Name: Fabrication, verdichting, en Replica Molding van 3D Carbon Nanotube Microstructuren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:01:00.000+00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: Leer de fabricage en verdichting van verticaal uitgelijnde koolstofnanotube-microstructuren voor microfabricatie. Deze methode maakt replica-molding van robuuste nanocomposieten met hoge aspectverhoudingen mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit onderzoek werd ondersteund door de Nanomanufacturing programma van de National Science Foundation (CMMI-0927634). Davor Copic werd mede ondersteund door de Rackham Merit Fellowship Program aan de Universiteit van Michigan. Sameh Tawfick erkent gedeeltelijke steun van de Rackham Predoctoraal Fellowship. Michael De Volder werd gesteund door de Belgische Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen (FWO). Microfabricage werd uitgevoerd bij het Lurie Nanofabrication Facility (LNF), die lid is van het National Nanotechnology infrastructuurnetwerk, en elektronenmicroscopie werd uitgevoerd op de Michigan Electron Microbeam Analysis Laboratory (Emal).

1. Catalyst Patroonvorming <ol><li> Verwerven (100) siliciumplak met een 3000A dikke siliciumdioxydelaag met tenminste een geslepen zijde. U kunt ook het verwerven van een kale silicium wafer en groeien 3000A siliciumdioxide op de wafer. De verwerking hieronder beschreven wordt uitgevoerd op het gepolijste zijde van de wafer. </li><li> Spincoat een laag HMDS op 500rpm voor 4T, dan op 3000rpm voor de jaren &#39;30. HMDS bevordert de hechting tussen de wafel en de fotolak. </li><li> Spincoat een laag SPR-220-3 op 500rpm voor 4T, dan op 3000rpm voor de jaren &#39;30. </li><li> Bak de wafer op een kookplaat bij 115 ° C 90. </li><li> De gewenste masker katalysator patronen, bloot wafer aan UV licht met een instraling van 20 mW / cm 2 bij 405 nm voor 6s in vaste contact mode.1.6) Bak de wafer op een kookplaat weer bij 115 ° C 90 (post blootstelling bakken). </li><li> Ontwikkel de blootgestelde fotolak voor 60 gebruik van AZ-300 MAV ontwikkelaar. </li><li> Spoelende wafer gedurende 60 in DI water. </li><li> Borg 10nm Al 2 O 3, gevolgd door 1 nm Fe per e-beam verdamping of sputteren. </li><li> Handmatig schrijver en break wafer in stukken van ongeveer 20 × 20 mm of kleiner. </li><li> Voer lift-off van de fotolak door het weken van de wafer stukken in een 1 liter bekerglas met 100 ml aceton, terwijl de beker is geplaatst in een ultrasoon bad bij het aanzetten van 6 voor 8min (CREST Ultrasonics 1100D). </li><li> Gooi en vervang de aceton en ultrasone trillingen weer met dezelfde instellingen. </li><li> Breng de wafer stukken over in een bekerglas met isopropanol (IPA), dan laten weken voor 2min. </li><li> Verwijdert u de wafer stukken uit de RIE met een pincet. Droog elk stuk met een lichte stikstofstroom met behulp van een handheld mondstuk. </li></ol> 2. CNT groei <ol><li> Schaf een kale (of oxide-coating) silicium wafer en handmatig schrijver en breken een stuk met afmetingen van ongeveer 22 × 75 mm. Deze &quot;boot&quot;worden gebruikt ter ondersteuning en laden katalysator beklede wafer stukken in de buisoven. De boot is zeer nuttig voor het houden van de wafer stukken tijdens het laden en lossen, maar geen rol spelen in het groeiproces. In principe kan de boot materiaal dat chemisch en thermisch stabiel is onder de CNT groeiomstandigheden zijn. </li><li> Plaats een gewenst aantal katalysator-gecoate wafer stukken (groeisubstraten) op de boot, 30 mm van de voorrand. </li><li> Plaats de boot met groeisubstraten in de buis. Duw de boot in de buis, zodanig dat de voorkant is 30 mm achter de oven thermokoppel gelegen, met behulp van een roestvrij stalen of kwarts duwstang. Deze 30mm positie is de &quot;sweetspot&quot;, die de hoogste CNT groei geeft in onze oven. Er moet deze positie bepalen inrichting van de gebruiker afhankelijk van de gebruiker de inrichting en doelstellingen (bijv. maximaliseren van CNT groeisnelheid of dichtheid). </li><li> Aansluitende eindkappen, het afdichten van de buis. Men dient niet te storen de positie van de boot of patroon silicium stukken. Opmerking: CNT groei is zeer gevoelig voor positie in de buis. </li><li> Spoel de kwartsbuis met 1000sccm van helium 5min bij kamertemperatuur. </li><li> Terwijl de stromende 400sccm van waterstof en 100sccm van de helium, oprit de temperatuur tot 775 ° C in 10 minuten, en houd vervolgens de stromen en de temperatuur voor 10min. Deze stap waardoor de film chemisch verminderen van ijzeroxide te strijken en dewet in nanodeeltjes. </li><li> Wijzig