Nanomoulding di materiali funzionali, un modello versatile complementare replica Metodo di nanoimprinting

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di trasferire un modello da una struttura principale arbitraria a un materiale funzionale. Questo video illustra la procedura che utilizza l'ossido di zinco come materiale funzionale, il trasferimento del modello si ottiene fabbricando prima uno stampo negativo dalla struttura principale. Il secondo passo consiste nel creare la replica dell'ossido di zinco aggiungendo prima uno strato antiaderente sullo stampo, seguito dalla deposizione di ossido di zinco, l'ossido di zinco viene quindi ancorato al substrato di vetro finale utilizzando una resina polimerizzata UV e infine rilasciato dal suo stampo.

In definitiva, è possibile preparare più repliche funzionali da un singolo stampo master utilizzando questa tecnica, mentre un'altra stampa serve tradizionalmente a modellare una resina UV o termopolimerizzabile. Il nano stampaggio offre il potenziale per essere generalizzato a molti altri materiali funzionali, pile di materiali e persino dispositivi completi, a condizione che il materiale dello stampo sia scelto compatibile con il processo di deposizione del materiale. Abbiamo avuto l'idea di questo metodo per la prima volta quando abbiamo cercato di trovare un modo per ottenere un elettrodo nano imprinting conduttivo trasparente, poiché le resine per nano stampa disponibili in commercio sono isolanti.

Dovevamo trovare un altro modo ed è per questo che abbiamo sviluppato il nano stampaggio. In generale, gli individui conoscevano questo metodo con difficoltà perché le proprietà degli anioni dovrebbero essere regolate con attenzione Inizia preparando un master che trasporta il modello su scala nanometrica da trasferire. Qui vengono mostrate tre strutture padronali prefabbricate.

A sinistra c'è una lamina di plastica con reticolo a linee realizzato utilizzando la litografia ad interferenza. Al centro c'è una piastra in alluminio testurizzato realizzata utilizzando l'ossidazione anodica e la successiva incisione dello strato di ossido di alluminio. E sulla destra c'è uno strato di ossido di zinco testurizzato su vetro cresciuto mediante deposizione chimica da vapore.

Il campione di ossido di zinco sarà utilizzato in questa dimostrazione in preparazione per lo strato antiaiano. Per prima cosa rivestire il master testurizzato con uno strato spotter di cromo, spesso da cinque a 10 nanometri per favorire l'adesione dell'agente antiaiano. Quindi, applicare una piccola goccia di agente anti-aian su un vetrino.

Trasferire il vetrino insieme al master in una camera a vuoto e pomparlo. Un leggero vuoto è sufficiente perché l'agente anti-aianico evapori e si depositi sul master. Quindi rimuovere il master dalla camera a vuoto e metterlo in forno a 80 gradi Celsius per una o due ore per il rivestimento anti aian su Aneel.

L'aspetto più difficile di questa procedura è la regolazione delle proprietà dello strato anti-aian per prevenire la fuoriuscita spontanea, garantendo al contempo che il controllo del peeling rimanga possibile. Per raggiungere questo obiettivo, le proprietà dello strato anti edizione vengono regolate empiricamente. Successivamente, preparare lo stampo pulendo un foglio di polietilene, un alato o un foglio di penna in un bagno di acetone ad ultrasuoni per due minuti, seguito da un bagno di isopropanolo ad ultrasuoni.

Per altri due minuti, togliere il foglio dalla vasca e risciacquare ancora una volta con isopropanolo fresco prima di asciugare con azoto. Quindi posizionare il foglio di penna nel coter spotter e applicare uno strato di cromo aian da cinque a 10 nanometri sul foglio di penna. Quindi, trasferisci il foglio di penna nella centrifuga e aggiungi da uno a due millilitri di mosa, una resina polimerizzabile con raggi UV, sulla centrifuga a 5.000 giri/min.

Per ottenere una copertura uniforme, pre-cuocere il foglio di penna appena rivestito su una piastra calda a 80 gradi Celsius per cinque minuti. Per far evaporare il solvente, migliorare l'uniformità del film e migliorare l'aggiunta di resina al foglio penna. Quindi posiziona il foglio della penna all'interno del nano imprinter con la resina polimerizzabile UV rivolta verso l'alto e il master capovolto sui bracci del supporto.

Riposizionare il coperchio della configurazione di nano imprinting ed evacuare la camera a vuoto accendendo la pompa. Tirare indietro i bracci del supporto per far cadere il master sulla resina polimerizzabile UV. Sul foglio della penna, applicare pressione sulla membrana flessibile in silicone che divide in due la camera a vuoto sfiatando lo scomparto superiore mantenendo il vuoto sulla camera inferiore.

