Lange en holle glasachtige koolstofmicrofibers werden vervaardigd op basis van de pyrolyse van een natuurlijk product, menselijk haar. De twee fabricage stappen van koolstofmicro-elektromechanische en koolstofnanoelectromechanische systemen, of C-MEMS en C-NEMS, zijn: (i) fotolithografie van een koolstofrijke polymeervoorloper en (ii) pyrolyse van de gevormde polymeervoorloper.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Fabricage van 3D Koolstof Micro-Elektromechanische Systemen (C-MEMS)
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Een breed scala aan koolstofbronnen zijn beschikbaar in de natuur, met een verscheidenheid aan micro- / nanostructuurconfiguraties. Hier wordt een nieuwe techniek voor het vervaardigen van lange en holle glasachtige koolstofmicrofibers afgeleid van menselijke haren geïntroduceerd. De lange en holle koolstofstructuren werden gemaakt door de pyrolyse van menselijk haar bij 900 ° C in een N2-atmosfeer. De morfologie en de chemische samenstelling van natuurlijke en pyrolyseerde menselijke haren werden onderzocht met behulp van scanningelektronmicroscopie (SEM) en elektronisch-dispersieve röntgenspectroscopie (EDX) om de fysische en chemische veranderingen als gevolg van pyrolyse te schatten. Raman spectroscopie werd gebruikt om de glasachtige aard van de koolstofmicrostructuren te bevestigen. Pyrolyseerde haarkoolstof werd geïntroduceerd om schermdrukkoolelektroden te wijzigen; De gemodificeerde elektroden werden vervolgens toegepast op de elektrochemische detectie van dopamine en ascorbinezuur. Sensorprestaties van de gemodificeerde sensoren werden verbeterd in vergelijking met de unmodiFied sensoren. Om het gewenste koolstofstructuurontwerp te verkrijgen, werd het koolstofmicro- / nanoelectromechanische systeem (C-MEMS / C-NEMS) technologie ontwikkeld. Het meest voorkomende C-MEMS / C-NEMS fabricageproces bestaat uit twee stappen: (i) het patroon van een koolstofrijk basismateriaal, zoals een lichtgevoelig polymeer, met behulp van fotolithografie; En (ii) carbonisatie door middel van de pyrolyse van het gevormde polymeer in een zuurstofvrije omgeving. Het C-MEMS / NEMS-proces is veel gebruikt om micro-elektronische apparaten te ontwikkelen voor diverse toepassingen, zoals in microbatterijen, supercapacitors, glucosesensoren, gassensoren, brandstofcellen en triboelektrische nanogeneratoren. Hier worden de recente ontwikkelingen van een hoge aspect ratio vaste en holle koolstofmicrostructuren met SU8 fotoresists besproken. De structurele krimp tijdens pyrolyse werd onderzocht met behulp van confocale microscopie en SEM. Raman spectroscopie werd gebruikt om de kristalliniteit van de structuur te bevestigen en het atoompercentage van de elementen preeseNt in het materiaal voor en na pyrolyse gemeten met behulp van EDX.
Inleiding
Koolstof heeft veel allotropes en afhankelijk van de specifieke toepassing kan één van de volgende allotropes gekozen worden: koolstofnitobuizen (CNT's), grafiet, diamant, amorfe koolstof, lonsdaleite, buckminsterfullerene (C 60 ), fulleriet (C 540 ), fullereen C 70 ) en glasachtige koolstof 1 , 2 , 3 , 4 . Glazen koolstof is een van de meest gebruikte allotropes vanwege zijn fysieke eigenschappen, waaronder hoge isotropie. Het heeft ook de volgende eigenschappen: goede elektrische geleidbaarheid, lage t....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. 3D Human Hair-afgeleide Koolstof Structuur Fabricage
OPMERKING: Gebruik persoonlijke beschermingsmiddelen. Volg de instructies van de laboratorium om de instrumenten te gebruiken en in het laboratorium te werken.
- Bereid het verzamelde menselijke haar op door het met DI water te wassen en met N 2 gas te drogen.
- Rangschik de haren zoals gewenst, zoals in parallelle strengen, overkruist, met twee haren gewikkeld, enz.
- Bevestig de haren op een siliconen substraat met SU8 of houd ze direct in een keramische boot.
- Plaats het haarbevestigde silicium substraat of boot in een oven.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Een schematische weergave van het fabricageproces voor microfibers uit menselijk haar afgeleide holle koolstofvezels is weergegeven in figuur 1 . Het gekarboniseerde menselijk haar werd gekenmerkt door gebruik te maken van SEM om de krimp te schatten. De haardiameter daalde van 82,88 ± 0,003 μm tot 31,42 ± 0,003 μm door de pyrolyse. Scanning-elektronenmicroscopische (SEM) afbeeldingen van verschillende patronen gemaakt met behulp van met haar afgeleide kools.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
In deze paper werden de methoden voor het vervaardigen van een verscheidenheid van koolstofmicrostructuren gebaseerd op de pyrolyse van natuurlijke voorlopermaterialen of fotomonsterde polymeerstructuren gerapporteerd. De koolstofmaterialen die voortvloeien uit zowel de traditionele als niet-conventionele C-MEMS / C-NEMS-processen worden doorgaans gevonden als glaskarbonaten. Glazen koolstof is een veel gebruikte elektrode materiaal voor elektrochemie en ook voor toepassingen met hoge temperaturen. De microstructuur van.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door Technologico de Monterrey en de Universiteit van Californië in Irvine.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| SU8-2100 | Microchem | Product number-Y1110750500L | |
| Spinner | Laurell Technologies Corporation | Model-WS650HZB-23NPP/UD3 | |
| Hotplate | Torrey Pines Scientific | HS61 | |
| UV-exposer | Mercury Lamp, SYLVANIA | H44GS-100M, P/N-34-0054-01 | |
| Photomask | CAD/Art | Geen nummer | |
| Developer | Microchem | Y020100 4000L | |
| DI water system | Milli Q | ZOOQOVOTO | |
| IPA | CTR Sientific | CTR 01244 | |
| N2 gas | AOC Mexico | Geen nummer | |
| Furnace | PEO 601, ATV Technologie GMBH | Model-PEO 601, Serial no.-195 | |
| Si/SiO2 | Noel Technologies |
Referenties
- 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.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
