Name: 3 차원 그래 핀 기반 Polyhedrons을 통해 종이 접기 같은 자체 접는의 제조 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-23T14:30:00.000+00:00
Duration: 14 min 52 s
Description: 학습하세요 종이 접기 같은 자체 접는 방법을 사용하여 3차원 그래핀 기반 다면체를 제조하는 기술입니다. 이 프로토콜은 재료 과학 및 나노기술 분야에서 새로운 물리적, 화학적 특성을 탐색하는 데 활용됩니다.

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이 자료는 미네소타의 대학, 트윈 도시와 NSF 경력 수상 (CMMI-1454293)에 개시 기금에서 지 원하는 작업을 기반으로 합니다. 이 작업의 네트워크의 구성원은 NSF 투자 자료 연구 시설 (프로그램을통해 MRSEC 미네소타 대학에서 특성화 시설에서 실시 했다. 이 작품의 일부는 국립 과학 재단 통해는 국가 나노 조정 인프라 네트워크 (NNCI) 수상 번호 ECCS-1542202에서 지원 되는 미네소타 나노 센터에서 실시 되었다. C. D. 인정 3 M 과학 및 기술 협력에서 지원 합니다.

주의: 몇이 종합에서 사용 하는 화학 물질의 독성은 고 자극과 감동 하거나 흡입 심각한 장기 손상을 일으킬 수 있습니다. 적절 한 안전 장비를 사용 하 고 화학 물질을 처리할 때 개인 보호 장비를 착용 하십시오.
1. 산화 알루미늄 및 구리 희생 레이어에 크롬 보호 레이어 준비
<ol><li>전자 빔 증발 기를 사용 하 여 10 nm 두꺼운 크롬 (Cr) 및 300 nm 두꺼운 구리 (Cu) 레이어 (희생 레이어) 실리콘 (Si) 기판 (그림 2a)에 입금.</li>
	<li>스핀 코트 감광 제 (PR)-1 2500 rpm에서 60에 대 한 115 ° C에서 굽기 다음 s.</li>
	<li>15에 대 한 연락처 마스크 aligner에 자외선 (UV)을 설계 2D net 영역 노출 s 60에 대 한 개발 및 솔루션 개발자-1 s. 이온된 (DI) 수와 함께 샘플을 헹 구 고는 공기 총 타격 건조.</li>
	<li>보증금 10 nm 두꺼운 Cr 층 및 나머지 홍보-1에서 아세톤의 이륙. 디 물 샘플을 헹 구 고는 공기 총 (그림 2b)와 함께 타격 건조.</li>
	<li>2D 그물을 6 알2O3/Cr 보호 레이어는 2D 그물, 스핀 코트에 115 ° C 60에서 굽기 다음 2500 rpm에서 홍보-1 패턴 s.</li>
	<li>설계 된 6 평방 보호 레이어 15 연락처 마스크 aligner에 자외선에 노출 s 60에 대 한 개발 및 솔루션 개발자-1 s. 디 물 샘플을 헹 구 고는 공기 총 타격 건조.</li>
	<li>100 nm 두께 Al2O3 층 및 10 nm 두꺼운 크롬 층을 예금 한다. 나머지 홍보-1에 아세톤을 제거 합니다. 디 물 샘플을 헹 구 고는 공기 총 (그림 2c)와 함께 타격 건조.</li>
</ol>2. 그래 핀과 그래 핀 산화물 막의 준비
참고:이 연구에서 두 가지 유형의 그래 핀 기반 재료 사용 됩니다: (i) 화학 증기 증 착 (CVD) 그래 핀 및 그래 핀 (ii) 산화물 (이동) 성장.
<ol><li>
다층 CVD 그래 핀 막의 준비 참고: 다층 그래 핀 막의 얻을, 단일 층 그래 핀은 전송 3 개의 별도 시간 여러 polymethyl 메타 크리 레이트 (PMMA) 코팅/제거 단계를 사용 하 여.<ol>
<li>Cu 호 일 스핀-코트는 그래 핀의 표면에 3000 rpm에서 PMMA 박막에 준수 그래 ~ 15 m m 사각형 조각으로 시작 됩니다. 10 분 동안 180 ° C에서 구워.</li>
		<li>Cu 호 일 멀리 엣지를 24 h에 대 한 Cu 현상에 아래로 잘라내기-사이드 떠 있는 PMMA/그래/Cu 호 일 층 시트를 놓습니다.</li>
		<li>후에 Cu 호 일 완전히 해산 (PMMA/그래 떠나), Cu 현상 잔여물을 제거 하는 현미경 슬라이드 유리를 사용 하 여 디 물 수영장의 표면에 떠 있는 PMMA 코팅 그래 전송 합니다. 적절 하 게 씻어 새로운 디 물 웅덩이에 아크릴 코팅 한 그래 핀의 전송을 여러 번을 반복 합니다.</li>
		<li>전송 부동 아크릴 코팅 그래 그래 핀의 또 다른 작품 (아크릴/그래/그래/Cu 호 일 구조를 형성 하는) 이중 층 그래 핀 멤브레인을 Cu 호 일 (그래 핀/Cu)에 준수 됩니다.</li>
		<li>이중 층 그래 핀은 Cu 열 치료 10 분 100 ° C에서 뜨거운 접시에 호 일.</li>
		<li>PMMA는 Cu에 이중 층 그래 핀 위에 디 물에 전송 하 여 뒤는 아세톤 목욕 (떠나 그래/그래/Cu 호 일 레이어 스택), 호 일 제거.</li>
		<li>그래 전송을 반복 (2.1.1-2.1.5) 그래 핀 막의 3 스택된 레이어를 한 번 더. 단계 2.1.4 그래/Cu의 다른 조각에 새로운 아크릴 코팅 그래 핀 시트를 전송 하는 대신 반복 과정에 도달 하면 전송 이전 조작된 그래 두 번-레이어에 새 아크릴 코팅 그래 단계의 2.1.6 양식에 PMMA/그래/그래/그래/Cu 호 일 레이어 조합. 그런 다음 단계 2.1.5 수정 하지 않고 반복 합니다.</li>
		<li>Cu 호 일 멀리 엣지를 24 h에 대 한 Cu 현상에 아래로 잘라내기-사이드 떠 있는 PMMA/그래/그래/그래/Cu 호 일 층 시트를 놓습니다.</li>