de waterstof debiet naar 100sccm en de helium-debiet te 400sccm, terwijl het toevoegen van 100sccm van ethyleen en het onderhoud van de oven op 775 ° C tot CNTs groeien. De hoogte van de CNTs wordt bepaald door de duur van deze stap. </li><li> Om CNT groei te stoppen en af ​​te koelen van het monster, de hand schuift u de kwartsbuis stroomafwaarts tot aan de katalysator chips worden op ongeveer 1 cm stroomafwaarts van de oven isolatie. Wees voorzichtig omblijven dezelfde stromen en oven instelpunttemperatuur als in de vorige stap, gedurende 15 minuten. </li><li> Spoel de buis met 1000sccm van helium voor 5min, voorafgaand aan het ophalen van de monsters, en het draaien van de oven uit te schakelen. </li></ol> 3. CNT Verdichting <ol><li> Breng een stukje dubbelzijdig plakband op een 0,8 mm dikke aluminium gaas met gaten met een diameter 6.25mm. Zorg het gaas groter is dan de opening van een 1L bekerglas de band ongeveer gecentreerd op het net. </li><li> Monteer de silicium wafer stuk met CNTs op de band, zodat de CNT microstructuren naar boven gericht zijn. </li><li> Giet 100 ml aceton in een 1 liter bekerglas en plaats het bekerglas op een hete plaat in een zuurkast. Stel de verwarmingsplaat een temperatuur van 110 ° C bereiken Wacht tot aceton begint te koken. Wij merken op dat, op onze kookplaat, een instelling van 150 ° C nodig was om 110 ° C te bereiken op het oppervlak. Het kookpunt van aceton veel lager (ca. 56 ° C) maar found dat de verhoogde temperatuur mag aceton sneller koken en verwarmd de zijwanden van de beker, waardoor condensatie in de beker. </li><li> Plaats de aluminium gaas op de beker zodanig dat de gemonteerde monster naar beneden. </li><li> Opmerking een snelle fluctuaties in de damp voor stijgende de zijkant van de beker en stel de zuurkast raam niveau de damp voor te stabiliseren. </li><li> Wanneer de damp voor benadert de top van de beker, zich aan de natuurlijke kleur verandert op het oppervlak van het siliciumsubstraat. Rainbow-achtige patronen zullen verschijnen en vegen over het gehele oppervlak. Dit betekent een dunne laag oplosmiddel dat op het oppervlak als de damp in contact komt met het koude oppervlak. </li><li> Zodra er voldoende oplosmiddel is gedeponeerd, pak het gaas en zonder de oriëntatie van het monster, houd hem uit de buurt van het kokende oplosmiddel totdat de gedeponeerde oplosmiddel weg verdampt. De hoeveelheid tijd die wordt bepaald empirmatisch gebaseerd op de grootte en verdeling van de CNT structuren. Dit wordt verder behandeld in de discussie. </li><li> Verwijder het gaas uit de beker, en zorgvuldig verwijderen van het monster van de dubbelzijdige tape, met behulp van een scheermesje. Grootste zorg moet worden genomen dat deze stap is het gemakkelijk om het monster te breken bij het verwijderen. </li></ol> 4. CNT Master Mold Fabrication <ol><li> Pool SU-8 2002 op de verdichte CNT microstructuren. Draai de steekproef op 500rpm voor 10s, daarna bij 3000rpm voor de jaren &#39;30. </li><li> Bak het monster bij 65 ° C gedurende 2 minuten en vervolgens bij 95 ° C gedurende 4 min. </li><li> Expose het monster aan UV-licht met een instraling van 75mW/cm 2 voor 20. </li><li> Bak weer het monster bij 65 ° C gedurende 2 minuten, vervolgens op 95 ° C gedurende 4 min. </li></ol> 5. Replica Molding <ol><li> Als repliceren delicate structuren, plaats de meester in een exsiccator samen met een glas walgelijke van 100 ul van (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-Trichloorsilaan op 400mTorr voor 12u. </li><li> Meng totaal 1g PDMS (Sylgard 184) met een verhouding van 10:1 monomeer: ​​vernettingsmiddel. Voor microstructuren een bodemmaat van enkele micrometers en een verhouding van 10 of meer gebruik een verhouding van 8:1. </li><li> Plaats de CNT meester in een aluminium folie schotel, en giet PDMS in de schaal totdat het monster wordt ondergedompeld. </li><li> Het monster wordt in vacuüm en Degas op 400mTorr gedurende 15 minuten. Eens bellen beginnen te vormen in het PDMS (meestal na ongeveer 3 minuten) periodiek te verhogen de druk snel om grote luchtbellen barsten. </li><li> Genezen negatieve bij 120 ° C gedurende 20 minuten. Indien het monster HAR structuren, genezing bij 85 ° C voor 5 uur. </li><li> Eenmaal uitgehard, schil terug aluminiumfolie en scheiden de meester van de zachte PDMS negatief met de hand. </li><li> Als repliceren delicate structuren, plaatst u het negatieve in een exsiccator samen met een glas walgelijke van 100 ul van (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-trichloorsilaan op400mTorr voor 12u. </li><li> Giet SU-8 