Le microfibre di carbonio vetroso lungo e cavo sono state fabbricate sulla base della pirolisi di un prodotto naturale, capelli umani. Le due fasi di fabbricazione di sistemi microelettromeccanici e di nanoelettromeccanici in carbonio, o C-MEMS e C-NEMS, sono: (i) la fotolitografia di un precursore polimerico ricco di carbonio e (ii) la pirolisi del precursore polimerico modellato.
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Articolo metodologico
Fabbricazione di sistemi microelettromeccanici a carbonio 3D (C-MEMS)
In questo articolo
Sommario
Abstract
Sono disponibili una vasta gamma di fonti di carbonio in natura, con una varietà di configurazioni micro / nanostrutture. Qui viene introdotta una tecnica innovativa per la fabbricazione di microfibre di carbonio vetroso lungo e cave provenienti dai peli umani. Le strutture lunghe e cave di carbonio sono state fatte dalla pirolisi dei capelli umani a 900 ° C in atmosfera N2. La morfologia e la composizione chimica dei peli umani naturali e pirolizzati sono stati studiati rispettivamente utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la spettroscopia a raggi X dispersivi a elettroni (EDX) per stimare i cambiamenti fisici e chimici dovuti alla pirolisi. La spettroscopia Raman è stata utilizzata per confermare la natura vetrosa delle microstrutture del carbonio. Il carbonio dei capelli pirolizzati è stato introdotto per modificare elettrodi di carbonio stampati a schermo; Gli elettrodi modificati sono stati quindi applicati al rilevamento elettrochimico della dopamina e dell'acido ascorbico. La prestazione sensoriale dei sensori modificati è stata migliorata rispetto agli unmodiSensori. Per ottenere la struttura desiderata del carbonio, è stata sviluppata la tecnologia del micro- / nanoelettromeccanico del carbonio (C-MEMS / C-NEMS). Il più comune processo di fabbricazione di C-MEMS / C-NEMS è costituito da due fasi: (i) il patterning di un materiale base ricco di carbonio, come un polimero fotosensibile, utilizzando fotolitografia; E (ii) carbonizzazione attraverso la pirolisi del polimero modellato in un ambiente senza ossigeno. Il processo C-MEMS / NEMS è stato ampiamente utilizzato per sviluppare dispositivi microelettronici per varie applicazioni, tra cui micro-batterie, supercapacitors, sensori di glucosio, sensori di gas, celle a combustibile e nanogeneratori triboelettrici. Qui vengono discussi i recenti sviluppi di microstrutture solide e microstrutture a carbonio con SU8 fotoresist. Il ritiro strutturale durante la pirolisi è stato studiato utilizzando microscopia confocale e SEM. La spettroscopia Raman è stata utilizzata per confermare la cristallinità della struttura e la percentuale atomica degli elementi presaNt nel materiale prima e dopo che la pirolisi è stata misurata usando EDX.
Introduzione
Il carbonio ha molte allotropie e, a seconda della particolare applicazione, può essere scelto uno dei seguenti allotropi: nanotubi di carbonio (CNT), grafite, diamante, carbonio amorfo, lonsdaleite, buckminsterfullerene (C 60 ), fullerite (C 540 ), fullerene C 70 ) e carbonio vetroso 1 , 2 , 3 , 4 . Il carbonio glassy è una delle allotropes più utilizzate a causa delle sue proprietà fisiche, compresa l'alta isotropia. Ha anche le seguenti proprietà: buona conducibilità elettrica, basso coefficiente di e....
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Protocollo
1. Fabbricazione 3D del tessuto carbonio derivato dai capelli umani
NOTA: utilizzare dispositivi di protezione individuale. Seguire le istruzioni di laboratorio per utilizzare gli strumenti e lavorare all'interno del laboratorio.
- Preparare i capelli umani raccolti lavandolo con acqua DI e asciugandolo con gas N 2 .
- Disporre i capelli come desiderato, ad esempio in fili paralleli, attraversare, con due peli avvolti, ecc.
- Fissare i capelli a un substrato di silicio utilizzando SU8 o tenerli direttamente in una barca in ceramica.
- Posizionare il substrato o la barca in silicone ....
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Risultati
Uno schema del processo di fabbricazione per microfibre di carbonio vuoto derivato dai capelli umani è mostrato in Figura 1 . I capelli umani carbonizzati sono stati caratterizzati utilizzando SEM per stimare il ritiro. Il diametro dei capelli è diminuito da 82,88 ± 0,003 μm a 31,42 ± 0,003 μm a causa della pirolisi. Le immagini di scansione elettronica microscopica (SEM) di vari modelli realizzati utilizzando microfibre di carbonio derivate dai capelli sono.......
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Discussione
In questo documento sono stati riportati i metodi per la fabbricazione di una varietà di microstrutture di carbonio basate sulla pirolisi dei materiali precursori naturali o strutture fotopolimerizzate. I materiali di carbonio risultanti sia dai processi C-MEMS / C-NEMS tradizionali che non convenzionali sono tipicamente riscontrabili come carboni vetrosi. Il carbonio Glassy è un materiale elettrodo molto usato per l'elettrochimica e per applicazioni ad alta temperatura. La microstruttura del carbonio vetroso è comp.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno niente da rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto da Technologico de Monterrey e dall'Università della California a Irvine.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| SU8-2100 | Microchem | Codice prodotto-Y1110750500L | |
| Spinner | Laurell Technologies Corporation | Modello-WS650HZB-23NPP/UD3 | |
| Piastra riscaldante | Torrey Pines Scientific | HS61 | |
| esposizione UV | , SYLVANIA | H44GS-100M, P/N-34-0054-01 | |
| Fotomaschera | CAD/Art | Nessun numero | |
| Sviluppatore | Microchem | Y020100 4000L | |
| Sistema idrico DI | Milli Q | ZOOQOVOTO | |
| IPA | CTR Sientific | CTR 01244 | |
| N2 gas | AOC Messico | Numero Numero | |
| Forno | PEO 601, ATV Technologie GMBH | Modello-PEO 601, Numero di serie-195 | |
| Si/SiO2 | Noel Technologies |
Riferimenti
- 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.
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Ristampe e permessi
