב ~ 80 ° c איור 3 ופורסת רצפי וידאו שנתפסו מציג עצמית קיפול של קוביות 3D מבוסס-גראפן באופן מקבילי. תחת תהליך אופטימיזציה, גישה זו מציגה תשואה הגבוהה של ~ 90%.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-pag...

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להרכבת polyhedrons מבוססי גראפן תלת-ממד באמצעות אוריגמי דמוי עצמי קיפול.

ייצור Polyhedrons מבוססי גראפן תלת מימדי באמצעות אוריגמי דמוי עצמי מתקפלים

The assembly of two-dimensional (2D) graphene into three-dimensional (3D) polyhedral structures while preserving the graphene's excellent inherent ...

פרוטוקול זה משתמש בשיטות קיפול עצמיות דמויי אוריגמי כדי ליצור פוליהדרון מבוסס גרפן תלת-ממדי. יריעות גרפן דו מימדיות בעלות תכונות אופטיות, אלקטרוניות ומכניות יוצאות דופן. על ידי התאמת הצורה של גרפן דו מימדי, ניתן לכוונן את תכונותיו הפיזיות, הכימיות וה האופטיות, אשר יכולות להציג התנהגויות חומריות חדשות, המאפשרות הזדמנויות יישום חדשות.בהקשר זה, שילוב גרפן דו מימדי במבנים של פוליהדרונים פונקציונליים, מוגדרים היטב, תלת מימדיים היה עניין רב לאחרונה בקהילת גרפן. פוליהדונים גרפן 3D עשוי להיות מועיל עבור יישומים רבים. דוגמאות לכך כוללות מיכלים המוגנים מפני גז ומים, אחסון מולקולרי, מערכות אספקה, אנקפסולציה של חומרים מבוססי נוזלים, לתצפית קלה במיקרוסקופ אלקטרונים, מכשירים אופטו-אלקטרוניים פונקציונליים וחומרי חומר.מספר מסלולים כימיים לייצור מבנים מבוססי גרפן תלת מימדי הוכנסו. עם זאת, שיטות אלה בדרך כלל דורשים תגובות כימיות חזקות, אשר משפיעים על המאפיינים המהותיים של גרפן ולהציג אתגרים בבניית עמידה חופשית, חלול, פוליהידונים גרפן 3D. כדי להתגבר על מגבלות אלה, מחקר זה מראה מתודולוגיה למימוש מיקרובים תלת-ממדיים רב-פרצופיים עם גרפן דו-ממדי ותחמוצת גרפן באמצעות קיפול עצמי דמוי אוריגמי.כדי לסייע בהקשר לתהליך הייצור הכולל של קוביות מבוססות גרפן תלת-ממדיות, סקירה מפושטת בת שישה שלבים תוצג כעת לפני הפרוטוקול המפורט. ראשית, הכינו את שכבות ההגנה. לאחר מכן, לבצע העברת גרפן קרום בדוגמת על שכבות ההגנה.לאחר מכן, ליצור דפוס משטח מתכת על קרום גרפן. לאחר מכן, הגדר מסגרות וצווים פולימריים. לאחר מכן, הפכו את הרשתות הדו-ממדיות לקוביות תלת-ממדיות באמצעות קיפול עצמי.לבסוף, הסר את שכבות ההגנה. בעזרת אידוי קרן אלקטרונים, יש להפקיד כרום בעובי 10 ננומטר ושכבות נחושת בעובי 300 ננומטר על מצע הסיליקון. פוטורסיסט מעיל ספין ב 2500 סל"ד ואחריו אפייה ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 שניות.חשוף את אזורי הרשת הדו-מימדיים המעוצבים לאור UV על מיישר מסכות מגע למשך 15 שניות ולאחר מכן פתח למשך 60 שניות במפתח. יש לשטוף את הדגימה במים דה-מיונשים ולייבש עם אקדח אוויר. הפקידו שכבת כרום בעובי 10 ננומטר והרימו את הפוטורסיסט הנותר באצטון.יש לשטוף את הדגימה במים דה-מיונשים ולייבש עם אקדח אוויר. כדי דפוס רשתות 2D עם תחמוצת אלומיניום שישה מרובע שכבות הגנה כרום על הרשתות, פוטורסיסט מעיל ספין ב 2, 500 סל"ד ואחריו אפייה ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 שניות. חשוף את שכבות ההגנה המרובעות המעוצבות לתאורת UV על מיישר מסכות מגע למשך 15 שניות והתפתח למשך 60 שניות במפתח.