Name: 三次元グラフェンを用いた多面体を介して折り紙のような自己折りたたみの作製 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-23T14:30:00.000+00:00
Duration: 14 min 52 s
Description: 学ぶ、折り紙のような自己折りたたみ法を用いて三次元グラフェン多面体を作製する方法。二次元グラフェンシートを三次元構造に統合し、物性を制御して新たな材料応用を開拓する革新的な材料科学技術です。

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この材料は、NSF のキャリア賞 (CMMI-1454293)、ツイン都市ミネソタ大学でスタートアップ資金に支えられて仕事に基づいています。この作業の一部は、NSF 資金を供給された材料研究施設ネットワーク (を介してMRSEC プログラムのメンバー ミネソタ大学で評価施設で実施されました。この作品の一部は国立科学財団を通じて、国立ナノ調整インフラストラクチャ ネットワーク (NNCI) 賞数 ECCS 1542202 の下でサポートされているミネソタ ナノ センターで実施されました。C. D. は、3 M の科学と技術の交わりからサポートを認めています。

注意: これらの合成に使用される化学物質のいくつかは毒性し、刺激と触れたり吸入するとき深刻な臓器障害を引き起こす可能性があります。ください適切な安全装置を使用し、化学物質を取り扱うときに個人用保護具を着用します。
1. 酸化アルミニウムとクロム銅犠牲層保護層の作製
<ol><li>電子ビーム蒸発器を使用して、シリコン (Si) 基板 (図 2 a) に 10 nm の厚さのクロム (Cr)、300 nm 厚銅 (Cu) の層 (犠牲層) を入金します。</li>
	<li>スピン コート フォトレジスト (PR)-1 2500 rpm で 60 115 ° C で焼成後 s。</li>
	<li>15 連絡先マスクアに紫外線 (UV) に設計された 2 D ネット領域を公開 s 60 の開発と開発者 1 ソリューションで s。純水 (DI) でサンプルをすすいで空気銃でブロードライします。</li>
	<li>10 nm 厚のクロム層とリフトオフ残り PR-1 でアセトンの沈殿物します。DI 水でサンプルをすすいで空気銃 (図 2 b) でブロードライします。</li>
	<li>2 D ネット 6 スクエア Al2O3/Cr 保護と 2D 純、スピン コート層 60 115 ° C で焼成続いて 2500 rpm で PR 1 パターンに s。</li>
	<li>15 連絡先マスクアに UV ライトに設計された 6 正方形保護層を公開 s 60 の開発と開発者 1 ソリューションで s。DI 水でサンプルをすすいで空気銃でブロードライします。</li>
	<li>100 nm 厚い Al2O3層と 10 nm 厚 Cr を入金します。アセトン PR-1 の残りを削除します。DI 水でサンプルをすすいで空気銃 (図 2 c) でブロードライします。</li>
</ol>2. グラフェンとグラフェン酸化物膜の作製
注: 本研究ではグラフェン系材料の 2 つのタイプは、使用: (i) 化学気相蒸着 (CVD) 成長グラフェンとグラフェン (ii) 酸化物 (GO)。
<ol><li>
多層膜の CVD グラフェン膜の作製 注: 多層グラフェン膜を得るためには、単層グラフェンは転送別々 に 3 回複数ポリメタクリル酸メチル (PMMA) コーティング/取り外し手順を使用します。<ol>
<li>銅箔、スピンコート、グラフェン表面に 3000 rpm で PMMA 膜に付着するグラフェンの 〜 15 mm の正方形の部分から始まります。10 分間 180 度で焼きます。</li>
		<li>銅エッチング液に銅箔をエッチングする 24 h で Cu 側を流れて PMMA/グラフェン/銅箔積層シートを配置します。</li>
		<li>後、銅箔は (PMMA/グラフェンを残して) を完全に溶解は、顕微鏡のスライド ガラスを使用して任意の銅エッチング液の残渣を削除する・ ディ ・水のプールの表面に浮遊 PMMA コーティング グラフェンを転送します。新しい DI 水プールに PMMA コーティング グラフェンの転送を複数回繰り返して、十分にすすいでください。</li>
		<li>転送浮動 PMMA コーティング グラフェン グラフェンの別の部分に (PMMA/グラフェン/グラフェン/銅箔構造形成) bi 層グラフェン膜を取得する銅箔 (グラフェン/Cu) に付着します。</li>
		<li>Cu 上二重層グラフェンの熱治療 10 分間 100 ° C でホット プレート上箔。</li>
		<li>Cu 上二重層グラフェン上に PMMA 箔・ ディ ・水を移すことによって続く (グラフェン/グラフェン/銅箔層スタックを残して) アセトン浴で削除。</li>
		<li>グラフェンの転送を繰り返す (2.1.1 - 2.1.5) グラフェン膜の 3 つの積層を取得する 1 つのより多くの時間。2.1.4 ステップに達するとグラフェン/銅の別の部分に新しいアクリル コーティング グラフェン シートを転送するのではなく、繰り返しのプロセス中にフォームにステップ 2.1.6 から以前作製したグラフェン二重層の上に新しいアクリル コーティング グラフェンを転送します。PMMA/グラフェン/グラフェン/グラフェン/銅箔層の組み合わせです。変更せず 2.1.5 ステップを繰り返します。</li>
		<li>銅エッチング液に銅箔をエッチングする 24 h で Cu 側を流れて PMMA/グラフェン/グラフェン/グラフェン/銅箔積層シートを配置します。</li>