2002 in de PDMS negatieve en ontgas op 400mTorr voor 10min. </li><li> Bak het monster (SU-8 gevuld negatief) bij 65 ° C 4min vervolgens bij 95 ° C 6 tot het oplosmiddel verdampen van de dikke SU-8. </li><li> Expose het monster aan UV-licht met een instraling van 75mW/cm 2 voor jaren &#39;20 en bak weer bij 65 ° C gedurende 4min en vervolgens bij 95 ° C gedurende 8min. </li><li> Laatste handmatig uit de vorm halen de SU-8 replica van het PDMS negatief. </li></ol> 6. Representatieve resultaten Representatief volwassen CNT pijler arrays met hun verdicht vormen zijn weergegeven in figuur 4 (image gemodificeerd uit De Volder et al.. 4). HAR pijlers met een dikte van 10 pm of kleiner zijn geleidelijk worden verminderd rechtheid, die verder wordt verminderd tijdens verdichting. Verdichting van halfronde pijlers is aangetoond dat de in uniform gebogen pijlers grote gebieden (Fig. 4c). SU-8 infiltration voorkomt tussen en binnen CNT microstructuur van structuren afstand van 30 pm of onder een dunne film van SU-8 kan bestaan ​​tussen structuren. Foto&#39;s van kritische stappen in het replicatieproces zijn weergegeven in figuur 5, de SEM afbeeldingen vergelijken gerepliceerd microstructuren hun replica op verschillende schalen worden getoond in figuur 6 (image gemodificeerd uit Copic et al.. 5). Current grenzen qua structuur vorming, zoals gevlochten structuren (image gemodificeerd uit De Volder et al.. 4) hoge aspectverhouding wanden en inspringende structuren in figuur 7 (beeld gemodificeerd uit Copic et al.. 5). <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig1.jpg" alt="Figuur 1" /> Figuur 1. Buisoven setup voor groei CNT groei. (A) Systeem schema. (B) Tube oven (Thermo Fisher-Minimite), met deksel open voor silicium boot haar in gesloten kwartsbuis. (C) b Siliconhaver met samples, blijkt voor en na de groei. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere afbeelding te bekijken</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig2.jpg" alt="Figuur 2" /> Figuur 2. (A) Schematische voorstelling van beker setup voor een gecontroleerde condensatie van dampen van oplosmiddelen op CNT microstructuren (beeld gewijzigd van De Volder et al.. 6). (B) CNT monster substraat verbonden met aluminium gaas boven kokend aceton. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig3.jpg" alt="Figuur 3" /> Figuur 3. Process flow voor replica vormen van de CNT microstructuren, en het imago van de representatieve gerepliceerd microstructuur aanbod in vergelijking met US kwartaal dollar munt. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig4.jpg" alt="Figuur 4" /> Figuur 4. Voorbeeldige CNT microstructuren voor en na capillary vormen. Schematische en SEM beelden van tal van cilindrische CNT pijlers (a) voor capillair vormen, en (b) na capillair vorming (beeld gewijzigd van De Volder et al.. 6). Inlegwerk tonen uitlijning en de dichtheid van CNTs. (C) Semicylindrical CNT pijlers verdichten en kantelen tijdens capillair vorming, de vorming van schuine balken (beeld gewijzigd ten opzichte van Zhao et al.. 7). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig5.jpg" alt="Figuur 5" /> Figuur 5. Belangrijke stappen van CNT negatieve mal fabricage en replica gieten. (A) Gieten van PDMS negatieve mal. (B) het ontgassen van de negatieve vorm. (C) Handmatige Lostijd van de negatieve, en het gieten van de SU-8 replica. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig6.jpg" alt="Figuur 6" /> Figuur 6. Vergelijking van (a)<html> CNT/SU-8 master en (b) replica micropillar structuren met high-fidelity replicatie van micro-schaal vorm en nanoschaal textuur (dat wil zeggen, zijwanden en bovenkant), over een groot gebied (afbeelding gewijzigd vanaf Copic et al.. 5). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig6large.jpg" target="_blank">Klik op hier om een grotere afbeelding te bekijken</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig7.jpg" alt="Figuur 7" /> Figuur 7. High-aspect-ratio (HAR) en re-deelnemer CNT microstructuren en hun polymeer replica&#39;s. (A) Verdicht CNT honingraat met bijbehorende SU8-CNT meester en SU8 replica. (B) Master en de replica van hellende CNT microwell (beeld gewijzigd vanaf Copic et al.. 5). (C) Verdicht twisted CNT micropillars, met master en replica van de individuele structuur (beeld gewijzigd van De Volder et al.. 4). De honingraten in (a) hebben wand breedte van 400 nm en een hoogte van 20 pm.= &quot;Http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig7large.jpg&quot; target = &quot;_blank&quot;&gt; Klik hier voor een grotere afbeelding weer te geven.