		<li>아크릴 코팅 3-레이어 조립식된 Al2O3/Cr 보호 레이어에 그래 막 (PMMA/그래/그래/그래)의 섹션 1에서에서 전송.</li>
		<li>그래 핀의 이동, 후 아세톤과 PMMA을 제거 합니다. 그런 다음 디 물에 샘플와 건조 한 공기에.</li>
		<li>열 1 시간에 100 ° C에서 뜨거운 접시에 기판에 다층 그래 핀을 취급 합니다.</li>
		<li>2500 rpm 및 60 115 ˚C 구워 스핀 코트 홍보-1 s.</li>
		<li>UV 노출 15 연락처 마스크 동기 기를 사용 하 여 사각형 보호 레이어 영역 바로 위에 홍보-1의 영역의 60에 대 한 개발 및 솔루션 개발자-1 s.</li>
		<li>그래 핀 분야 를 통해 15에 대 한 산소 플라즈마 처리 원치 않는 새로 발견 제거 s.</li>
		<li>아세톤에 남은 홍보-1을 제거 합니다.</li>
		<li>디 물 샘플을 헹 구 고 건조 한 공기 (그림 2d).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
그래 핀 산화물 막의 준비 참고: 전통적인 사진 평판 홍수 노출을 통해 이륙 과정 뒤가 막 패턴에 사용 됩니다.<ol>
<li>60 1700 rpm 스핀 코트 홍보 2 이전 조작된 Al2O3/Cr 보호 레이어 10 µ m 두께 레이어를 위에 s. 구워 60 s 115 ° C 3 h에 대 한 다음 대기에서 홍보 2.</li>
		<li>Al2O3/Cr 보호 계층을 패턴화 사용 같은 마스크 UV 노출 80에 대 한 연락처 마스크 aligner에 샘플의 90에 대 한 개발 및 솔루션 개발자-2 s. 디 물 샘플을 헹 구 고는 공기 총 타격 건조.</li>
		<li>80에 대 한 마스크 없이 전체 샘플의 UV 홍수 노출 수행 s.</li>
		<li>스핀-코트 준비가 물 혼합물 (15 mg 디 물 15 ml에서가 가루) 60 1000 rpm에서 샘플에 수행 스핀-코팅 총 3 번의 s..</li>
		<li>원치 않는 이동의 이륙 수 있도록 개발자 2 솔루션에서 샘플 찍어.</li>
		<li>디 물 샘플을 린스 하 고 신중 하 게 한 공기 총으로 샘플을 타격 건조.</li>
		<li>열 1 h (그림 2 h) 100 ° C에서 뜨거운 접시에 샘플을 처리 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 그래 핀 기반 세포 막에 금속 표면 패터 닝
참고: 일반적인 포토 리소 그래피 과정 UV 연락처 마스크 aligner 및 전자 빔 증발 (1.2-1.4 참조)를 사용 하 여 표면 패턴화를 달성 하기 위해 실시 됐다.
<ol><li>패턴화 된 그래 핀 기반 막 위에 20 nm 두꺼운 티타늄 (Ti) 패턴을 만듭니다.</li>
	<li>열 1 h (그래 핀에 대 한그림 2e ) 및 그림 2i 가 100 ° C에서 뜨거운 접시에 샘플을 처리 합니다.</li>
</ol>4입니다. 폴리머 프레임과 경첩의 제조
<ol><li>Ti와 막 그래 핀 기반 위에 패턴, 양식 5 µ m의 두꺼운 층을 60 s 2500 rpm 스핀 코트 홍보-3와 2 분 동안 90 ° C에서 구워 표면.</li>
	<li>UV 노출 20 샘플 s, 3 분 동안 90 ° C에서 구워와 90에 대 한 개발 개발자 3 솔루션에서 s.</li>
	<li>이소프로필 알코올 (IPA)와 디 물 샘플을 헹 구 고 신중 하 게 한 공기 총으로 샘플을 타격 건조.</li>
	<li>후 구워 200 ° C (그래 핀에2f 그림 ) 및 이동에 대 한 그림 2j (홍보-3) 프레임의 기계적 강성을 향상 시키기 위해 15 분에서 샘플.</li>
	<li>힌지 패턴, 60에 대 한 1000 rpm에서 스핀 코트 홍보-2 수 있도록 조립식된 기판 위에 10 µ m 두꺼운 막을 형성 하는 s. 60 s 115 ˚C 및 3 h에 대 한 대기에서 구워.</li>
	<li>UV 노출에 80에 대 한 연락처 마스크 aligner 샘플의 90에 대 한 개발 및 솔루션 개발자-2 s.</li>
	<li>디 물 샘플을 린스 하 고 신중 하 게 (그래 핀에 대 한그림 2 g ) 및 이동에 대 한 그림 2 k 를 공기 총으로 샘플을 타격 건조.</li>
</ol>5. 자체 디 물에 접는
참고: 홍보-2 경첩 녹아 (리플), 표면 장력 힘 생성 됩니다; 따라서, 2D 구조 (자체 접는 과정) 3 차원 구조로 변환.
<ol><li>2D 구조를 출시, Cu 현상 (그림 2 l)에서 2D 그물 아래 Cu 희생 레이어 디졸브.</li>
	<li>신중 하 게를 피펫으로 사용 하 여 디 물 욕조에 풀어 놓인된 구조를 전송 하 고 몇 가지를 씻어 잔류 Cu 현상 제거 하는 시간.</li>
	<li>디 물에 장소는 2D 구조는 폴리머의 용융 점 이상 (홍보-2) 경첩 (그림 2 m)를가 열.</li>
	<li>실시간 을 통해 광학 현미경에서 자체 접는 모니터 하 고 닫힌된 조각으로 성공적인 어셈블리에 열원에서 제거.</li>
</ol>6입니다. 보호 레이어 제거
<ol><li>자기를 접는 후, Cr 현상 (그림 2n)와 Al2O3/Cr 보호 레이어를 제거 합니다.</li>
	<li>부드럽게 디 물 목욕으로 큐브를 전송 하 고 신중 하 게 린스.</li>
</ol>