		<li>セクション 1 からプレハブ Al2O3/Cr 保護層にグラフェン膜 (PMMA、グラフェン グラフェン/グラフェン) PMMA コーティング 3 層を転送します。</li>
		<li>グラフェンの転送後、アセトンを含んだ pmma 材を取り外します。DI 水でサンプルを浸漬し、空気で乾燥します。</li>
		<li>1 時間の 100 ° C でホット プレート上基板多層グラフェンを扱う熱。</li>
		<li>2500 rpm で 60 115 ° C で焼くスピン コート PR 1 s。</li>
		<li>UV 公開 15 連絡先マスクアを用いた正方形保護層面積の上に直接 PR 1 の領域の 60 の開発と開発者 1 ソリューションで s。</li>
		<li>グラフェンの領域を介して15 酸素プラズマ処理不要な新しく発見削除 s。</li>
		<li>アセトンで残った PR 1 を削除します。</li>
		<li>DI 水でサンプルをすすいで乾燥空気 (図 d)。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
グラフェン酸化物膜の作製 注: 洪水暴露経由でリフトオフ プロセスに続いて従来のフォトリソグラフィが行く膜をパターン化する使用されます。<ol>
<li>60 の 1700 rpm でスピンコート PR 2 s 10 μ m の厚膜を作製する、以前作製した Al2O3/Cr 保護層の上に。60 s の 115 ° C で 3 時間待つ PR 2 を焼きます。</li>
		<li>Al2O3/Cr 保護層の形成に使用される同じマスク、UV は、80 の連絡先マスクアのサンプルを公開 s 90 の開発と開発者 2 ソリューションで s。DI 水でサンプルをすすいで空気銃でブロードライします。</li>
		<li>80 のマスクなしサンプル全体の露光洪水を実行 s。</li>
		<li>スピン コート準備ができて行くと水の混合物 (DI 水 15 mL で移動粉末の 15 mg) 60 1000 rpm でサンプルの s の実行スピン コーティング合計 3 回。</li>
		<li>不要な外出先のリフトオフ用に開発者 2 ソリューションのサンプルを浸しなさい。</li>
		<li>DI 水でサンプルをすすいで空気銃を持つサンプルを慎重にブロードライします。</li>
		<li>熱 1 h (図 2 h) のための 100 ° C でホット プレートのサンプルを処理します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 金属表面パターニングを用いたグラフェンを用いた膜
注: 一般的なフォトリソグラフィ工程を UV コンタクト マスクア ライナーと電子ビーム蒸発器 (1.2-1.4 を参照) を使用して表面のパターニングを達成するために行った。
<ol><li>パターン化されたグラフェンを用いた膜の上に 20 nm 厚チタン (Ti) パターンを作成します。</li>
	<li>熱 (図 2 eグラフェン) と図 2i行くのために 1 時間の 100 ° C でホット プレートのサンプルを処理します。</li>
</ol>4. ポリマー フレームとヒンジの作製
<ol><li>Ti とグラフェンを用いた膜の上に表面のパターン、5 μ m の厚さの層を形成する 60 s 2500 rpm でスピンコート PR 3 と 2 分の 90 ° C で焼く。</li>
	<li>UV 公開 20 サンプル s、90 ° C、3 分で焼くし、90 の開発開発者 3 ソリューションで s。</li>
	<li>純水とイソプロピル アルコール (IPA) サンプルをすすいで空気銃を持つサンプルを慎重にブロードライします。</li>
	<li>後 (図 2fグラフェン) と行くのための図 2 j (PR-3) フレームの機械的剛性を強化する 15 分の 200 ° C のサンプルを焼きます。</li>
	<li>ヒンジのパターン、60 の 1000 rpm でスピンコート PR 2 s プレハブの基板上に 10 μ m の厚膜を形成します。60 s の 115 ° C、3 時間待機で焼きます。</li>
	<li>UV 80 連絡先マスクアのサンプルを公開 s 90 の開発と開発者 2 ソリューションで s。</li>
	<li>DI 水でサンプルを洗浄し、(図 2 gグラフェン) と図 2 k行く空気銃を持つサンプルを慎重にブロードライします。</li>
</ol>5. 自己 DI 水で折りたたみ
注: PR 2 ヒンジが溶けている (またはリフロー)、表面張力の力が生成されます。したがって、2次元の構造は 3 D 構造 (自己折りたたみ過程) に変換します。
<ol><li>2 D の構造を解放するには、銅エッチング液 (図 2 l) で 2 D のネットの下に銅の犠牲層を溶解します。</li>
	<li>慎重に、ピペットを使用して・ ディ ・水浴にリリースされた構造を転送し、いくつかをすすぎ残留銅エッチング液を除去する回。</li>
	<li>ポリマーの融点以上加熱純水の場所 2 D 構造 (PR 2) ヒンジ (図 2 m)。</li>
	<li>リアルタイムで光学顕微鏡検査で自己折りたたみを監視し、閉じたキューブにアセンブリが成功した熱源から削除します。</li>
</ol>6. 保護層の除去
<ol><li>自己を折る後, Cr エッチング液 (図 2 n) と Al2O3/Cr 保護層を削除します。</li>
	<li>優しく・ ディ ・水浴にキューブを転送し、慎重にすすいでください。</li>
</ol>