Questo spinge la membrana flessibile verso il fondo della configurazione, fornendo la pressione di stampaggio mantenendo la pressione sulla membrana. Esporre la resina polimerizzabile UV attraverso il lato del foglio di penna alla luce UV LED per 15-20 minuti per provocare la reazione di reticolazione. Quindi, sfiatare la parte inferiore della camera a vuoto per rilasciare la pressione sulla membrana in silicone e rimuovere il campione.

Afferrare con cura lo stampo e staccarlo lentamente dalla struttura principale. Quindi metti lo stampo in un forno e cuocilo a 150 gradi Celsius per tre-cinque ore per migliorare la stabilità termica della resina. Infine, dopo aver applicato lo strato di anione allo stampo come mostrato in precedenza, il campione è pronto per la deposizione di ossido di zinco per iniziare la deposizione chimica da vapore di ossido di zinco.

Per prima cosa posiziona lo stampo per penna preparato su un vetrino. Posizionare la struttura metallica sopra lo stampo per evitare di piegarlo durante la deposizione chimica da vapore. Quindi, posizionare lo stampo sulla piastra riscaldante del reattore di deposizione chimica da vapore tenuto a 155 gradi Celsius mentre lo stampo si sta riscaldando.

Chiudere la pompa del reattore al di sotto di 10 a meno tre millibar e consentire la termalizzazione. Quindi ammettere i gas precursori dell'acqua e dello zinco etale insieme a una piccola quantità di di borano diluito in argon per drogare per 10 minuti. A una pressione di processo di 0,4 millibar si crea uno strato di ossido di zinco di due micron di spessore.

Dopo la deposizione, rimuovere lo stampo con cura per evitare un'eccessiva flessione dello strato appena depositato, che potrebbe provocare un distacco spontaneo. Per iniziare il trasferimento degli strati, preparare prima i vetrini per la centrifuga lavandoli con acetone e poi con isopropanolo. Quindi asciugare i vetrini con un getto di azoto.

Successivamente, uno o due millilitri di resina polimerizzabile UV sul vetrino a 5.000 giri/min, ancorano lo stampo che trasporta gli strati depositati sul substrato finale utilizzando il nano imprinter, come è stato precedentemente dimostrato durante la fabbricazione dello stampo. Tuttavia, al posto del master, lo stampo viene inserito nei bracci di supporto e abbassato sul substrato di vetro rivestito di resina prima di essere polimerizzato con luce UV. Infine, completare il trasferimento staccando manualmente lo stampo dal vetrino che trasporta lo strato di ossido di zinco trasferito.

Il nano stampaggio riproduce caratteristiche su scala nanometrica come la struttura piramidale dello strato di ossido di zinco mostrata qui nell'immagine del microscopio elettronico a scansione a sinistra. L'immagine a destra mostra la microscopia a forza atomica nano stampata o una FM viene utilizzata per visualizzare la superficie mostrata qui in varie intensità di arancione che rappresenta l'altezza della superficie. Queste informazioni vengono utilizzate per misurare le differenze di altezza e angolo tra lo stampo mostrato in nero e la replica in rosso.

Per lo strato di ossido di zinco, c'era pochissima variazione tra lo stampo e la replica, dimostrando l'alta fedeltà del processo di nano stampaggio. Le singole linee del reticolo prodotte dalla litografia ad interferenza mostrata a sinistra sono ben prodotte anche nella replica mostrata a destra. Anche gli istogrammi angolari aumentati che corrispondono a questo modello mostrano una forma molto simile.

Tuttavia, c'è un leggero spostamento verso angoli più bassi nella replica mostrata in rosso in basso a destra a sinistra sono le caratteristiche uniche di una matrice di fossette ottenuta dall'ossidazione antica dell'alluminio e la replica corrispondente a destra. Quando si utilizza questo modello, si riscontra una leggera levigatura delle caratteristiche. Ciò è dimostrato da un leggero spostamento verso angoli più bassi per la replica nell'istogramma dell'angolo mostrato in basso a destra.

Il master di stampaggio anom può essere eseguito in poche ore se eseguito correttamente. Così il nano stampaggio ha aperto la strada ai ricercatori nel campo del fotovoltaico per esplorare nuove strutture nanofotoniche nelle celle solari. Seguendo queste procedure, altri materiali funzionali possono essere brevettati, aprendo le porte a un'ampia gamma di applicazioni.

Non dimenticare che lavorare con sostanze chimiche, gas, raggi UV, fonti di radiazioni e apparecchiature per il vuoto può essere pericoloso e precauzioni come dispositivi di protezione individuale appropriati devono essere indossati in ogni momento e la corretta installazione dell'attrezzatura deve essere verificata prima di eseguire questa procedura.