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<li>Childres, I., Jauregui, L. A., Park, W., Cao, H., Chen, Y. P. Raman spectroscopy of graphene and related materials. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChildres%2C+I+%22New+developments+in+photon+and+materials+research%22">New developments in photon and materials research</a>. Jang, J. I. , Nova Science Publishers. Hauppauge NY. (2013).</li>
<li>Polsen, E. S., McNerny, D. Q., Viswanath, B., Pattinson, S. W., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-speed+roll-to-roll+manufacturing+of+graphene+using+a+concentric+tube+CVD+reactor%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">High-speed roll-to-roll manufacturing of graphene using a concentric tube CVD reactor.</a> Scientific Reports. , 5(2015).</li>
<li>Wu, T., Shen, H., Sun, L., You, J., Yue, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three+step+fabrication+of+graphene+at+low+temperature+by+remote+plasma+enhanced+chemical+vapor+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">Three step fabrication of graphene at low temperature by remote plasma enhanced chemical vapor deposition.</a> RSC Advances. 3 (24), 9544-9549 (2013).</li>
<li>Liu, C., Schauff, J., Joung, D., Cho, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remotely+controlled+microscale+3D+self-assembly+using+microwave+energy%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Technologies%22%5BJournal%5D)">Remotely controlled microscale 3D self-assembly using microwave energy.</a> Advanced Materials Technologies. 2 (8), 1700035(2017).</li>
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저자는 공개 없다.

CVD 그래 핀으로 가공 큐브에 대 한 각각의 얼굴 때문에 주어진된 큐브는 주변 ~ 160 × 160 µ m2 지역 무료 서 그래 핀의 외부 프레임으로 설계 되었습니다, 그리고 단층 그래 핀의 단일 시트에는 허용 하도록 필요한 강도 큐브의 병렬 처리입니다. 이러한 이유로 CVD 그래 핀 단층 시트는의 3 개의 층으로 이루어진 그래 핀 막을 통해 3 명의 별도 그래 핀 사용 하 여 전송을 여러 아크릴 코팅/제거 단계 생산. 다른 한편으로가 막 준비, 우리가 사용 하 여 개별 이동 시트 물에 수정된 험 머의 방법27 를 통해 얻은. 가 막 패턴, 전통적인 사진 평판 홍수 노출을 통해 이륙 과정 다음 사용 합니다. 전통적인 사진 평판 했지만 막 증 착 프로세스 홍수 노출을 사용합니다. 스핀 코팅 이동 후 이륙 과정 다음 원치 않는 이동 영역을 제거 하는 개발자에서 수행 됩니다. 일부 개발자는 수산화 나트륨 (NaOH) 알칼리...