<ol><li>Xia, Y. N., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Soft lithography.</a> Annual Review of Materials Science. 28, 153-184 (1998).</li>
<li>Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Replica+molding+using+polymeric+materials%3A+A+practical+step+toward+nanomanufacturing%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Replica molding using polymeric materials: A practical step toward nanomanufacturing.</a> Advanced Materials. 9, 147-149 (1997).</li>
<li>Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemistry+of+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Chemistry of Carbon Nanotubes.</a> Chemical Reviews. 106, 1105-1136 (2006).</li>
<li>De Volder, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diverse+3D+Microarchitectures+Made+by+Capillary+Forming+of+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Diverse 3D Microarchitectures Made by Capillary Forming of Carbon Nanotubes.</a> Advanced Materials. 22, 4384-4389 (2010).</li>
<li>Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M. F. L., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+high-aspect-ratio+polymer+microstructures+and+hierarchical+textures+using+carbon+nanotube+composite+master+molds%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Fabrication of high-aspect-ratio polymer microstructures and hierarchical textures using carbon nanotube composite master molds.</a> Lab on a Chip. 11, 1831-1837 (2011).</li>
<li>De Volder, M. F. L., Park, S. J., Tawfick, S. H., Vidaud, D. O., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+electrical+integration+of+robust+carbon+nanotube+micropillars+by+self-directed+elastocapillary+densification%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Fabrication and electrical integration of robust carbon nanotube micropillars by self-directed elastocapillary densification.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, 045033-04 (2011).</li>
<li>Zhao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bending+of+nanoscale+filament+assemblies+by+elastocapillary+densification%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Bending of nanoscale filament assemblies by elastocapillary densification.</a> Physical Review E. 82, 041605(2010).</li>
<li>De Volder, M. F. L., Vidaud, D. O., Meshot, E. R., Tawfick, S., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-similar+organization+of+arrays+of+individual+carbon+nanotubes+and+carbon+nanotube+micropillars%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronic+Engineering%22%5BJournal%5D)">Self-similar organization of arrays of individual carbon nanotubes and carbon nanotube micropillars.</a> Microelectronic Engineering. 87, 1233-1238 (2010).</li>
<li>Nessim, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+of+Vertically-Aligned+Carbon+Nanotube+Diameter+and+Areal+Density+through+Catalyst+Pre-Treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Tuning of Vertically-Aligned Carbon Nanotube Diameter and Areal Density through Catalyst Pre-Treatment.</a> Nano Letters. 8, 3587-3593 (2008).</li>
<li>Pokroy, B., Epstein, A. K., Persson-Gulda, M. C. M., Aizenberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Bioinspired+Actuated+Nanostructures+with+Arbitrary+Geometry+and+Stiffness%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Bioinspired Actuated Nanostructures with Arbitrary Geometry and Stiffness.</a> Advanced Materials. 21, 463-469 (2009).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

