Presentiamo una procedura per il trasferimento altamente controllato e senza rughe di pellicole sottili copolimeri che bloccano su substrati di supporto porosi utilizzando una camera di scarico stampata in 3D. Il design della camera di scarico è di rilevanza generale per tutte le procedure che comportano il trasferimento di pellicole macromolecolari su substrati porosi, che normalmente viene fatto a mano in modo irriproducibile.
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Articolo metodologico
Procedura per il trasferimento di pellicole polimeriche su substrati porous con difetti ridotti al minimo
* These authors contributed equally
In questo articolo
Sommario
Abstract
La fabbricazione di dispositivi contenenti membrane composte a pellicola sottile richiede il trasferimento di queste pellicole sulle superfici di substrati di supporto arbitrario. Realizzare questo trasferimento in modo altamente controllato, meccanizzato e riproducibile può eliminare la creazione di strutture difettose su macroscala (ad esempio, strappi, crepe e rughe) all'interno della pellicola sottile che compromette le prestazioni del dispositivo e l'area utilizzabile per campione. Qui, descriviamo un protocollo generale per il trasferimento altamente controllato e meccanizzato di una pellicola sottile polimerica su un substrato di supporto poroso arbitrario per l'eventuale utilizzo come dispositivo a membrana filtrante dell'acqua. In particolare, creiamo una pellicola sottile di copolimero a blocchi (BCP) sopra uno strato di poli (acido acrilico) sacrificale e solubile in acqua (PAA) e un substrato di wafer di silicio. Utilizziamo quindi uno strumento di trasferimento stampato su misura e un sistema di camera di drenaggio per depositare, sollevare e trasferire la pellicola sottile BCP al centro di un disco di supporto anodizzato (AAO) di ossido di alluminio anodizzato pomeso. La pellicola sottile BCP trasferita è mostrata costantemente posizionata al centro della superficie di supporto a causa della guida del menisco formato tra l'acqua e la camera di scarico in plastica stampata in 3D. Confrontiamo anche le nostre pellicole sottili meccanizzate trattate a trasferimento con quelle che sono state trasferite a mano con l'uso di pinzette. L'ispezione ottica e l'analisi delle immagini delle pellicole sottili trasferite dal processo meccanizzato confermano che vengono prodotte inomogeneità o deformazioni plastiche piccole o no, rispetto alla moltitudine di lacrime e rughe prodotte manuali trasferimento manuale. I nostri risultati suggeriscono che la strategia proposta per il trasferimento di pellicole sottili può ridurre i difetti rispetto ad altri metodi in molti sistemi e applicazioni.
Introduzione
Le pellicole sottili e i dispositivi basati su nanomembrana hanno recentemente suscitato ampio interesse grazie al loro potenziale utilizzo in un'ampia gamma di applicazioni, che vanno da fotovoltaica e fotonica flessibili, display pieghevoli ed elettronica indossabile1, 2 Il nome del sistema , 3. Un requisito per la fabbricazione di questi vari tipi di dispositivi è il trasferimento di pellicole sottili sulle superfici di substrati arbitrari, che rimane difficile a causa della fragilità di queste pellicole e della frequente produzione di difetti su macroscala quali rughe, cr....
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Protocollo
1. Fabbricazione dell'utensile di trasferimento e del sistema della camera di scarico
- Allegato (Supplementari File 1, 2) è il disegno ingegneristico per l'assieme della camera di scarico costituito da due parti: superiore e inferiore. Modellare questo dispositivo in base alle specifiche del sistema desiderato (ad esempio, il diametro esterno del substrato ricevente) ed esportare come file STL per la stampa 3D.
- Per la parte superiore, utilizzare una stampante di filamento di scelta e stampare con la soluzione più bassa possibile, compresa l'impalcatura, ove necessario. Rispettare i parametri consigliati della stampa....
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Risultati
I campioni di membrana BCP sono stati fabbricati secondo la procedura descritta in precedenza9. I campioni sono stati collocati sul labbro del braccio di carico dello strumento di trasferimento stampato in 3D (Figura 1, sinistra) e successivamente abbassati, con un jack da laboratorio, sulla rampa d'ingresso dello strumento della camera di scarico stampata in 3D (Figura1,a destra). Uno strato sacrificale d.......
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Discussione
Mentre molti dei passaggi elencati in questo protocollo sono cruciali per il successo del trasferimento di pellicola sottile, la natura della camera di scarico stampata in 3D su misura consente un'ampia flessibilità, in base alle specifiche esigenze dell'utente. Ad esempio, se il substrato ricevente ha un diametro maggiore rispetto ai dischi AAO di 25 mm di diametro utilizzati in questo studio, la camera di scarico può essere modificata in modo appropriato per adattarsi alle nuove specifiche. Tuttavia, ci sono alcuni asp.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato come parte dell'Advanced Materials for Energy-Water Systems (AMEWS) Center, un Energy Frontier Research Center finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Office of Science, Basic Energy Sciences. Ringraziamo con gratitudine le utili discussioni con Mark Stoykovich e Paul Nealey.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Soluzione di acido poliacrilico di sodio al 35% | Sigma Aldrich | 9003-01-4 | |
| Amicon Stirred Cell modello 8010 10mL | Millipore | 5121 | |
| Ossido di alluminio anodizzato, spessore 0,2u, diametro 25mm | Sigma Aldrich | WHA68096022 | |
| o ring neoprene 117 | Grainger | 1BUV7 | |
| Objet500 Connex3 Stampante 3D | Stratasys | ||
| Onshape Software | 3D onshape | ||
| Filamento di acido polilattico | Ultimaker | ||
| ultimaker3 stampante 3d a filamento | Ultimaker | ||
| Vero Famiglia materiali stampabili | Stratasys |
Riferimenti
- Shah, A., Torres, P., Tscharner, R., Wyrsch, N., Keppner, H. Photovoltaic technology: the case for thin-film solar cells. Science. 285 (5428), 692-698 (1999).
- Kim, T. H., et al. Full-colour quantum dot displays fabricated by transfer printing. Nat. Photon. 5 ....
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Ristampe e permessi
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