2 차원 (2D) 그래 핀 시트 보유 특별 한 광학, 전자, 및 기계적 속성, 다음-세대 전기, 전자, 광전자에 대 한 새로운 양자 현상의 관찰에 대 한 시스템 모델 들 전기 기계, 및 생물 의학 응용 프로그램1,2,3,4,,56. -생산 2D 계층된 구조의 그래 핀, 떨어져 최근, 다양 한 수정 접근 있다 조사 그래 핀의 새로운 기능을 관찰 하 고 새로운 응용 프로그램 기회를 추구 하. 예를 들어 변조 (튜닝)의 물리적 특성 (즉, 도 핑 레벨 및 밴드 갭) 모양에 맞게 또는 2D의 패턴화 하 여 1 차원 (1d) 또는 0 차원 (0d) 구조를 구조 (예., 그래 핀 nanoribbon 또는 그래 핀 양자 점) 새로운 현상과 양자 구속 효과, 지역화 된 plasmonic 모드, 지역화 된 전자 메일 및 스핀 편광 가장자리 상태7,8 공부 하고있다 ,,910,,1112. 또한, crumpling (kirigami 라고도 함), 박 리, 변형, 왜곡 하 고, 또는 여러 레이어 스태킹 또는 변경 하 여 3D 기능 (기판) 위에 2D 그래 전송 하 여 그래 핀 표면 모양이 하고있다 2 차원 그래 핀의 질감을 변화 그래 핀의 습윤, 기계적 특성, 및 광학 속성13,14변경 표시.
2 차원 그래 핀의 계층된 구조와 표면 형태 변화, 넘어 기능성, 잘 정의 된 3 차원 (3D) polyhedrons로 2 차원 그래 핀의 조립 되었습니다 새로운 물리를 그래 커뮤니티에 최근 큰 관심을 화학 현상15. 이론, 탄성, 정전기, 및 반 데르 발스 2D 그래 핀 기반 구조의 에너지 다양 한 3 차원 그래 핀 종이 접기 구성16,172D 그래 핀을 변환 하기 위해 활용 수 있습니다. 이 개념을 바탕으로, 이론적 모델링 연구는 3D 그래 핀 구조 디자인, 약물 전달 및 일반적인 분자 저장16,17가능한 사용으로 나노 2D 그래 막에서 형성 된 조사. 그러나,이 접근의 실험 진행 실현 이러한 응용 프로그램에서 멀리 아직도 이다. 다른 한편으로, 다양 한 화학 합성 방법 3D 구조를 통해 템플릿 기반 어셈블리, 흐름 감독 어셈블리, 어셈블리, 그리고 등각 성장 방법18,19 장작불을 달성 하기 위해 개발 되었습니다. , 20 , 21 , 그러나 22., 이러한 메서드는 현재 제한 된 그들은 그래 핀 시트의 본질적인 속성을 잃지 않고 3D, 빈, 밀폐 된 구조를 생산할 수 없습니다.
여기, 종이 접기 같은 자체 접는 사용 하 여 3D, 빈, 그래 핀 기반 microcubes (~ 200 µ m의 전반적인 차원)를 구축 하기 위한 전략 설명 하는; 무료 서, 빈, 3D, 다면체, 그래 핀 기반 재료의 건설에서 최우선 과제를 극복 하 고 종이 접기 처럼, 핸 즈 프리 각자 접는 기법에서 2D 있고 패턴화 된 평면 기능 (즉, 그래 핀 기반 막) 그로 인하여 경첩 (즉, 열에 민감한 폴리머, 감광 제) 다양 한 관절에 연결 되어 2D를 형성 하는 경첩은 녹는 온도23,,2425,26열 접을 그물. 그래 핀 기반 큐브 창 막 구성 요소 몇 가지 계층 화학 기상 증 착 (CVD)의 그래 그래 핀 산화물 (가) 막;를 성장으로 실현 됩니다. 둘 다 폴리머 프레임과 경첩 사용. 3D 그래 핀 기반 큐브 제작 포함 됩니다: (i) 보호 레이어, (ii) 그래 핀 멤브레인 전송 및 패턴, (iii) 금속 표면에 그래 막, (iv) 프레임 및 경첩 패턴화 및 증 착, 패턴화의 준비 (v) 자동 접이식, 및 (vi) 제거 보호 레이어 (그림 1). 이 문서는 3D 그래 핀 기반 큐브 제작의 자 접이식 측면에 주로 초점을 맞추고. 3 차원 그래 핀 기반 큐브의 물리적 및 광학 속성에 우리의 다른 최근 간행물27,28에서 찾을 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>아세톤</td><td>피셔 화학</td><td>A18P-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>산화알루미늄</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMALO-1-2.5</td><td>99.99% 순수</td></tr><tr><td>APS 구리 에칭 100</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>해당 사항</td><td>없음</td></tr><tr><td>카메라(3D 이미지용)</td><td>Nikon</td><td>D5100</td><td>1080p Full HD, 유효 픽셀: 1,620만, 센서 크기: 23.6mm x 15.6mm</td></tr><tr><td>CE-5 M 크롬 마스크 에칭 Transene</td><td>Company, Inc.</td><td>N/A</td> N<td>/A</td></tr><tr><td>화학 증착 성장(CVD) 시스템</td><td>맞춤형</td><td>N/A</td><td>Lindberg/Blue Tube</td></tr><tr><td>Furnace Chromium</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCR35J</td><td>99.95% 순수</td></tr><tr><td>크롬 에칭 473</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>해당 사항</td><td></td></tr> 없음 Copper <tr><td></td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCU40QXQJ</td><td>99.99% 순수</td></tr><tr><td>Developer-1 (MF319 developer)</td><td>Microposit</td><td>10018042</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Developer-2 (AZ developer)</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>디지털 핫 플레이트</td><td>Thermo Scientific</td><td>HP131725</td><td>Super-Nuvoa 시리즈, 최대 온도: 370°C; C</td></tr><tr><td>E-빔 증발기 시스템</td><td>Rocky Mountain Vacuum Tech.</td><td>N / A</td><td>RME-2000</td></tr><tr><td>그래 핀 산화물</td><td>Goographene</td><td>N / A</td><td>순도 : ~ 99 %; 단층 비율 : ~ 99 %; &nbsp; 두께가 0.7-1.2nm입니다.</td></tr><tr><td>이소프로필 알코올</td><td>피셔 화학</td><td>A416-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>마스크 정렬기</td><td>Midas</td><td>MDA-400LJ</td><td>N/A</td></tr><tr><td>현미경</td><td>Omax</td><td>NJF-120A</td><td>N/</td></tr><tr><td>A 다중 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA)</td><td>MicroChem</td><td>950 PMMA A9</td><td>N/A</td></tr><tr><td>산소 플라즈마&nbsp;</td><td>(주)테크닉스</td><td>SERIES 800</td><td>Microscale reactive ion etching (RIE)</td></tr><tr><td>Photoresist-1 (S1813 Photoresist)</td><td>Microposit</td><td>10018348</td><td>N/A</td></tr><tr><td>포토레지스트-2 (SPR220 포토레지스트)</td><td>MicroChem</td><td>SPR00220-7G</td><td>N/A</td></tr><tr><td>포토레지스트-3 (SU-8 포토레지스트)</td><td>MicroChem</td><td>SU-8-2010</td><td>N/A</td></tr><tr><td>프로파일로미터</td><td>Tencor Instruments</td><td>N/A</td><td>Alpha-Step 200</td></tr><tr><td>라만</td><td>WITec 인스트루먼트 Corp.</td><td>Alpha300R</td><td>컨포칼 라만 현미경</td></tr><tr><td>실리콘 웨이퍼</td><td>Siltronic AG</td><td>N/A</td><td>100mm 직경, N형, 단면 광택, 저항도: 560-840 & &황소; cm</td></tr><tr><td>스피너</td><td>최고의 도구</td><td>S0114031123</td><td>SMART COATER 100</td></tr><tr><td>티타늄</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMTI45QXQA</td><td>99.99% 순수</td></tr><tr><td>초음파 세척기</td><td>크레스트 초음파</td><td>N/A</td><td>파워소닉 시리즈</td></tr></tbody></table>

