Molding Fabrication, densificazione e Replica di microstrutture 3D Nanotubi di carbonio

Sommario

Presentiamo metodi per la fabbricazione di microstrutture fantasia dei nanotubi di carbonio allineati verticalmente (CNT) e loro impiego come stampi master per la produzione di microstrutture polimero con struttura superficiale organizzata nanoscala. Le foreste sono CNT densificato dalla condensazione del solvente sul substrato, che aumenta notevolmente la loro densità e permette di auto-formazione di forme 3D.

Abstract

L'introduzione di nuovi materiali e processi di microfabbricazione è, in gran parte, ha consentito molti progressi importanti in microsistemi, lab-on-a-chip di dispositivi, e le loro applicazioni. In particolare, le capacità di costo-efficacia fabbricazione di microstrutture polimeriche sono stati trasformati con l'avvento della litografia morbida e tecniche micromolding altri ^{1, 2,} e questo ha portato una rivoluzione nelle applicazioni di microfabbricazione di ingegneria biomedica e biologia. Tuttavia, resta una sfida per fabbricare microstrutture con ben definiti texture di superficie su scala nanometrica, e per fabbricare arbitrarie forme 3D alla micro-scala. Robustezza di stampi master e il mantenimento dell'integrità della forma è particolarmente importante per ottenere la replicazione ad alta fedeltà di strutture complesse e preservare la loro consistenza superficiale su scala nanometrica. La combinazione di strutture gerarchiche e forme eterogenee, è una grande sfida ai metodi di microfabbricazione esistenti che largely contare su top-down incisione maschera utilizzando i modelli fissi. D'altra parte, dal basso sintesi di nanostrutture, quali nanotubi e nanofili possono offrire nuove capacità di microfabbricazione, in particolare sfruttando la collettiva autorganizzazione di nanostrutture, e il controllo locale del loro comportamento di crescita rispetto a differenti microfabbricati .

Il nostro obiettivo è quello di introdurre i nanotubi di carbonio allineati verticalmente (CNT), che si riferiscono a come CNT "foreste", come materiale di microfabbricazione nuovo. Vi presentiamo i dettagli di una serie di metodi correlati recentemente sviluppate dal nostro gruppo: fabbricazione di microstrutture CNT forestali da CVD termica da film di catalizzatore lithographically fantasia sottili; auto-diretto densificazione elastocapillary di microstrutture CNT, e stampaggio replica di polimero microstrutture con stampi padrone compositi CNT . In particolare, il nostro lavoro mostra che l'auto-diretto densificazione capillare ("capillare formazione"), che è performed per condensazione di un solvente sul substrato con microstrutture CNT, aumenta significativamente la densità di impaccamento di CNT. Questo processo consente la trasformazione diretta di verticale microstrutture CNT in forme diritte, inclinate, e contorto, che hanno robusti proprietà meccaniche superiori a quelle dei polimeri di microfabbricazione tipici. Questa svolta in consente la formazione di muffe maestri nanocompositi CNT-driven dal capillare infiltrazione di polimeri. Le strutture replica mostrano la struttura anisotropa nanoscala dei CNT allineati, e può avere pareti con sub-micron di spessore e proporzioni superiori a 50:1. Integrazione di microstrutture CNT nella fabbricazione offre un'ulteriore opportunità di sfruttare le proprietà elettriche e termiche di nanotubi di carbonio e capacità diverse per l'industria chimica e funzionalizzazione biochimica ^3.

Protocollo

1. Catalyst Patterning

1. Acquisire una (100) wafer di silicio con uno strato di diossido di silicio spesso 3000A, con almeno un lato lucido. In alternativa, si può acquistare un wafer di silicio nudo e crescere 3000A diossido di silicio sul wafer. Tutte le lavorazioni descritto di seguito viene eseguita sul lato lucido del wafer.
2. Spincoat uno strato di HMDS a 500rpm per 4s, poi a 3000rpm per 30s. HMDS favorisce l'adesione tra il wafer ed il fotoresist.
3. Spincoat uno strato di SPR-220-3 a 500rpm per 4s, poi a 3000rpm per 30s.
4. Cuocere la cialda su una piastra a 115 ° C per 90s.
5. Utilizzando la maschera desiderata per p....

Discussione

Patterning litografica e preparazione del catalizzatore CNT substrati è semplice e ripetibile, tuttavia, il raggiungimento di crescita sostenuto CNT richiede attenzione a come l'altezza e la densità delle foreste CNT sono influenzati dall'umidità ambientale e la condizione del tubo crescita. Nella nostra esperienza, i modelli di dimensioni superiori a 1.000 micron ² sono meno sensibili alle piccole fluttuazioni delle condizioni di trasformazione. Inoltre, la densità dei giochi modelli influenza la den.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Nome del reattivo	Azienda	Numero di catalogo	Comments
4 "di diametro <100> wafer di silicio rivestiti con SiO 2 (300 nm)	Silicon Quest	Costume
Fotoresist positivo	MicroChem	SPR 220-3,0
Hexamethyldisilizane (HMDS)	MicroChem
Sviluppatore	AZ Electronic Materials Corp. USA	AZ 300 MIF
Sistema di Sputtering	Kurt J. Lesker	Lab 18	Sputtering sistema catalizzatore per la deposizione
Thermo Fisher-Minimite	Fisher Scientific	TF55030A	Forno tubolare per la crescita CNT
Tubo di quarzo	Prodotti di vetro tecnici	Costume	22 ID 25 mm OD 30 "di lunghezza
Gas elio	PurityPlus	Egli (prepurificato 300)
Idrogeno gas	PurityPlus	H 2 (prepurificato 300)	UHP
Etilene gas	PurityPlus	C 2 H 4 (prepurificato 300)	UHP
Lamiera di alluminio forata	McMaster-Carr	9232T221	Per il fissaggio di esempio sopra riportato bicchiere densificazione
Flood lampada UV	Dymax	Model 2000
SU-8 2002	MicroChem	SU-8 2002
Polidimetilsilossano (PDMS)	Dow Corning	Sylgard 184 Kit Silicone elastomero