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CVD グラフェンの作製したキューブのそれぞれの直面するため特定のキューブは自立グラフェンの ~ 160 × 160 μ m2の領域を囲む外側のフレームを設計されて、単層グラフェンの単一シートに許可に必要な強度がないです。キューブの並列処理をします。このため、シートは、CVD グラフェン膜の 3 層からなるグラフェン膜生産複数の PMMA コーティング/除去手順を使用して 3 つ独立したグラフェン転送を介して。その一方で、行く膜準備のため個々 の移動シートを用いてを介して取得水に変更されたハマーの法27。行く膜のパターン、リフトオフ プロセスを介して洪水暴露に続いて従来のフォトリソグラフィを使用します。プロセスは、従来のフォトリソグラフィが行く膜堆積前に洪水の露出を使用します。行くのスピン コーティング後外出先の不要な部分を削除する開発者はリフトオフ プロセスが実行されます。一部の開発者には、アルミと Al2O3をエッチング、水酸化ナトリウム (NaOH) の水溶液中のア...

二次元 (2 D) グラフェン シート特別な光学的、電子的、および機械的特性モデル次世代電子、光、電気化学、新奇量子現象の観測システムを持っています。電気機械、および生物医学アプリケーション1,2,3,4,5,6。として生成される 2D の積層構造グラフェンから離れて最近では、様々 な修正アプローチのグラフェンの新しい機能を観察し、新しいアプリケーションの機会を求める検討されている.たとえば、変調 (チューニング) 図形の調整や、2 D のパターン化が物性 (すなわち、ドーピング レベルやバンド ギャップ) 構造 (0 D) 構造体 0 次元または 1 次元 (1 D) へ (e.g、グラフェン。グラフェンナノやグラフェン量子ドット) 量子閉じ込め効果、局在プラズモン モード、ローカライズされた電子分布、エッジのスピン偏極状態7,8 など新しい物理現象を取得を検討されています。 ,9,10、11,12。さらに、(切り紙とも呼ばれる) をくしゃくしゃ、はく離、座屈、ねじれるか、または複数の層を積層または変更によって 3 D 機能 (基板) の上に 2 D グラフェンを転送することによってグラフェン表面形状がされている 2D グラフェンの質感を変化させるグラフェンの光学特性13,14とぬれ性と機械的特性を変更するのに表示されます。
最近新しい身体を取得するグラフェンのコミュニティに大きな関心のされている 2D グラフェンの官能、明確に定義された、三次元 (3 D) 多面体にまとめた表面形態と 2 D グラフェンの階層構造を変更する、以外と化学現象の15。理論、弾性、静電、van der waals 力で様々 な 3 D グラフェン折り紙構成16,17に 2 D のグラフェンを変換する 2 D グラフェンを用いた構造物のエネルギーを活用できます。このコンセプトに基づき、理論的モデル化研究は、ナノスケール 2D グラフェン膜、ドラッグデリバリーや一般的な分子記憶16,17の用途から形成された、3 D グラフェン構造デザインを検討しました。しかし、このアプローチの実験の進展は、これらのアプリケーションの実現にはまだほど遠いです。その一方で、化学合成法の数は、3 D 構造を介してテンプレート支援アセンブリ、流監督、アセンブリ、および等角成長方法18,19を膨化を達成するために開発されました,20,21,22します。 ただし、これらのメソッドは、グラフェン シートの本質的な特性を失うことなく 3 d、中空、囲まれた構造を出すことができないという点で、制限されています。
ここでは、折り紙のような折り畳み式の自己を使用して 3 D、中空、グラフェンを用いた microcubes (〜 200 μ m の全体的な寸法) を構築するための戦略を説明します。フリースタンディング、中空、3 D、多面体、グラフェンを用いた材料の構築の最も重要な課題を克服します。折り紙のようなハンズフリーの自分を折り畳む技術の 2次元転写平面機能 (すなわちグラフェンを用いた膜) がそれにより様々 な関節にヒンジ (すなわち温度に敏感な高分子、フォトレジスト) を接続されています。ヒンジは加熱すると溶融温度23,24,25,26を畳むネットの 2 D を形成します。グラフェン ベース キューブ栽培グラフェン グラフェン酸化物 (GO) 膜の化学気相蒸着 (CVD) のいくつかの層から成る窓膜コンポーネントで実現します。ポリマー フレームとヒンジの使用の両方。3 D グラフェン ベース キューブの作製が含まれます: (i) (iii) 金属表面グラフェン膜、(iv) フレームとパターニングのヒンジ、蒸着、パターニング、パターニング (ii) グラフェン膜転送保護層の作製 (v)。折りたたみ自己と (vi) 脱保護層 (図 1)。この記事は、3 D グラフェン ベース キューブ製作の自己折り畳みの側面に主焦点を当てます。私たちの最近の出版物27,28でグラフェン ベースの 3 D キューブの物理的および光学的特性の詳細についてを見つけることができます。