3 차원 그래 핀 기반 polyhedrons을 통해 종이 접기 같은 자체 접는의 제조

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

그래 핀의 우수한 고유의 특성을 유지 하면서 3 차원 (3D) 다면체 구조에 2 차원 (2D) 그래 핀의 어셈블리 소설 장치 응용 프로그램 개발에 대 한 큰 관심의 되었습니다. 여기, 3d, 눈금, 제조 polyhedrons (큐브) 2 차원 그래 핀 그래 핀 산화물 시트 또는 통해 종이 접기 같은 자체 접는 과정 설명의 몇 층으로 구성 된 투명. 이 방법은 때 2D 그물 3D 조각으로 변형 된다 폴리머 프레임 경첩, 그리고 인장, 공간, 감소 시키는 산화 알루미늄/크롬 보호 층 그래 핀 기반 세포 막에 표면 장력 응력의 사용을 포함 한다. 프로세스 구조 뿐만 아니라 병렬 생산의 형태와 크기의 컨트롤을 제공합니다. 또한, 금속 3D 입방체의 각 면에 패턴화이 이렇게 표면 수정 만들 수 있습니다. 라만 분광학 연구 메서드를 그래 핀 기반 세포 막의, 우리의 방법의 견고성을 보여주는 기본 속성의 보존 수 있습니다 보여줍니다.

그림 2 는 2D 그래 핀의 이동 그물 구조 석판 과정과 후속 자체 접는 과정의 광학 이미지를 표시합니다. 자기 접는 과정은 모니터링 실시간 을 통해 고해상도 현미경. 두 가지 유형의 3 차원 그래 핀 기반 큐브 ~ 80 ° c.에 접혀 있다 그림 3 병렬 방식에서 3 차원 그래 핀 기반 큐브 자체 접는 보여주는 비디오 캡처 시퀀스를 낳는다. 최적화 된 프로세스에서이 이렇게 ~ 90%의 높은 수익률을 보여 줍니다.
그림 4 는 3D 조립 그래 핀 및 이동 기반 큐브 표면 패턴 없이 광학 이미지. 접힌된 자체 큐브의 전체 크기는 200 (폭) × 200 (길이) × 200 (높이) µ m<s...

여기, 선물이 3 차원 그래 핀 기반 polyhedrons을 통해 종이 접기 같은 자체 접는의 제조에 대 한 프로토콜.