יש לשטוף את הדגימה במים דה-מיוניים ולייבש את המכה עם רובה אוויר. הפקידו שכבת תחמוצת אלומיניום בעובי 100 ננומטר בשכבת כרום בעובי 10 ננומטר. הסר את הפוטורסיסט הנותר באצטון.יש לשטוף את הדגימה במים דה-מיוניים ולייבש את המכה עם רובה אוויר. החל חתיכת 15 מילימטר מרובע של גרפן דבק על רדיד נחושת, לסובב מעיל PMMA דק ב 3000 סל"ד על פני השטח של גרפן. אופים ב 180 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות.מניחים את גרפן PMMA בסדין נחושת בשכבת נייר כסף, צף בצד נחושת למטה תחריט נחושת במשך 24 שעות כדי תחריט את רדיד הנחושת. לאחר רדיד הנחושת מומס לחלוטין, עוזב PMMA בגרפן, להעביר את גרפן מצופה PMMA צף על פני השטח של בריכה של מים deionized באמצעות זכוכית שקופית מיקרוסקופ כדי להסיר כל שאריות תחריט נחושת. חזור על העברת גרפן מצופה PMMA על בריכות מים deionized חדש מספר פעמים כדי לשטוף כראוי.מעבירים את גרפן מצופה PMMA צף על פיסת גרפן אחרת דבק על רדיד נחושת כדי לקבל קרום גרפן bilayer. לטפל תרמית גרפן שכבה כפולה על רדיד נחושת על צלחת חמה ב 100 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות. הסר את PMMA על גבי גרפן שכבה כפולה על רדיד הנחושת באמבטיית אצטון, משאיר גרפן, גרפן, מחסנית שכבת רדיד נחושת, ואחריו העברה למים deionized.חזור על העברת גרפן עוד פעם אחת כדי לקבל שלוש שכבות מוערמות של קרום גרפן. מניחים את PMMA, גרפן, גרפן, גרפן, וסדין שכבות רדיד נחושת, צד נחושת צף למטה תחריט נחושת במשך 24 שעות כדי תחריט את רדיד הנחושת. מעבירים את שלוש שכבות קרום גרפן מצופות PMMA לשכבות ההגנה על תחמוצת האלומיניום והכרום המפוברקות מראש.לאחר העברת גרפן, להסיר את PMMA עם אצטון. לאחר מכן, לטבול את המדגם במים deionized ויבש באוויר. לטפל תרמית גרפן רב שכבתי על המצע על צלחת חמה ב 100 מעלות צלזיוס במשך שעה אחת.פוטורסיסט מעיל ספין ב 2500 סל"ד ואופים ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 שניות. UV לחשוף את האזורים של photoresist ישירות מעל אזורי שכבת הגנה מרובע באמצעות מיישר מסכת מגע במשך 15 שניות. ואז לפתח במשך 60 שניות.הסר את אזורי גרפן לא רצויים שנחשפו לאחרונה באמצעות טיפול פלזמת חמצן במשך 15 שניות. הסר את שאריות פוטורסיסט באצטון. שוטפים את הדגימה במים דה-מיונים ויבשים באוויר.פוטורסיסט מעיל ספין ב 1700 סל"ד במשך 60 שניות על גבי תחמוצת אלומיניום מפוברק בעבר שכבות הגנה כרום כדי להשיג שכבה 10 מיקרומטר עבה. אופים את הפוטורסיסט ב-115 מעלות צלזיוס במשך 60 שניות ואז מחכים שלוש שעות. עם אותה מסכה המשמשת לתבנית תחמוצת האלומיניום ושכבות הכרום, UV לחשוף את המדגם על מיישר מסכת מגע במשך 80 שניות ולהתפתח במשך 90 שניות.יש לשטוף את הדגימה במים דה-מיונשים ולייבש עם אקדח אוויר. בצעו חשיפה לשיטפון UV של המדגם כולו ללא מסכה למשך 80 שניות. מעיל ספין תחמוצת גרפן מוכן תערובת מים על המדגם ב 1000 סל"ד במשך 60 שניות.בצע את ציפוי הספין בסך הכל שלוש פעמים. לטבול את המדגם במפתח כדי לאפשר הרמה של תחמוצת גרפן לא רצויים. תהליך ההמראה תחת מיקרוסקופ מוצג כאן עם הצילומים מואצים.יש לשטוף את הדגימה במים דה-מיונשים ולייבש בזהירות את הדגימה באמצעות אקדח אוויר. לטפל תרמית את המדגם על צלחת חמה ב 100 מעלות צלזיוס במשך שעה אחת. צור דפוסי טיטניום בעובי 20 ננומטר על גבי הממברנות המבוססות על גרפן בדוגמת.