<table><tbody><tr><td>アセトン</td><td>フィッシャーケミカル</td><td>A18P-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>酸化アルミニウム</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMALO-1-2.5</td><td>99.99%</td></tr><tr><td>Pure APS Copper Etchant 100</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>なし</td><td>なし カメラ</td></tr><tr><td>(3D画像用)</td><td>Nikon</td><td>D5100</td><td>1080p フルHD、有効画素数:1620万、センサーサイズ:23.6 mm x 15.6</td></tr><tr><td>mm CE-5 M Chromium Mask Etchant</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>N/A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>CVD(Chemical Deposition Growth)システム</td><td>カスタマイズ</td><td>N/A</td><td>Lindberg/Blue Tube Furnace</td></tr><tr><td>Chromium</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCR35J</td><td>純度99.95%</td></tr><tr><td>クロムエッチング液 473</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>N/A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Copper</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCU40QXQJ</td><td>99.99% 純度</td></tr><tr><td>現像液-1 (MF319 現像機)</td><td>Microposit</td><td>10018042</td><td>N/A</td></tr><tr><td>現像液-2 (AZ 現像機)</td><td>Merck performance Materials Corp.</td><td>1005422496</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Developer-3 (SU-8 Developer)</td><td>MicroChem</td><td>NC9901158</td><td>N/A</td></tr><tr><td>デジタルホットプレート</td><td>Thermo Scientific</td><td>HP131725</td><td>Super-Nuvoa シリーズ、最高温度: 370 °C;C</td></tr><tr><td>Eビーム蒸発器システム</td><td>ロッキーマウンテン真空技術。</td><td>N/A</td><td>RME-2000</td></tr><tr><td>酸化グラフェン</td><td>グーグラフェン</td><td>N/A</td><td>純度: ~ 99%;単層比率:~99%;&nbsp;厚さ0.7〜1.2nm。</td></tr><tr><td>イソプロピルアルコール</td><td>フィッシャーケミカル</td><td>A416-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>マスクアライナー</td><td>Midas</td><td>MDA-400LJ</td><td>N/A</td></tr><tr><td>顕微鏡</td><td>Omax</td><td>NJF-120A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>マルチポリメチルメタクリレート (PMMA)</td><td>MicroChem</td><td>950 PMMA A9</td><td>N/A</td></tr><tr><td>酸素プラズマ&nbsp;</td><td>株式会社テクニクス</td><td>SERIES 800</td><td>マイクロスケール反応性イオンエッチング (RIE)</td></tr><tr><td>フォトレジスト-1 (S1813 フォトレジスト)</td><td>Microposit</td><td>10018348</td><td>N/A</td></tr><tr><td>フォトレジスト-2 (SPR220 フォトレジスト)</td><td>MicroChem</td><td>SPR00220-7G</td><td>N/A</td></tr><tr><td>フォトレジスト-3 (SU-8 フォトレジスト)</td><td>MicroChem</td><td>SU-8-2010</td><td>N/A</td></tr><tr><td>プロファイラー(表面形状測定機</td>) <td>Tencor Instruments</td><td>N/A</td><td>Alpha-Step 200</td></tr><tr><td>ラマン</td><td>WITec Instruments Corp.</td><td>Alpha300R</td><td>共焦点ラマン顕微鏡</td></tr><tr><td>シリコンウェーハ</td><td>Siltronic AG</td><td>N/A</td><td>直径 100mm 、N型、片面ポリッシュ、抵抗率: 560-840 &Omega;&ブル;cm</td></tr><tr><td>スピナー</td><td>ベストツール</td><td>S0114031123</td><td>SMART COATER 100</td></tr><tr><td>チタン</td><td>カート J. レスカー カンパニー</td><td>EVMTI45QXQA</td><td>99.99% ピュア</td></tr><tr><td>超音波クリーナー</td><td>クレスト 超音波</td><td>N/A</td><td>パワーソニックシリーズ</td></tr></tbody></table>