3 차원 그래 핀 기반 Polyhedrons을 통해 종이 접기 같은 자체 접는의 제조

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

이 프로토콜은 종이 접기와 같은 자체 접이식 방법을 사용하여 3D 그래핀 기반 폴리에드론을 만듭니다. 2차원 그래핀 시트는 뛰어난 광학, 전자 및 기계적 특성을 가지고 있습니다. 2차원 그래핀의 모양을 조정함으로써 물리적, 화학적 및 광학 적 특성을 조정할 수 있어 새로운 재료 거동을 도입하여 새로운 적용 기회를 제공합니다.이와 관련하여, 2D 그래핀을 기능성, 잘 정의된 3차원 폴리헤드론의 구조에 통합하는 것은 최근 그래핀 커뮤니티에서 큰 관심을 받고 있다. 3D 그래 핀 폴리에드론은 많은 응용 분야에 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어 가스 및 수중 보호 용기, 분자 저장, 전달 시스템, 액체 기반 재료캡슐화, 전자 현미경 검사법, 기능성 광전자 장치 및 물질 물질 물질에서 쉽게 관찰할 수 있습니다.3D 그래핀 기반 구조물의 생산을 위한 다수의 화학 경로가 도입되었습니다. 그러나, 이러한 방법은 전형적으로 강력한 화학 반응을 필요로 하며, 이는 그래 핀의 본질적인 특성에 영향을 미치고 독립형, 중공, 3D 그래핀 폴리에드론의 건설에 있어 어려움을 야기한다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 이 연구는 종이 접기 와 같은 자기 접이식을 사용하여 2D 그래 핀과 그래 핀 옥사이드와 다중 얼굴 3D 마이크로 큐브를 실현하기위한 방법을 보여줍니다.3D 그래핀 기반 큐브의 전체 제작 프로세스에 대한 컨텍스트를 제공하기 위해 세부 프로토콜 이전에 단순화된 6단계 개요가 도입됩니다. 먼저 보호 레이어를 준비합니다. 이어서, 보호 층으로 패터닝에서 그래핀 멤브레인 전달을 수행한다.그런 다음 그래핀 멤브레인에 금속 표면 패터닝을 만듭니다. 다음으로 폴리머 프레임과 힌지를 정의합니다. 그런 다음 2D 그물을 자체 접을 통해 3D 큐브로 변환합니다.마지막으로 보호 레이어를 제거합니다. 전자 빔 증발기는 실리콘 기판에 10 나노미터 두께의 크롬과 300 나노미터 두께의 구리 층을 증착합니다. 스핀 코트 포토레지스트 2500 RPM에 이어 60초 동안 섭씨 115도에서 베이킹을 합니다.설계된 2D 그물 영역을 접촉 마스크 정렬기의 UV 라이트에 15초 동안 노출한 다음 개발자에서 60초 동안 개발합니다. 시료를 탈온화된 물로 헹구고 공기총으로 블로우 드라이를 드십시오. 10 나노미터 두께의 크롬 층을 데우고 아세톤에 남아있는 포토 레지스트를 들어 올립니다.시료를 탈온화된 물로 헹구고 공기총으로 블로우 드라이를 드십시오. 그물에 6 평방 알루미늄 산화물 및 크롬 보호 층으로 2D 그물을 패턴으로, 스핀 코트 포토 레지스트 2, 500 RPM에서 다음 60 초 동안 섭씨 115도에서 베이킹. 설계된 6제곱 보호 레이어를 접촉 마스크 정렬기의 UV 라이트에 15초 동안 노출하고 개발자에서 60초 동안 개발합니다.시료를 탈온화된 물로 헹구고 에어건으로 블로우 드라이를 드십시오. 10나노미터 두께의 크롬 층에 100나노미터 두께의 알루미늄 산화물 층을 증착합니다. 아세톤에서 나머지 포토레지스트를 제거합니다.시료를 탈온화된 물로 헹구고 에어건으로 블로우 드라이를 드십시오. 구리 호일에 부착된 15mm 평방 피스의 그래핀을 시작으로 그래핀 표면에 3000 RPM의 얇은 PMMA 층을 스핀 코팅합니다. 섭씨 180도에서 10분간 구우면 굽습니다.구리 호일 층 시트에 PMMA 그래핀을 놓고 구리 에티크에 구리 쪽을 24시간 동안 부동하여 구리 호일을 식히게 합니다. 구리 호일이 완전히 용해된 후, PMMA를 그래핀에 남기고, 부동 PMMA 코팅 그래핀을 현미경 슬라이드 유리를 사용하여 탈온화 된 물 풀의 표면에 전달하여 구리 에티챈트 잔류물을 제거합니다. PMMA 코팅 그래핀을 새로운 탈이온화 된 물 웅덩이에 여러 번 옮겨 적절히 헹구는 것을 반복하십시오.부동 PMMA 코팅 그래핀을 구리 호일에 부착한 다른 그래핀 조각으로 옮겨 이중층 그래핀 멤브레인을 얻습니다. 뜨거운 접시에 구리 호일에 이중 층 그래 핀을 100섭씨 100도에서 10분 동안 열적으로 처리합니다. 아세톤 배스의 구리 호일에 있는 이중층 그래핀 위에 있는 PMMA를 제거하고 그래핀, 그래핀 및 구리 호일 층 스택을 남기고, 그 다음에 탈온화된 물로 옮겨놓습니다.그래 핀 전달을 한 번 더 반복하여 세 개의 적층 층의 그래 핀 멤브레인을 얻습니다. PMMA, 그래핀, 그래핀, 그래핀 및 구리 호일 층시트를 24시간 동안 구리 에트챈트에 띄워 구리 호일을 식히면 구리 호일을 식히게 합니다. PMMA 코팅된 그래핀 멤브레인 3층을 미리 제작된 알루미늄 산화물과 크롬 보호 층으로 옮겨줍니다.그래 핀의 전송 후, 아세톤으로 PMMA를 제거합니다. 그런 다음 샘플을 탈온물에 담그고 공기 중으로 건조시합니다. 