Lithografische patronen en voorbereiding van de CNT katalysator substraten is eenvoudig en herhaalbaar, maar komen tot een consistente CNT groei vereist een zorgvuldige aandacht aan hoe de hoogte en de dichtheid van de CNT bossen worden beïnvloed door de luchtvochtigheid en de conditie van de groei buis. In onze ervaring patronen groter dan 1000 um 2 zijn minder gevoelig voor kleine fluctuaties in de verwerkingsomstandigheden. Verder, de dichtheid van de patronen stukken invloed op de groei dichtheid en hoogt...

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam van het serum </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Reacties </td></tr><tr><td> 4 &quot;diameter &lt;100&gt; siliciumplakken bedekt met SiO2 (300 nm) </td><td> Silicon Quest </td><td> Gewoonte </td><td></td></tr><tr><td> Positieve fotoresist </td><td> Microchem </td><td> SPR 220-3.0 </td><td></td></tr><tr><td> Hexamethyldisilizane (HMDS) </td><td> Microchem </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Ontwikkelaar </td><td> AZ Electronic Materials USA Corp </td><td> AZ 300 MAV </td><td></td></tr><tr><td> Sputteren systeem </td><td> Kurt J. Lesker </td><td> Lab 18 </td><td> Sputteren systeem voor katalysator depositie </td></tr><tr><td> Thermo Fisher-Minimite </td><td&gt; Fisher Scientific </td><td> TF55030A </td><td> Tube oven voor het CNT groei </td></tr><tr><td> Kwartsbuis </td><td> Technische Glass Products </td><td> Gewoonte </td><td> 22 mm ID x 25 mm OD 30 &quot;lengte </td></tr><tr><td> Helium gas </td><td> PurityPlus </td><td> Hij (PrePurified 300) </td><td></td></tr><tr><td> Waterstofgas </td><td> PurityPlus </td><td> H2 (PrePurified 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Ethyleengas </td><td> PurityPlus </td><td> C 2 H 4 (PrePurified 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Geperforeerde aluminium plaat </td><td> McMaster-Carr </td><td> 9232T221 </td><td> Voor het houden van bovenstaande voorbeeld verdichting beker </td></tr><tr><td> UV flood lamp </td><td> Dymax </td><td> Model 2000 </td><td></td></tr><tr><td> SU-8 2002 </td><td> Microchem </td><td> SU-8 2002 </td><td></td></tr><tr><td> Polydimethylsiloxaan (PDMS) </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 Silicone-elastomeer Kit </td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication, verdichting, en replica molding van 3d carbon nanotube microstructuren

Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

De introductie van nieuwe materialen en processen om microfabricage heeft, voor een groot deel, konden vele belangrijke ontwikkelingen in de microsystemen, lab-on-a-chip apparaten, en hun toepassingen. In het bijzonder werden de mogelijkheden voor kosteneffectieve fabricage van polymeer microstructuren veranderd door de komst van zachte lithografie en andere micromolding technieken 1, 2, en dit leidde een revolutie in de toepassingen van microfabricage tot biomedische technologie en biologie. Niettemin blijft het een uitdaging om microstructuren te fabriceren met goed gedefinieerde nanoschaal oppervlaktestructuren, en om willekeurige 3D-vormen te fabriceren op micro-schaal. Robuustheid van master mallen en het onderhoud van de vorm van integriteit is vooral belangrijk om high fidelity replicatie van complexe structuren en het behoud van hun nanoschaal oppervlaktestructuur. De combinatie van hiërarchische structuren, en heterogene vormen, is een grote uitdaging om bestaande microfabricage methoden die larGely vertrouwen op top-down etsen met behulp van vaste masker sjablonen. Aan de andere kant kan de bottom-up synthese van nanostructuren, zoals nanobuisjes en nanodraden bieden nieuwe mogelijkheden om microfabricage, in het bijzonder door gebruik te maken van het collectieve zelf-organisatie van nanostructuren, en de plaatselijke controle van hun groei gedrag met betrekking tot microfabricated patronen . Ons doel is het introduceren van verticaal uitgelijnde koolstof nanobuisjes (CNTs), die we naar verwijzen als CNT &quot;bossen&quot;, als een nieuwe microfabricage materiaal. We presenteren details van een reeks van verwante methoden die werd ontwikkeld door onze groep: de fabricage van de CNT bos microstructuren door thermische CVD van lithografische patronen katalysator dunne films; zelfgestuurd elastocapillary verdichting van de CNT microstructuren, en replica gieten van polymeer microstructuren met behulp van CNT composiet master-mallen . In het bijzonder ons werk blijkt dat zelfsturend capillaire verdichten (&quot;capillair vormen&quot;), die performed door condensatie van een oplosmiddel op het substraat met CNT microstructuren, verhoogt de dichtheid van CNTs. Dit proces maakt gerichte transformatie van de verticale CNT microstructuren in rechte, schuine en gedraaide vormen, die robuuste mechanische eigenschappen dan die van typische microfabricage polymeren hebben. Dit maakt het mogelijk de vorming van nanocomposiet CNT meester mallen door capillaire-driven infiltratie van polymeren. De replica structuren vertonen de anisotrope nanoschaal textuur van de aangepaste CNTs, en kan muren met sub-micron dikte en de aspect ratio van meer dan 50:1. Integratie van CNT microstructuren in de fabricage biedt verder mogelijkheid om de elektrische en thermische eigenschappen van CNTs, en diverse mogelijkheden voor chemische en biochemische functionalisering 3 te exploiteren.