三次元グラフェンを用いた多面体を介して折り紙のような自己折りたたみの作製

Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding

二次元 (2 D) グラフェンのアセンブリは、グラフェンの優秀な固有の性質を維持しながら三次元 (3 D) 多面体構造を新しいデバイス アプリケーションの開発に大きな関心されています。ここでは、3 D、マイクロ スケールの作製は、多面体 (キューブ) 2 D グラフェンやグラフェン酸化物シートで折り紙のような自己折るプロセスの説明のいくつかの層から成る中空します。この方法は、ネットを 2 D、3 D キューブに変換されるときにグラフェンを用いた膜の表面張力応力引張、空間を減らす酸化アルミニウム/クロム保護層とヒンジ、ポリマー フレームの使用を含みます。プロセスでは、サイズのコントロールと平行生産と同様、構造の形状を提供しています。さらに、このアプローチでは、3 D キューブの各面でパターニング金属表面改質の作成ができます。ラマン分光は、メソッドにより、提案手法のロバスト性を示す膜をグラフェン ベースの組み込みのプロパティの保存を表示します。

図 2は、2 D グラフェンと移動・ ネット構造物の平版プロセスとその後自己折り畳み過程の光学イメージを表示します。自己折りたたみ過程がリアルタイムで監視高分解能顕微鏡。~ 80 ° C で 3 D グラフェン ベースのキューブの両方のタイプが折り畳まれています。図 3は、並列的に折りたたみ 3 D グラフェン ベース キューブの自己を示すビデオ キャプチャ シーケンスを産みます。最適化のプロセスの下では、このアプローチは、~ 90% の最高収量を示しています。
図 4は、3 D 組み立てグラフェンと行くベース キューブ表面パターンとの光のイメージを示しています。折り畳まれた自己のキューブの全体のサイズは、200 (幅) × 200 (長さ) × 200 (...

ここでは、3 D グラフェンを用いた多面体を介して折り紙のような自己折りたたみの作製のためのプロトコルを提案する.

The assembly of two-dimensional (2D) graphene into three-dimensional (3D) polyhedral structures while preserving the graphene's excellent inherent ...