לטפל תרמית את המדגם על צלחת חמה ב 100 מעלות צלזיוס במשך שעה אחת. על גבי הממברנות המבוססות על גרפן עם דפוסי משטח טיטניום, מסובבים פוטורסיסט מעיל ב-2500 סל"ד למשך 60 שניות כדי ליצור שכבה בעובי חמישה מיקרומטר ואופים ב-90 מעלות צלזיוס למשך שתי דקות. UV לחשוף את הדגימות במשך 20 שניות, לאפות ב 90 מעלות צלזיוס במשך שלוש דקות, ולהתפתח במשך 90 שניות.יש לשטוף את הדגימה במים לא מיונים ובאלכוהול אירופרופיל, ולייבש בזהירות את הדגימה באמצעות אקדח אוויר. לאחר לאפות את הדגימות ב 200 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות כדי לשפר את הנוקשות המכנית של מסגרות. כדי להפוך את דפוס הציר, לסובב פוטורסיסט מעיל ב 1000 סל"ד במשך 60 שניות כדי ליצור סרט בעובי 10 מיקרומטר על גבי המצע הטרומי.אופים ב-115 מעלות במשך 60 שניות ומחכים שלוש שעות. UV-לחשוף את המדגם על מיישר מסכת מגע במשך 80 שניות ולהתפתח במשך 90 שניות. יש לשטוף את הדגימה במים דה-מיונשים ולייבש בזהירות את הדגימה באמצעות אקדח אוויר.כדי לשחרר את המבנים הדו-ממדיים, ממיסים את שכבת הקרבת הנחושת מתחת לרשתות הדו-ממדיות בתחריט נחושת. בזהירות להעביר את המבנים ששוחררו לתוך אמבט מים deionized באמצעות פיפטה ולשטוף כמה פעמים כדי להסיר את תחריט נחושת שיורית. מניחים את המבנים הדו-מימדיים במים דה-מיונים, מחוממים מעל לנקודת ההיתוך של צירי הפולימר.נטר את הקיפול העצמי בזמן אמת באמצעות מיקרוסקופיה אופטית והסר ממקור החום עם הרכבה מוצלחת לקוביות סגורות. לאחר קיפול עצמי, להסיר את תחמוצת אלומיניום ושכבות הגנה כרום עם תחריט כרום. מעבירים בעדינות את הקוביות לאמבט מים דה-מיון ושטיפת בזהירות.התמונות האופטיות מראות את התהליכים הליתוגרפיים של מבני רשת גרפן ותחמוצת גרפן הדו-ממדיים ואת תהליך הקיפול העצמי שלאחר מכן. תהליך הקיפול העצמי מנוטר בזמן אמת באמצעות מיקרוסקופ ברזולוציה גבוהה. שני הסוגים של קוביות מבוססות גרפן תלת מימד מקופלים בכ-80 מעלות צלזיוס.הדמויות פורסות רצפים שצולמו בוידאו המציגים קיפול עצמי של קוביות מבוססות גרפן תלת-ממדיות באופן מקביל. תחת תהליך ממוטב, גישה זו מציגה את התשואה הגבוהה ביותר של כ -90 אחוזים. הנתונים מראים תמונות אופטיות של קוביות גרפן ותחמוצת גרפן שהורכבו תלת-ממדיות עם ובלי תבניות משטח.הגודל הכולל של הקוביות המקופלות הוא 200 מיקרומטר רוחב על ידי 200 מיקרומטר על ידי 200 מיקרומטר גבוה. תכונות בדוגמת טיטניום בעובי 20 ננומטר ו אותיות UMN מוגדרות על כל פנים של קוביות מבוססות גרפן תלת-ממדיות. הנתונים כוללים ספקטרוסקופיה של Raman של רשתות מבוססות גרפן 2D וקוביות מבוססות גרפן תלת מימד.התוצאות אינן מראות שינויים ניכרים בתמונת השיא ובעוצמה של קרום גרפן ותחמוצת גרפן לאחר הקיפול העצמי. עם זאת, כאשר לא נעשה שימוש בשכבות הגנה, נצפו שינויים ניכרים ברמות שיא יחסיות, המצביעים על שינויים או נזק למאפייני גרפן במהלך הקיפול העצמי. שיטה זו מאפשרת פיתוח של מכשירים ביו-רפואיים, אלקטרוניים ואופטיים, כולל חיישנים ומעגלים חשמליים תוך שימוש ביתרונות הרבים של תצורות תלת-מימדיות.יתר על כן, מאז התהליך משתמש בתמונה מוקדמת רק חומרים מבוססי גרפן, שיטה זו עשויה להיות מיושמת על חומר דו מימדי אחר, כגון סכיני מגמות-ja-men-a ai chai-hus ודרכונים שחורים, ובכך לאפשר הזדמנות זו לשמש בפיתוח תצורות הדור הבא 3D של חומרים דו-ממדיים.