We presenteren methoden voor de productie van een patroon microstructuren van verticaal uitgelijnde koolstof nanobuisjes (CNTs), en hun gebruik als master mallen voor de productie van polymeer microstructuren met georganiseerde nanoschaal oppervlaktestructuur. De CNT bossen verdicht door condensatie van oplosmiddel op het substraat, die aanzienlijk verhoogt de pakkingsdichtheid en maakt zelfsturend vorming van 3D-vormen.

Fabrication, verdichting, en Replica Molding van 3D Carbon Nanotube Microstructuren

De introductie van nieuwe materialen en processen in de microfabricage heeft in grote mate bijgedragen aan veel belangrijke vorderingen in microsystemen, lab-on-a-chip...

Het algemene doel van deze procedure is het introduceren van koolstofnanobuis-bossen als microfabricage-materiaal. Begin met de groei van gepatroneerde verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen met behulp van capillaire vorming, verdicht de koolstofnanobuis-pilaren om de robuustheid te vergroten en pas hun vormen aan na infiltratie met een polymeer om robuuste nanocomposiet-microstructuren te vormen, en gebruik replicagieten om de polymeerreplica's te gieten. Tot slot wordt scanning-elektronenmicroscopie gebruikt om de getrouwheid van de replicatie tussen de mastermatrijs en de polymeerreplica's te bevestigen.Het belangrijkste voordeel van onze techniek in vergelijking met bestaande methoden voor microfabricage, zoals DPV en extra lithografie, is dat CNT-gebaseerde mastermallen een hoge taaiheid hebben, kenmerken met hoge aspectratio's kunnen bevatten en dat de CNT-microfabricage kan worden ontworpen om complexe driedimensionale kenmerken te creëren. Daarnaast moet het CNT-groeiproces van de gebruiker zorgvuldig worden gekarakteriseerd en geoptimaliseerd voor een nauwkeurig ontwerp van de driedimensionale CNT-vorm. Een visuele demonstratie van deze methode is essentieel.Aangezien de stappen voor de densificatie van koolstofnanobuizen moeilijk te beheersen zijn, kan deze methode worden gebruikt om microstructuren te vervaardigen uit diverse polymeren. Vandaag gaan we SU8 demonstreren, maar het zou ook gebruikt kunnen worden voor PMMA, PDMS, polyurethaan of wellicht zelfs biomaterialen.Voer deze procedures uit op de gepolijste zijde van een siliciumwafer. Breng eerst via spin-coating een laag HMDS aan om de hechting tussen de wafer en de fotolak te bevorderen. Breng op dezelfde wijze via spin-coating een laag SPR 20-3 aan. Na het bakken van de wafer op een warmteplaat wordt het gewenste masker voor het patroonschema van de katalysator geplaatst en wordt de wafer blootgesteld aan UV-licht in harde contactmodus.Plaats de wafer nu 90 seconden op een warmteplaat bij 115 °C. Ontwikkel vervolgens de belichte fotolak gedurende 60 seconden, gevolgd door een spoeling van één minuut in gedeïoniseerd water. Laad de wafer nu in het systeem voor katalysator-depositie.Setaar vervolgens 10 nanometers aluminiumoxide, gevolgd door één nanometer ijzer, middels ebeam-evaporatie of sputteren. Kras de wafer handmatig aan en breek deze in stukken van ongeveer 20 bij 20 millimeters en breng de waferstukken over in een bekerglas van één liter met 100 milliliters aceton om de fotoresist te verwijderen; plaats dit in een ultrasoonbad op vermogen zes gedurende acht minuten. Vernieuw de aceton en herhaal de sonicatie.Week vervolgens de waferstukken twee minuten in isopropanol. Gebruik een pincet om de waferstukken te verwijderen en droog elk stuk voor elke CNT-groei met een zachte stroom stikstof via een handspuit. De buis wordt uitgebrand. Er wordt lucht door de buis geleid met een debiet van 100 SCCM terwijl de oven wordt verhit tot 875 °C en gedurende 30 minuten op die temperatuur wordt gehouden.Laad vervolgens een bootje met groeisubstraten in de buis met behulp van een roestvrijstalen staaf; positioneer het bootje zodanig dat de voorrand zich 30 millimeters stroomafwaarts van het oven-thermokoppel bevindt. Sluit de einddoppen aan, waarbij de buis wordt afgedicht zonder de positie van het bootje of de siliciumstukken te verstoren. Programmeer vervolgens de software om de kwartsbuis vijf minuten lang te spoelen met helium bij kamertemperatuur.Stel vervolgens de temperatuur zo in dat deze in 10 minuten stijgt naar 775 °C. Houd de gasstromen van waterstof en helium en de temperatuur gedurende 10 minuten constant. Door dit proces wordt de film chemisch gereduceerd van ijzeroxide naar ijzer en splitst deze op in nanodeeltjes.Om de koolstofnanobuisjes te laten groeien, worden de waterstof- en heliumstroomsnelheden aangepast terwijl ethyleen wordt toegevoegd en de oven op 775 °C wordt gehouden. De hoogte van de CNT's wordt bepaald door de duur van de groei. Stap Om de groei van de CNT's te stoppen en het monster af