このプロトコルは、折り紙のような自己折り畳み法を用い、3次元グラフェンベースの多面体を作製する。2次元グラフェンシートは、特別な光学、電子、および機械的特性を有する。2次元グラフェンの形状を調整することで、その物理的、化学的、光学的特性を調整することができ、新しい材料行動を導入することができ、新しいアプリケーションの機会を可能にします。この点で、2Dグラフェンを機能性、明確に定義された三次元多面体の構造に統合することは、グラフェンコミュニティにおいて最近大きな関心を持っています。3Dグラフェン多面体は多くの用途に有益である可能性があります。例としては、ガスおよび水保護容器、分子貯蔵、送達システム、液体系材料のカプセル化、電子顕微鏡、機能性光電子デバイス、物質材料の観察が容易である。3Dグラフェン系構造の生産のための多くの化学ルートが導入されました。しかし、これらの方法は、典型的には、グラフェンの本質的な特性に影響を与え、自立、中空、3Dグラフェン多面体の構築における課題を提示する強力な化学反応を必要とする。この研究は、これらの限界を克服するために、折り紙のような自己折りたたみを用いて、2Dグラフェンと酸化グラフェンを用いた多面的な3Dマイクロキューブを実現するための方法論を示す。3Dグラフェンベースのキューブの全体的な製造プロセスにコンテキストを与えるために、詳細なプロトコルの前に、簡略化された6段階の概要が導入されます。まず、保護層を準備します。次いで、保護層上へのパターニングでグラフェン膜転移を行う。次に、グラフェン膜上に金属表面パターニングを作成します。次に、ポリマーフレームとヒンジを定義します。次に、2D ネットを自己折りたたみを使用して 3D キューブに変換します。最後に、保護レイヤを削除します。電子ビームエバポレーターを使用して、シリコン基板上に10ナノメートル厚クロムと300ナノメートル厚銅層を堆積させる。2500 RPMのスピンコートフォトレジストに続いて、摂氏115度で60秒間焼く。設計された2DネットエリアをコンタクトマスクアライナーのUVライトに15秒間公開し、開発者で60秒間開発します。イオン水でサンプルをすすい、エアガンでブロードライします。厚さ10ナノメートルのクロム層を堆積させ、残りのフォトレジストをアセトンに持ち上げます。イオン水でサンプルをすすい、エアガンでブロードライします。ネット上に6平方の酸化アルミニウムおよびクロム保護層を有する2Dネットをパターン化するには、スピンコートフォトレジストを2,500 RPMで、続いて摂氏115度で60秒間焼成する。設計された6つの正方形の保護層をコンタクトマスクアライナーのUVライトに15秒間露出させ、開発者で60秒間開発します。サンプルを脱イオン水ですすい、エアガンでブロードライします。厚さ10ナノメートルのクロム層に100ナノメートルの酸化アルミニウム層を堆積させます。アセトンの残りのフォトレジストを取り除きます。サンプルを脱イオン水ですすい、エアガンでブロードライします。15ミリメートル平方メートルのグラフェンを銅箔に付着させたから始まり、グラフェンの表面に3000RPMで薄いPMMA層をスピンコートする。180度で10分間焼きます。銅箔層シートにPMMAグラフェンを置き、銅箔をエッチングするために24時間銅エチャントで銅側を下に浮かべます。銅箔が完全に溶解した後、グラフェンにPMMAを残し、浮遊PMMAコーティングされたグラフェンを顕微鏡スライドガラスを使用して脱イオン水のプールの表面に移し、銅エッチャント残渣を除去する。PMMAコーティングされたグラフェンを新しい脱イオン水プールに数回移し、十分にすすいでください。浮遊PMMAコーティンググラフェンを銅箔に付着したグラフェンの別の部分に移し、二重グラフェン膜を得る。ホットプレート上の銅箔の二重層グラフェンを100°Cで10分間熱処理します。アセトンバスの銅箔の二重層グラフェンの上にPMMAを取り除き、グラフェン、グラフェン、銅箔層スタックを残し、続いて脱イオン水に移します。グラフェンの転移をもう一度繰り返して、グラフェン膜の3つの積層層を得る。PMMA、グラフェン、グラフェン、グラフェン、および銅箔層状シートを、銅箔をエッチングするために銅エッチャントで銅側を下に24時間下に置く。PMMAコーティングされたグラフェン膜の3層を、プレ加工された酸化アルミニウムおよびクロム保護層に移します。グラフェンの転写後、アセトンでPMMAを取り除く。次いで、試料を脱イオン水に浸し、空気中で乾燥させる。ホットプレート上の基板上の多層グラフェンを1時間摂氏100度で熱処理します。2500 RPMでスピンコートフォトレジスト、摂氏115度で60秒間焼きます。UVは、コンタクトマスクアライナを使用して、正方形保護層領域の真上のフォトレジストの領域を15秒間露出させる。