길고 중공 유리질 탄소 미세 섬유는 천연물 인 인간의 머리카락을 열분해하여 제조되었습니다. 탄소 미세 전자 기계 및 탄소 나노 전자 기계 시스템, 또는 C-MEMS 및 C-NEMS의 두 제조 단계는 (i) 탄소가 풍부한 중합체 전구체의 포토 리소그래피 및 (ii) 패턴 화 된 중합체 전구체의 열분해이다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
이 논문에서
요약
초록
다양한 종류의 탄소 소스가 다양한 마이크로 / 나노 구조 구성으로 자연적으로 이용 가능합니다. 여기에 인간의 머리카락에서 유래 된 길고 중공 유리질 탄소 미세 섬유를 제조하는 새로운 기술이 도입되었습니다. 길고 중공 탄소 구조는 N 2 대기에서 900 ° C에서 인간의 머리카락을 열분해하여 만들었습니다. 자연 및 열분해 된 모발의 형태 및 화학적 조성을 열분해로 인한 물리적 및 화학적 변화를 평가하기 위해 각각 전자 현미경 (SEM) 및 전자 분산 X 선 분광법 (EDX)을 사용하여 조사했습니다. 라만 분광법을 사용하여 탄소 미세 구조의 유리질을 확인했습니다. 열처리 된 모발 탄소가 스크린 인쇄 된 탄소 전극을 개조하기 위해 도입되었다; 변형 된 전극을 도파민과 아스코르브 산의 전기 화학적 감지에 적용 하였다. unmodi에 비해 수정 된 센서의 감지 성능이 향상되었습니다.fied 센서. 원하는 탄소 구조 디자인을 얻기 위해 탄소 마이크로 / 나노 전자 기계 시스템 (C-MEMS / C-NEMS) 기술이 개발되었습니다. 가장 일반적인 C-MEMS / C-NEMS 제조 공정은 (i) 포토 리소그래피를 사용하여 감광성 폴리머와 같은 탄소가 풍부한 기본 재료의 패터닝; 및 (ii) 산소가없는 환경에서 패턴 화 된 중합체의 열분해를 통한 탄화. C-MEMS / NEMS 공정은 마이크로 배터리, 수퍼 커패시터, 포도당 센서, 가스 센서, 연료 전지 및 마찰 대전 형 나노 발전기를 비롯한 다양한 분야의 마이크로 전자 장치를 개발하는 데 널리 사용되고 있습니다. SU8 포토 레지스트를 사용한 고 종횡비 솔리드 및 중공 탄소 미세 구조의 최근 개발이 논의됩니다. 공 초점 현미경 및 SEM을 이용하여 열분해 동안 구조적 수축을 조사 하였다. 라만 분광기를 사용하여 구조의 결정 성을 확인하였고, 원소의 원자 백분율열분포 전후의 물질의 nt는 EDX를 사용하여 측정 하였다.
서론
카본 나노 튜브 (CNTs), 흑연, 다이아몬드, 비정질 탄소, 론 스달 라이트, 벅 민스터 풀러렌 (C60), 풀러 라이트 (C540), 풀러린 ( C 70 ) 및 유리질 탄소 1 , 2 , 3 , 4를 포함 한다. 유리 탄소는 높은 등방성을 포함하여 물리적 특성 때문에 가장 널리 사용되는 동소체 중 하나입니다. 또한 우수한 전기 전도성, 낮은 열팽창 계수 및 가스 불 투과성과 같은 특성을 가지고 있습니다.
탄소 구조를 얻기 위해 탄소가 풍부한 전구 물질에 대한 지속적인 연구가있었습니다. 이러한 전구 물질은 인조물 또는 특정 형태의 천연 제품 일 수 있으며 심지어는 폐기물을 포함 할 수도 있습니다. 다양한 micr o / 나노 구조는 자연적으로 생물학적 또는 환경 적 과정을 통해 형성되어 기존의 제조 도구를 사용하여 생성하기가 매우 어려운 고유 한 특징을 가져옵니다. 이 경우 자연적으로 패터닝이 진행됨에 따라 자연 및 폐 탄화 수소 전구 물질을 사용하는 나노 물질의 합성은 열분해 ....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
프로토콜
1. 3D 인간의 머리카락에서 파생 된 탄소 구조 제조
참고 : 개인 보호 장비를 사용하십시오. 실험실 지침에 따라 장비를 사용하고 실험실 내부에서 작업하십시오.