fabrication-three-dimensional-graphene-based-polyhedrons-via-origami

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מתארים פרטים ניסיוניים של הסינתזה של חלקיקים בדוגמת וreconfigurable משני מבשרים ממדיים (2D). מתודולוגיה זו יכולה לשמש ליצירת חלקיקים במגוון צורות, כולל פאונים ומכשירים נאחזו בסולמות אורך נעים בין מייקרו לקנה מידה של סנטימטר.

אוריגמי השראה עצמית הרכבה של חלקיקים בדוגמת וReconfigurable

אוריגמי DNA היא שיטה רבת עוצמה לייצור אובייקטים ננומטריים מדויקים על ידי תכנות ההרכבה העצמית של מולקולות DNA. כאן אנו מתארים פרוטוקול לקיפול של רובוט מגיב ביולוגית מאוריגמי DNA, טיהורו וצביעתו השלילית להעברת הדמיה מיקרוסקופית אלקטרונית (TEM).

מתקפל ואפיון של רובוט ביו-תגובה מה- DNA אוריגמי

Microdevice עם פוטנציאל תפוקה גבוהה משמש כדי להדגים dielectrophoresis תלת ממדי (3D) (DEP) עם חומרים חדשים. נייר nanoplatelet גרפן וסרט דו צדדי נערמו לסירוגין; מיקרו היטב 700 מיקרומטר נקדח רוחבי לשכבות. התנהגות DEP של חרוזי פוליסטירן הודגמה במייקרו היטב.

