בדיית ואן דר ואלס הטרובנים עם יישור סיבוב מדויק

פרוטוקול זה מאפשר יצירת חומרים שלא היו קיימים בעבר בטבע, במטרה לחשוף תופעות פיזיקליות לשעבר או לפתח מכשירים מעולים ליישומים טכנולוגיים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא כי הציוד יכול להיות מופעל מרחוק בבקרת הסביבה, וזה יכול להפחית את הסיכון לשגיאה ידנית וגם זה יכול לשפר את ניקיון המדגם. יתר על כן, המערכת מצוידת בשלב סיבובי, וזה מאפשר למשתמש להגיע ליישור זוויתי תת-מעלות בין שני הפתיתים.

כפי שאנו עובדים עם גבישים דקים ושטחי פנים קטנים, זיהוי של פתית בגודל המתאים יכול להיות מאתגר לעין לא מאומן. בנוסף, גודלו הקטן של הגביש יכול בקלות להוביל לתסיסה במהלך הליך ההעברה. לכן מומלץ לבצע צעדים אלה בקפדנות.

שלבים רבים בפרוטוקול כוללים פרטים מסוימים שקשה להסביר, אך הם הרבה יותר פשוטים למעקב כאשר הם מוצגים באופן חזותי. על מנת לדמיין את תהליך ההעברה, יש להשתמש במיקרוסקופ אופטי שיכול לפעול תחת תאורת שדה בהיר. לצייד את המיקרוסקופ עם 5x, 50x ו 100x מטרות למרחק עבודה ארוכה.

המיקרוסקופ חייב להיות מצויד גם במצלמה המתחברת למחשב. לצייד שני מניפולטורים נפרדים, המוצגים כאן, כדי לשלוט במיקום הקריסטלים בנפרד. פברק מחזיקי מדגם מותאמים אישית שיכולים לתמוך בשקופית זכוכית.

מחזיק דגימה זה ישמש למיקום הקריסטל העליון. עבור המניפולטורים התחתונים, מניחים גוף חימום שטוח במחזיק קרמיקה מזכוכית במכונה ומדביקים אותו לשלב המסתובב. לאחר מכן, חבר את גוף החימום לאספקת חשמל ולבקר טמפרטורה.

טביעה ריבוע של אחד על אחד סנטימטר מ ופל תחמוצת סיליקון בסקילר מלא אצטון ולאחר מכן למקם את העץ לתוך מנקה קולי. לאחר 10 דקות, להשתמש בזוג פינצטה כדי להסיר את הוופל מן המקור ולשטוף אותו עם isopropanol, ולאחר מכן לייבש את הוופל באמצעות אקדח חנקן. לאחר מכן, הסר בזהירות חלק מהקריסטל והצב אותו על פיסת סרט דבק בדרגת מוליכים למחצה.

קח חתיכה שנייה של סרט הדבקה ולחץ עליו בחוזקה כנגד הקלטת הראשונית המחזיקה את הקריסטל. לקלף את שתי חתיכות של קלטת, חוזר מספר פעמים, כדי לייצר חתיכות דקות רבות של קריסטל. לחץ על סרט הדבקה עם גבישים דו-מימדיים דקים על מצע שניקה זה את זה, כך שהקריסטל נמצא במגע ישיר עם המצע ו לקלף את הקלטת כדי להשאיר פתיתים פילינג על המצע.

כדי להסיר כל דבק שיורית, מניחים את הדגימה וכתוצאה מכך לתוך מקור מלא אצטון. לאחר 10 דקות, להסיר את הדגימה, לשטוף עם isopropanol ויבש עם אקדח חנקן. בדוק את הפתיתים exfoliated באמצעות מיקרוסקופ אופטי כדי להעריך את עובי שלהם על ידי הערכת הניגוד האופטי של הפתית עם המצע.

לאחר מכן, השתמש ב- AFM במצב הקשה כדי לכמת טוב יותר את מורפולוגיה פני השטח ולמדוד את עובי הפתיתים. הכינו את המצע העליון להליך ההעברה על ידי פילינג הקריסטל על מגלשת זכוכית עם סרט פולימטילמטאקרילאט מחובר. לאחר קבלת מצע נקי כפי שהוצג בעבר, מניחים את המצע על מעיל ספין ולכסות אותו עם אלכוהול פוליוויניל.

סובב את המצע ב-3,000 סל"ד למשך דקה אחת כדי לייצר שכבה בעובי של כ-450 ננומטר. לאחר מכן, מניחים את המצע ישירות על צלחת חמה ואופים אותו חשף ב 75 מעלות צלזיוס במשך חמש דקות. לאחר הקירור, מניחים את המצע בחזרה על מעיל ספין ומכסים אותו עם polymethylmethacrylate.