te koelen, wordt de kwartsbuis handmatig stroomafwaarts geschoven totdat de katalysatorchips zich ongeveer één centimeter stroomafwaarts van de ovenisolatie bevinden.Zorg ervoor dat dezelfde flows en oven worden behouden. Stel de temperatuur in op het setpoint voor 15 minuten nadat de buis vijf minuten met helium is gespoeld, haal de monsters weg en schakel de oven uit. Breng een stukje dubbelzijdige tape aan op een 0,8 millimeter dik aluminium gaas met gaten van 6,25 millimeter diameter.Controleer of het gaas groter is dan de opening van een bekerglas van één liter en of de tape ongeveer in het midden van het gaas is geplaatst. Monteer het stuk siliciumwafer met CNT's op de tape. Plaats 100 milliliters aceton in het bekerglas van één liter op een warmteplaat in een zuurkast, waarbij de CNT-microstructuren naar boven zijn gericht. Stel de warmteplaat in op 110 degrees Celsius.Wanneer het aceton begint te koken, plaatst u het aluminiumgaas op de beker met het gemonteerde monster naar beneden gericht. Zodra het dampfront de bovenkant van de beker bereikt, observeert u de schijnbare kleurveranderingen op het oppervlak van het siliciumsubstraat.Regenboogkleurige legpatronen zullen verschijnen en over het gehele oppervlak trekken. Verwijder vervolgens het gaas uit het bekerglas en pel het monster voorzichtig met een scheermesje van de dubbelzijdige tape af. Bij deze stap moet u uiterst voorzichtig te werk gaan, omdat het monster gemakkelijk kan breken tijdens het verwijderen.Om de CNT-mastermoldpool te vervaardigen, wordt SU-8 2002 op de verdichte CNT-microstructuren aangebracht. Bak het monster na het centrifugeren twee minuten bij 65 °C en vervolgens vier minuten bij 95 °C. Bestraal het monster gedurende 20 seconden en bak het monster daarna.Bij het repliceren van delicate structuren wordt de master samen met een glazen vial met hardingsmiddel in een vacuümexsiccator geplaatst bij 400 millitor gedurende 12 uur. Nadat ongeveer twee gram PDMS is gemengd met een verhouding van 10:1 monomeer tot crosslinker, wordt de CNT-master in een schaaltje van aluminiumfolie geplaatst en wordt het PDMS eroverheen gegoten om het monster volledig onder te dompelen. Plaats het monster in een vacuüm en ontgas dit bij een druk onder de 20 tor gedurende 15 minuten.Wanneer er bellen ontstaan, verhoog dan periodiek en snel de druk om grote bellen te laten knappen. Na het uitharden van het negatief bij 120 °C gedurende 20 minuten, pelt u de aluminiumfolie af en scheidt u de master van het zachte PDMS-negatief. Indien u delicate structuren repliceert, plaatst u het negatief en het silenceringsmiddel in een vacuümdescriptor bij 400 millitorr gedurende 12 uur. Giet SU-8 2002 in het PDMS-negatief.Verdampt het oplosmiddel uit de dikke laag SU-8 door deze zes uur lang te bakken bij 95 °C. Bestraal vervolgens het monster en bak dit acht minuten bij 95 °C. Ontvorm tot slot handmatig de SU-8 replica uit het PDMS-negatief; verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen of CNT-bossen bieden een nieuw materiaal voor microfabricage.Deze SEM-beelden tonen een array van cilindrische CNT-pilaren vóór en na verdichting. Let op de uitlijning en dichtheid van de CNT's. U zult merken dat CNT-pilaren met een hogere aspectratio minder recht zijn en dat hun rechtlijnigheid progressief afneemt tijdens de verdichting en replicatie.Verdichting van de halfcirkelvormige pijlers resulteert in uniforme hellingsstructuren over grote oppervlakken. Deze vergelijking van de acht master- en replicastructuren van C-N-T-S-U micropijlers wijst op een getrouwe replicatie van de vorm op microschaal en de textuur op nanoschaal over een groot oppervlak. Huidige beperkingen op het gebied van structuurvorming omvatten wanden met een hoge aspectratio zoals deze, honingraat-achtige structuren zoals aangegeven in deze schuine CNT-microwel en gedraaide CNT-micropijlers.In deze video hebben we gedemonstreerd hoe u CNT-microstructuren in patronen kunt laten groeien en verdichten, en hoe u deze vervolgens als mastermallen kunt gebruiken om polymeerreplica's te gieten. Let bij het repliceren van deze procedure erop dat u voorkomt dat het PDMS besmet raakt, aangezien dit kan leiden tot onvolledige uitharding of een vermindering van de getrouwheid tijdens de replicatie. Het is daarnaast belangrijk om de hoeveelheid oplosmiddel die op het substraat condenseert zorgvuldig te controleren om beschadiging van de CNT-microstructuren te voorkomen.Vergeet niet dat het werken met koolstofnanobuizen gevaarlijk kan zijn, waardoor passende voorzorgsmaatregelen moeten worden getroffen. Draag altijd handschoenen bij het hanteren van monsters en draag altijd een ademhalingsbeschermingsmiddel wanneer u koolstofnanobuis-bossen van het substraat verwijdert.