פיתוח של התקנים 3D גראפן אלקטרודה dielectrophoretic

שיטת וידאו זו מתארת סינתזה של שטח פנים גבוה, חומרים מונוליטיים מבוססי גרפן תלת מימדיים שמקורם במבשרי פולימרים כמו גם תחמוצת גרפן בשכבה אחת.

סינתזה וFunctionalization של חומרים ננו-גרפן 3D: הרכבות מאקרו Aerogels גראפן וגראפן

אנו מדגימים את השימוש בדבקים אירוסול בדוגמת לבנות מכשירים microfluidic נייר 3D. שיטה זו של טפסי בקשה דבקים אג"ח חצי קבוע בין שכבות, מה שמאפשר מכשירים לשימוש חד-פעמיים להיות הלא הרסנית מפורק לאחר שימוש כדי להקל מבני nonplanar מורכבים מתקפל.

באמצעות דפוסים דבקים כדי לבנות התקני 3D נייר Microfluidic

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להכין ולדמיין מבנים משניים (כגון סיבים, ארכיטקטורות טבעתיות, ו-תחומי ננו) נגזרים polycarbodiimides סליל. מורפולוגיה מאופיין הן במיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) הוצגה תלוי המבנה המולקולרי, ריכוז, ואת ממס של בחירה.

מורפולוגיה הרכבה עצמיות המתקבלות סליל Polycarbodiimide קופולימרים ונגזר triazole שלהם

כאן אנו מציגים פרוטוקול להרכבת C60/graphene היברידית nanostructures על ידי אידוי תרמי הפיזי. במיוחד, מניפולציה נאותה של התצהיר ותנאים מחזק לאפשר השליטה היצירה של 1D ו- C 1D הקבועה60 מבנים על גראפן גלי.

הכנה ואפיון של C60/Graphene היברידית Nanostructures

בעבודה זו אנו מתארים טכניקה המשמשת ליצירת קריסטלים חדשים (ואן דר וואלס הטרובנים) על ידי הערמה של חומרים דו-ממדיים שכבתית באולטרסאונד עם שליטה מדויקת על המיקום ועל אוריינטציה יחסית.

בדיית ואן דר ואלס הטרובנים עם יישור סיבוב מדויק

שילוב של תמיסה וסינתזה בסיוע פני השטח פותח כיוונים חדשים בסינתזה המדויקת מבחינה אטומית של ננו-מבנים. מיקרוסקופ מנהור סורק (STM) בתוספת מיקרוסקופ כוח אטומי ללא מגע (nc-AFM) מאפשר אפיון מפורט של ננו-עצמים מבוססי פחמן שתוכננו ונוצרו לאחרונה.

הדמיה מיקרוסקופית של ננוגרפים נקבוביים מסונתזים באמצעות שילוב של תמיסה וכימיה על פני השטח

כאן, אנו מתארים פרוטוקול ליישום שכבה אחת של גרפן על רשתות מיקרוסקופיית אלקטרונים וכיצד להכין אותם לשימוש בקביעת מבנה cryoEM.

ייצור רשתות מצופות גרפן חד-שכבתיות למיקרוסקופ קריואלקטרון

מאמר זה מציג פרוטוקול ממוטב ומושכל ניסיון לייצור התקני סופר-סריג moiré מבוססי גרפן באיכות גבוהה עם זוויות פיתול מדויקות, תוך שימוש בטכניקת העברה יבשה שונה המבוססת על מערך העברה מותאם-במיוחד וניתן לכוונון גבוה.

הליך ייצור אופטימלי עבור התקני Moiré Superlattice מבוססי גרפן באיכות גבוהה

למד לייצר פוליהדרונים מבוססי גרפן תלת מימדיים באמצעות שיטות אוריגמי מתקפלות עצמית. פרוטוקול זה מציג יצירת מבנים גרפניים תלת מימדיים ליישומים במדעי החומרים וביוטכנולוגיה.

ייצור Polyhedrons מבוססי גראפן תלת מימדי באמצעות אוריגמי דמוי עצמי מתקפלים

גלה סרטונים נוספים