- 모아진 사람의 모발을 DI 수로 씻고 N 2 가스로 건조 시켜서 준비하십시오.
- 평행 한 가닥, 십자가, 두 개의 머리카락이 함께 감겨져있는 것처럼 머리카락을 원하는대로 배열하십시오 .
- SU8을 사용하여 실리콘 기판에 털을 붙이거나 세라믹 보트에 직접 보관하십시오.
- 모발 부착 실리콘 기판 또는 보트를 퍼니스에 놓습니다.
- 퍼니스를 켜고 불활성 가스 (N 2 ) 탱크의 밸브를여십시오.
참고 : 최적의 가스 유량은 퍼니스 튜브의 부피에 따라 다릅니다. 6 L / 분 유속이 6 L의 튜브 체적에 적용되었다. 노 튜브에서 완전히 불활성 인 환경을 조성하기 위해, 최적 가스 f의 1.5 배인 가스 유속낮은 비율은 처음 15 분 동안 적용되었다. - 최대 열분해 온도, 온도 상승 속도 및 불활성 가스 유속을 포함한 매개 변수를 설정하고 퍼니스를 실행하십시오.
- 예를 들어 실온에서....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
결과
인간 모발 중공 탄소 미세 섬유의 제조 공정을 도식 1 에 나타내었다. 탄화 된 사람의 머리카락은 수축을 추정하기 위해 SEM을 사용하여 특성화했다. 모발 직경은 열분해로 인해 82.88 ± 0.003 μm에서 31.42 ± 0.003 μm로 수축되었다. 모발 유도 탄소 미세 섬유를 사용하여 만들어진 다양한 패턴의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지가 그림 2 에 나와 있습니다. 열분포 전후의 모발에 존재하는 원소의 원자 백분율을 표 1 에 나타내었다 . 이 연구에 사용 된 인간의 머리카락은 (원자 퍼센트) 66.57 %의 탄소, 16.19 %의 산소, 7.94 %의 질소, 9.14 %의 황, 그리고 칼슘과 같은 미네랄의 작은 비율이었습니다. 탄소 및.......
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
토론
이 논문에서는 천연 전구체 물질 또는 광 패턴 화 된 폴리머 구조의 열분해에 기반한 다양한 탄소 미세 구조물을 제조하는 방법이보고되었다. 전통적인 C-MEMS / C-NEMS 공정에서 발생하는 탄소 재료는 일반적으로 유리질 탄소 인 것으로 밝혀졌습니다. 유리 카본은 전기 화학 및 고온 응용 분야에서 널리 사용되는 전극 재료입니다. 유리질 탄소의 미세 구조는 결정질과 비정질 영역으로 구성됩니다. 유리 카본은 높은 전도성, 고온에 대한 저항성, 저밀도, 낮은 전기 저항 및 비교적 높은 경도 및 높은 화학적 내성을 갖는다.
우리는 인간의 머리카락에서 중공 유리 탄소 섬유를 제조하기위한 간단하고 저렴한 방법을 제안했으며, 아스코르브 산과 도파민의 전기 화학적 인 감지에 대한 적용을 설명했다. 긴, 홀의 제조낮은, 그리고 전기 전도성 카본 마이크로 화이버는 낭비되는 인간의 머리카락을 한 번에 열처리하여 저렴하게 처리 할 수있었습니다. 수질, 피질, 큐티클로 구성된 인간의 머리카락은 열.......
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
이 작품은 Technologico de Monterrey와 University of California Irvine에서 지원했습니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| SU8-2100 | Microchem | 제품 번호-Y1110750500L | |
| Spinner | Laurell Technologies Corporation | 모델-WS650HZB-23NPP/UD3 | |
| 핫플레이트 | Torrey Pines Scientific | HS61 | |
| UV 노출기 | 수은 램프, SYLVANIA | H44GS-100M, P/N-34-0054-01 | |
| 포토마스크 | CAD/Art | 번호 없음 | |
| 개발자 | Microchem | Y020100 4000L | |
| DI water system | Milli Q | ZOOQOVOTO | |
| IPA | CTR Sientific | CTR 01244 | |
| N2 가스 | AOC Mexico | 번호 없음 | |
| 용광로 | PEO 601, ATV Technologie GMBH | 모델-PEO 601, 일련 번호-195 | |
| Si/SiO2 | Noel Technologies |
참고문헌
- 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.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재인쇄 및 허가