その後、60秒間開発します。酸素プラズマ処理により、新たに発見された不要なグラフェン領域を15秒間除去します。残ったフォトレジストをアセトンで取り除きます。イオン水でサンプルをすすい、空気中で乾燥させます。スピンコートフォトレジストは、以前に製造された酸化アルミニウムおよびクロム保護層の上に60秒間、1700RPMで、厚さ10マイクロメートルの層を得た。フォトレジストを摂氏115度で60秒間焼き、3時間待ちます。酸化アルミニウムとクロム層のパターニングに使用したのと同じマスクを使用して、UVは80秒間コンタクトマスクアライナー上のサンプルを露出し、90秒間現像します。イオン水でサンプルをすすい、エアガンでブロードライします。マスクなしでサンプル全体の UV フラッド露光を 80 秒間実行します。調製したグラフェン酸化物と水混合物を1000RPMで60秒間回転する。スピンコーティングを合計3回行います。不要なグラフェン酸化物のリフトオフを可能にするために、開発者にサンプルを浸します。顕微鏡下のリフトオフプロセスは、映像を加速してここに示されています。脱イオン水でサンプルをすすい、慎重に空気銃でサンプルを吹き飛ばします。熱で熱いプレート上の100°Cで1時間の熱処理。パターングラフェンベースの膜の上に20ナノメートルの厚さのチタンパターンを作成します。熱で熱いプレート上の100°Cで1時間の熱処理。チタン表面パターンを持つグラフェンベースの膜の上に、スピンコートフォトレジストを2500 RPMで60秒間、5マイクロメートルの厚さの層を形成し、摂氏90度で2分間焼きます。サンプルを20秒間紫外線で露光し、摂氏90度で3分間焼き、90秒間発達します。脱イオン水とイソプロピルアルコールでサンプルをリンスし、慎重に空気銃でサンプルを吹き飛ばします。フレームの機械的な剛性を高めるために、サンプルを摂氏200度で15分間ポストベークします。ヒンジパターンを作るために、1000 RPMで60秒間スピンコートフォトレジストを、プレハブ基板の上に10マイクロメートル厚のフィルムを形成した。摂氏115度で60秒間焼き、3時間待ちます。コンタクトマスクアライナ上のサンプルを80秒間UV露出し、90秒間現像します。脱イオン水でサンプルをすすい、慎重に空気銃でサンプルを吹き飛ばします。2D構造を解放するには、銅の犠牲層を2Dネットの下に銅のエチャントに溶解する。ピペットを使用して放出された構造を脱イオン化された水浴に慎重に移し、数回リンスして残留銅エッチャントを除去します。2D構造を脱イオン水に入れ、ポリマーヒンジの融点の上に加熱する。光学顕微鏡でリアルタイムで自己折り返しを監視し、アセンブリが正常に閉じた立方体に成功した場合に熱源から取り除きます。自己折りたたみ後、酸化アルミニウムおよびクロム保護層をクロムエチャントで除去します。立方体を脱イオン化された水浴にそっと移し、慎重にすすいします。光学画像は、2Dグラフェンおよびグラフェン酸化物ネット構造とその後の自己折りたたみプロセスのリソグラフィプロセスを示しています。自己折りたたみプロセスは、高解像度顕微鏡を介してリアルタイムで監視されます。3Dグラフェンベースの立方体の両方のタイプは、約80°Cで折り畳まれます。この図は、3Dグラフェンベースの立方体の自己折りたたみを平行的に示すビデオキャプチャされたシーケンスを示しています。最適化されたプロセスでは、このアプローチは約90%の最高収率を示しています。この図は、表面パターンの有無にかかわらず、3D組み立てられたグラフェンとグラフェン酸化物ベースの立方体の光学画像を示しています。自己折り曲げ立方体の全体のサイズは、幅200マイクロメートル、長さ200マイクロメートル、高さ200マイクロメートルです。厚さ20ナノメートルのチタンパターンの特徴とUMNレタリングは、3Dグラフェンベースの立方体の各面に定義されています。この数値には、2Dグラフェンベースのネットと3Dグラフェンベースの立方体のラマン分光法が含まれます。この結果は、自己折り畳み後のグラフェンおよび酸化グラフェン膜の両方に対して、ラマンピーク位置および強度に顕著な変化を示さない。しかし、保護層が使用されない場合、相対的なピーク強度の顕著な変化が観察され、自己折りたたみ中のグラフェンの特性の変化または損傷を示す。この方法により、3D構成の多くの利点を利用して、センサーや電気回路を含むバイオメディカル、電子、光学機器の開発が可能になります。さらに、グラフェン系材料のみに初期の画像を使用するため、この方法は、トレンジャメン-アイチャイフスナイフや黒パスポートなどの他の2次元材料に適用することができ、これにより、2D材料の次世代3D構成の開発に使用することができます。