1시간 동안 온수판의 기판에 다층 그래핀을 1시간 동안 100도 처리합니다.2500 RPM에서 코트 포토레지스트를 회전시키고 섭씨 115도에서 60초 간 굽습니다. UV는 15초 동안 접촉 마스크 정렬기를 사용하여 제곱 보호 층 영역 바로 위에 포토레지스트 영역을 노출합니다. 그런 다음 60 초 동안 개발하십시오.산소 플라즈마 처리를 통해 새로 발견된 원치 않는 그래핀 영역을 15초 동안 제거합니다. 아세톤에서 남은 포토 레지스트를 제거합니다. 시료를 탈온화된 물로 헹구고 공기 중으로 건조시.스핀 코트 포토레지스트는 이전에 제작된 알루미늄 산화물과 크롬 보호 층 위에 60초 동안 1700 RPM에서 저항하여 10 마이크로미터 두께의 층을 얻습니다. 포토레지스트를 섭씨 115도에서 60초 간 굽은 다음 3시간 동안 기다립니다. 알루미늄 산화물 및 크롬 층을 패터닝하는 데 사용되는 동일한 마스크로 UV는 접촉 마스크 정렬기에 샘플을 80초 동안 노출시키고 90초 동안 개발합니다.시료를 탈온화된 물로 헹구고 공기총으로 블로우 드라이를 드십시오. 80초 동안 마스크 없이 전체 시료의 UV 홍수 노출을 수행합니다. 60초 동안 1000 RPM에서 샘플에 준비된 그래핀 산화물과 물 혼합물을 스핀 코팅합니다.스핀 코팅을 총 3회 수행합니다. 원치 않는 그래 핀 산화물의 리프트 오프를 허용하기 위해 개발자에 샘플을 찍어. 현미경의 밑에 리프트 오프 프로세스는 푸티지 가속과 함께 여기에서 표시됩니다.시료를 탈이온된 물로 헹구고 공기총으로 샘플을 조심스럽게 날려 버리십시오. 1시간 동안 100도의 온수 판에 샘플을 열로 처리합니다. 패턴 그래핀 기반 멤브레인 위에 20나노미터 두께의 티타늄 패턴을 생성합니다.1시간 동안 100도의 온수 판에 샘플을 열로 처리합니다. 티타늄 표면 패턴이 있는 그래핀 기반 멤브레인 위에 2500 RPM에서 60초 동안 스핀 코트 포토레지스트를 사용하여 5마이크로미터 두께의 층을 형성하고 섭씨 90도에서 2분 동안 굽습니다. 20초 동안 샘플을 자외선 노출시키고, 섭씨 90도에서 3분간 구우고, 90초 동안 개발합니다.시료를 탈온화된 물과 이소프로필 알코올로 헹구고, 조심스럽게 공기총으로 샘플을 날려 버리십시오. 15분 동안 200°C에서 샘플을 굽은 후 프레임의 기계적 강성을 향상시킵니다. 힌지 패턴을 만들기 위해 스핀 코트 포토레지스트는 1000 RPM에서 60초 동안 저항하여 조립식 기판 위에 10마이크로미터 두께의 필름을 형성합니다.섭씨 115도에서 60초 간 구우고 3시간 동안 기다립니다. 80초 동안 접진 마스크 정렬기에서 샘플을 UV로 노출하고 90초 동안 개발합니다. 시료를 탈이온된 물로 헹구고 공기총으로 샘플을 조심스럽게 날려 버리십시오.2D 구조를 방출하려면 구리 에타트에서 2D 그물 아래에 구리 희생층을 용해하십시오. 파이펫을 사용하여 방출된 구조물을 탈이온 수조로 조심스럽게 옮기고 몇 번 헹구어 잔류 구리 에티티를 제거합니다. 2D 구조를 폴리머 힌지의 융점 위에 가열하여 탈온화 된 물에 놓습니다.광학 현미경 을 통해 실시간으로 셀프 폴딩을 모니터링하고 성공적인 조립시 열원에서 닫힌 큐브로 제거하십시오. 자가 접힌 후 크롬 에트와 함께 알루미늄 산화물 및 크롬 보호 층을 제거하십시오. 큐브를 탈온수 욕조로 부드럽게 옮기고 조심스럽게 헹구십시오.광학 이미지는 2D 그래핀 및 그래핀 옥사이드 그물 구조의 석판화 공정과 후속 자체 접이식 과정을 보여줍니다. 자기 접는 과정은 고해상도 현미경을 통해 실시간으로 모니터링됩니다. 3D 그래 핀 기반 큐브의 두 가지 유형은 섭씨 약 80도에서 접혀 있습니다.이 수치는 3D 그래핀 기반 큐브의 자체 접이식을 병렬방식으로 보여주는 비디오 캡처 시퀀스를 배치합니다. 최적화된 프로세스에서 이 방법은 약 90%의 가장 높은 수익률을 보여줍니다. 이 수치는 표면 패턴이 없는 3D 조립 그래핀 및 그래핀 산화물 기반 큐브의 광학 이미지를 보여줍니다.자체 접힌 큐브의 전체 크기는 200 마이크로미터 높이에서 200 마이크로미터 길이의 200 마이크로미터입니다. 20 나노미터 두께의 티타늄 패턴 기능과 UMN 글자는 3D 그래핀 기반 큐브의 각 면에 정의됩니다. 이 수치에는 2D 그래핀 기반 그물의 라만 분광검사와 3D 그래핀 기반 큐브가 포함됩니다.결과는 자체 접이식 후에 그래핀과 그래 핀 옥사이드 막 둘 다에 대한 라만 피크 위치와 강도에 눈에 띄는 변화를 보여주지 않습니다. 그러나 보호 층이 사용되지 않을 때 상대피크 강도의 눈에 띄는 변화가 관찰되어 자체 접이식 중에 그래핀의 특성에 대한 변화 또는 손상을 나타냅니다. 이 방법을 통해 3D 구성의 수많은 장점을 사용하여 센서 및 전기 회로를 포함한 생체 의학, 전자 및 광학 장치의 개발을 가능하게 합니다.또한, 이 과정은 초기 영상을 그래핀 기반 재료에만 사용하기 때문에, 이 방법은 트렌자-남성-아이 차이-후스 나이-후스 나이프 및 블랙 여권과 같은 다른 2차원 소재에 적용될 수 있으므로 2D 재료의 차세대 3D 구성을 개발하는 데 사용될 수 있다.