מעיל ספין שכבה בעובי 820 ננומטר של PMMA על המצע ב 1, 500 סל"ד לדקה אחת. לאחר ציפוי ספין, מניחים את המצע בחזרה על הצלחת החמה ואופים אותו חשף ב 75 מעלות צלזיוס. לאחר חמש דקות, להסיר את המצע מהצלחת החמה ולהמקם חתיכות של סרט דבק לאורך הקצוות שלה כדי ליצור מסגרת קלטת.

לאחר מכן, מקלף באופן מכני גביש דו-מימדי על משטח PMMA כפי שמוצג בסעיף הקודם. השתמשו בזוג פינצטה חד כדי להפריד את ה-PMMA מה-PVA, ולקלף באיטיות את מסגרת הקלטת. שכבת PMMA וקריסטל פילינג, יחד עם מסגרת הסרט, יתנתקו מה- PVA במצע סיליקון תחמוצת-ופל.

לאחר מכן, הפוך את מסגרת הקלטת והצב אותה על תמיכה במכונה כך שהקריסטל פונה כלפי מטה. מניחים את המדגם תחת מיקרוסקופ אופטי ולהשתמש זוג פינצטה חדה למקם מכונת כביסה קטנה דווקא על הסרט PMMA, כך שהוא מקיף את הפתית הרצוי. לאחר מכן, הורידו מגלשת זכוכית ודבקו בפולימר על ידי לחיצה עליו כנגד הקלטת החשופה.

הנח את המצע המוכן בשלב התחתון של הגדרת ההעברה. על מצע זה, לזהות את המיקום של הפתית הרצוי. הפתית הזה יהפוך לקריסטל התחתון.

לאחר מכן, מקם את המצע העליון במחזיק המצע העליון של הגדרת ההעברה. באמצעות מטרת הגדלה נמוכה, להביא את המצע התחתון לפוקוס ולרכז את הפתית הרצוי. לאט לאט להוריד את המצע העליון עד שהוא יכול להיראות על ידי המטרה.

לאחר מכן, להתאים את המיקום הצדדי שלה ואת היישור הסיבובי של שני הפתיתים. כאשר הפתיתים קרובים להיות מיושרים לפי הרצון, לעבור למטרה 50x ולהמשיך להוריד את המצע העליון, תוך התאמת יישור פתיתים. לאחר מכן, לאחר מיושר, להוריד את המצע העליון עד הפתית העליון לחלוטין יוצר קשר עם הפתית התחתון.

המגע מורגש עקב שינוי פתאומי בצבע. כאשר מגע נעשה, מחממים את המצע התחתון ל 75 מעלות צלזיוס עבור הידבקות טובה יותר של PMMA למצע התחתון. PMMA יתנתק מגלשת הזכוכית.

לאחר מכן, נקה את המצע התחתון כדי להסיר את סרט PMMA. כדי להשתמש בשיטת ההטבעה של העברת פתיתים, מקם תחילה את המצע בשלב התחתון של הגדרת ההעברה. על מצע זה, לזהות את המיקום של הפתית הרצוי, אשר יהיה הקריסטל התחתון.

לאחר מכן, מניחים את המצע העליון לתוך המחזיק של הגדרת ההעברה לחמם את המצע התחתון ל 100 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, ליישר ולהביא את הגביש העליון במגע עם הפתית התחתון. לאחר מגע מלא נעשה בין שני פתיתים, לאט להעלות את המצע העליון.

התוצאה היא הירידה של הפתית העליון מהחותמת למצע התחתון. גבישים של נזלת רניום הם אידיאליים להדגמת יישור זוויתי, כי זה מקלף מכנית כמו ברים מוארכים עם קצוות מוגדרים היטב. כאן, הפתית העליון הוצב בזווית של 75 מעלות לקריסטל התחתון באמצעות שיטת ההחתמה PDMS המוצגת בסרטון זה.

מיקרוסקופ כוח אטומי שימש למדידת זווית הסיבוב בין הפתיתים העליונים והתחתונים. באמצעות הליך PMMA PVA, הגדרת ההעברה שימשה בהצלחה ליצירת מבנה המורכב משני פתיתי מונולייה של מוליבדן דיסולפיד. המונואים הבודדים מוצגים כאן על PMMA וסיליקון דו-חמצני.

תוצאות ההליך המודגם במבנה המוצג כאן באמצעות מיקרוסקופ אופטי. פרטים נוספים, כגון עובי ואת המיקום היחסי של monolayer מוערם ניתן לאשר באמצעות AFM. החלקים החשובים ביותר של הליך זה הם יישור מעברי סיבובי של הפתיתים.

קיימות שיטות העברה אחרות והן פועלות על פי פרוטוקול דומה, ופולימרים שונים וקריסטלים דו-ממדיים יכולים לשמש לייצור מבנים מסוימים. וכמובן, ניתן להשתמש בשיטות ניקוי נוספות כדי להבטיח משטחי גביש וטהור וממשקים. בעת שימוש בכימיקלים כגון PMMA, אצטון ואחרים, הקפד ללבוש את ציוד המגן האישי הנכון ולבצע את השלבים בסביבה מאווררת היטב, כגון מכסה המנוע אדים.