fabrication-three-dimensional-graphene-based-polyhedrons-via-origami

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

我々は、2次元（2D）前駆体から、パターン化と再構成可能な粒子の合成の実験の詳細を説明します。この方法論は、ミクロからセンチメートルスケールに至る長さスケールで多面体と把持装置を含む、様々な形状の粒子を作成するために使用できます。...

折り紙インスパイアパターン化され、再構成可能な粒子の自己組織化

DNAオリガミは、DNA分子の自己組織化をプログラムすることにより、精密なナノスケールの物体を製造するための強力な方法です。ここでは、DNAオリガミからの生体応答型ロボットのフォールディング、その精製、および透過型電子顕微鏡イメージング(TEM)のためのネガティブ染色のプロトコルについて説明します。...

DNA折り紙からバイオ応答ロボットの折りたたみとキャラクタリゼーション

ハイスループット電位を有するマイクロデバイスは、新規の材料と三次元（3D）誘電泳動（DEP）を示すために使用される。グラフェンナノ小板紙や両面テープを交互に積層した。 700ミクロンのマイクロウェルは、層に対して横方向に掘削された。ポリスチレンビーズのDEP挙動は、マイクロウェルにおいて実証された。...

3Dグラフェン電極誘電泳動デバイスの開発

このビデオ手法は、高表面積のモノリシック3Dグラフェンベースの材料と、ポリマー前駆体に由来する単層酸化グラフェンの合成について説明しています。...

グラフェンエアロゲルとグラフェンマクロアセンブリ：3Dナノグラフェン材料の合成と機能化

我々は、3D紙マイクロ流体デバイスを構築するためにパターン化エアゾール接着剤の使用を実証します。接着剤塗布フォーム非破壊的に使用後に分解すると折り複雑な非平面構造を容易にするために、単回使用デバイスを有効にする層の間の半永久的結合のこの方法。...

3Dペーパーマイクロ流体デバイスを構築するために接着剤パターニングを使用して、

ここで、我々は準備して二次構造を可視化するためのプロトコルを提示する（ 例えば 、繊維、トロイダルアーキテクチャ、およびナノ球体）ヘリカルポリカルボジイミド由来。両方の原子間力顕微鏡（AFM）及び走査電子顕微鏡（SEM）によって特徴付けられる形態は、分子構造、濃度、および選択した溶媒に依存することが示されました。...

ヘリカルポリカルボジイミド共重合体およびそれらのトリアゾール誘導体から得られた自己組み立てモルフォロジー

ここで物理的な熱蒸発によって C60/graphene ハイブリッド ナノ構造の形成のためのプロトコルを提案する.特に、蒸着・焼鈍条件の適切な操作は、波状のグラフェンの準 1 C と 1 D...

C60/Graphene ハイブリッド ナノ構造の作製と評価

本研究では、位置と相対的な向きを正確に制御する超薄層2D材料を積み重ねることで、新しい結晶(ファンデルワールヘテロ構造)を作成する技術について述べている。...

精密な回転位置合わせによるファンデルワールスヘテロ構造の製作

溶液支援合成と表面支援合成の組み合わせは、ナノ構造の原子精度合成に新たな方向性を開きます。走査型トンネル顕微鏡(STM)と非接触原子間力顕微鏡(nc-AFM)を組み合わせることで、新たに設計および生成された炭素ベースのナノオブジェクトの詳細な特性評価が可能になります。...

溶液と表面化学の組み合わせにより合成された多孔質ナノグラフェンの顕微鏡的可視化

ここでは、単分子膜のグラフェンを電子顕微鏡グリッドに塗布するためのプロトコールと、クライオ電子顕微鏡の構造決定に使用するための調製方法について説明します。...

クライオ電子顕微鏡のための単層グラフェン被覆格子の作製

この記事では、高度に調整可能なカスタムビルドの転写セットアップに基づく修正ドライ転写技術を利用して、正確なねじれ角を持つ高品質のグラフェンベースのモアレ超格子デバイスを製造するための最適化された経験に基づいたプロトコルを紹介します。...

高品質グラフェン系モアレ超格子デバイスの作製法の最適化

学ぶ、折り紙のような自己折りたたみ法を用いて三次元グラフェン多面体を作製する方法。二次元グラフェンシートを三次元構造に統合し、物性を制御して新たな材料応用を開拓する革新的な材料科学技術です。

三次元グラフェンを用いた多面体を介して折り紙のような自己折りたたみの作製

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