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

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

우리는 2 차원 (2D) 전구체의 패턴과 재구성 입자의 합성 실험 내용을 설명합니다. 이 방법론은 polyhedra과 마이크로에서 센티미터 규모에 이르기까지 다양한 길이의 비늘에서 붙잡는 장치를 포함하여 모양의 다양한 입자를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

종이 접기 고취 패턴 및 재구성 입자의 자기 조립

DNA 종이접기는 DNA 분자의 자기 조립을 프로그래밍하여 정밀한 나노 크기의 물체를 제작하는 강력한 방법입니다. 여기에서는 DNA 종이접기에서 생체 반응성 로봇을 접는 프로토콜, 투과 전자 현미경 이미징(TEM)을 위한 정제 및 음성 염색에 대해 설명합니다.

DNA 접기에서 바이오 응답 로봇의 폴딩 및 특성화

높은 처리량 잠재력을 가진 마이크로 디바이스는 새로운 재료와 3 차원 (3D) 유전 (DEP)를 설명하는 데 사용됩니다. 그래 핀 nanoplatelet 종이 양면 테이프가 교대로 적층 하였다; 700 μm의 마이크로 웰 층에 가로을 드릴 하였다. 폴리스티렌 비즈의 DEP 동작은 마이크로에 잘 입증되었다.

3D 그래 핀 전극 유전 영동 장치의 개발

이 비디오 방법은 고분자 전구체에서 파생된 높은 표면적, 모놀리식 3D 그래핀 기반 재료 및 단층 그래핀 산화물의 합성을 설명합니다.

합성 및 3D 나노 그래 핀 소재의 기능화 : 그래 핀 에어로젤과 그래 핀 매크로 어셈블리

우리는 3D 종이 마이크로 유체 소자를 구성하는 패터닝 된 에어로졸 접착제의 사용을 입증한다. 접착제 신청서이 방법은 단일 사용 장치 활성화 층간 반영구 결합은 비파괴 사용 후 접이식 복잡한 비평면 구조를 용이하게하기 위해 분해된다.

3D 종이 미세 유체 장치를 구축하기 위해 접착제 패터닝을 사용하여

여기, 우리가 준비하고 차 구조를 시각화하는 프로토콜을 제시한다 (예를 들면, 섬유, 도넛 형 아키텍처 및 나노 분야) 나선형 폴리 카 보디에서 유래. 두 원자 힘 현미경 (AFM) 및 주사 전자 현미경 (SEM)에 의해 특징 형태는 분자 구조, 농도, 및 원하는 용매에 의존하는 것으로 나타났다.

나선형 폴리 카 보디이 미드 공중 합체 및 이들의 트리아 졸 유도체로부터 획득 자기 조립 모폴로지

여기 우리는 실제 열 증발에 의해 C60/graphene 하이브리드 nanostructures의 제조에 대 한 프로토콜을 제시. 특히, 증 착 및 어 닐 링 조건의 적절 한 조작 1 D와 유사 1D C의 창조 제어할60 구조에 허용 파문이 그래.

준비 및 C60/Graphene 하이브리드 Nanostructures의 특성화

이 작품에서 우리는 위치와 상대 방향을 정밀하게 제어하여 초박형 층 2D 재료를 적층하여 새로운 결정 (반 데르 발스 이종 구조)을 만드는 데 사용되는 기술을 설명합니다.

정밀 회전 정렬을 통해 반 데르 발스 이종 구조 제작

용액과 표면 보조 합성의 조합은 나노 구조의 원자 정밀 합성에 새로운 방향을 제시합니다. 비접촉 원자력 현미경(nc-AFM)으로 보완된 주사 터널링 현미경(STM)을 통해 새롭게 설계 및 생성된 탄소 기반 나노 물체의 상세한 특성 분석을 수행할 수 있습니다.

용액과 표면 화학의 조합을 통해 합성된 다공성 nanographenes의 현미경 시각화

여기에서는 그래핀의 단일 단층을 전자 현미경 그리드에 적용하기 위한 프로토콜과 CryoEM 구조 결정에 사용하기 위해 이를 준비하는 방법에 대해 설명합니다.

Fabrication of Monolayer Graphene-Coated Grids for Cryoelectron Microscopy(초저온 전자 현미경을 위한 단층 그래핀 코팅 그리드 제작)

이 기사는 고도로 조정 가능한 맞춤형 전달 설정을 기반으로 하는 수정된 건식 전달 기술을 활용하여 정밀한 비틀림 각도를 가진 고품질 그래핀 기반 모아레 초격자 장치를 제작하기 위한 최적화된 경험 기반 프로토콜을 제시합니다.

고품질 그래핀 기반 모아레 초격자 소자를 위한 최적화된 제작 절차

학습하세요 종이 접기 같은 자체 접는 방법을 사용하여 3차원 그래핀 기반 다면체를 제조하는 기술입니다. 이 프로토콜은 재료 과학 및 나노기술 분야에서 새로운 물리적, 화학적 특성을 탐색하는 데 활용됩니다.

3 차원 그래 핀 기반 Polyhedrons을 통해 종이 접기 같은 자체 접는의 제조

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