fabrication-densification-replica-molding-3d-carbon-nanotube

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Hier laten we zien hoe thermoplastische microfluïdische chips met behulp van hete embossing en warmte afdichting fabriceren. Dan laten we zien hoe de in situ licht gericht oppervlak enten en polymerisatie gebruik door de afgesloten chip aan de composiet vaste fase kolommen te vormen.

Fabricage van de Thermoplastic Microfluïdische Kanalen

Dit artikel beschrijft een eenvoudige methode om verticaal uitgelijnd koolstof nanobuis-arrays fabriceren door CVD en om vervolgens hun bevochtiging eigenschappen af ​​te stemmen door ze bloot te om te uitgloeien of droge oxidatie de behandeling stofzuigen.

Droge Oxidatie-en Vacuüm Gloeien Behandelingen voor Stemmen van het Bevochtiging Eigenschappen van Carbon Nanotube Arrays

De verdamping van een Sacrificial Component (Vasc) proces wordt gebruikt om microvasculaire structuren fabriceren. Deze procedure maakt gebruik van opofferende poly (melkzuur) zuur vezels om holle microchannels vormen met nauwkeurige 3D geometrische positionering door het laser micromachined geleidingsplaten.

Proces van het maken van drie-dimensionale Microstructuren behulp Verdamping van een Sacrificial Component

Driedimensionale (3D) microstructured samengestelde liggers zijn gefabriceerd door middel van de gerichte en lokale infiltratie van nanocomposieten in 3D poreuze microfluïdische netwerken. De flexibiliteit van deze produktiemethode maakt het gebruik van verschillende thermohardende materialen en vulstof teneinde verschillende functionele 3D versterkte nanocomposiet macroscopische producten te verbeteren.

Productie van drie-dimensionaal Microgestructureerde Nanocomposieten door Microfluidic Infiltratie

Hier presenteren we een protocol om vrij-zwevende, micron / sub-micron schaal polymeer vezels en "web-achtige" structuren gegenereerd via geautomatiseerde direct schriftelijk procedure door middel van een 3-assige doseersysteem fabriceren.

Voorgeschreven 3-D Direct Schrijven van Suspended Micron / Sub-micron schaal Fiber Structures via een Robotic doseersysteem

Een methode voor de groei van laagtemperatuur verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen, en de daaropvolgende fabricage van verticale interconnect elektrische teststructuren met behulp van halfgeleiderfabricage wordt gepresenteerd.

Fabricage van Low Temperature koolstof nanobuis Verticale Verbindingen Compatibel met halfgeleidertechnologie

Een methode voor de functionele bewerking van koolstofnanobuisjes met structureel aanpasbare polymere inkapselinglagen en structurele karakterisering met behulp van kleinhoekige neutronenscattering wordt gepresenteerd.

Functionalisering van Enkelwandige koolstof nanobuisjes met Thermo-omkeerbare Block copolymeren en karakterisering door Small-angle Neutron Scattering

Scanning elektronenmicroscopie met lage druk in een waterdampomgeving wordt gebruikt om nanoschaal- tot microschaalfuncties in koolstofnanobuisbossen te vervaardigen.

Precisie Frezen van koolstof nanobuis Bossen Met behulp van Low Pressure Scanning Electron Microscopy

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.

Fabricage van 3D Koolstof Micro-Elektromechanische Systemen (C-MEMS)

Een procedure voor de synthese van polystyreen-geënt multiwalled koolstof nanotubes met behulp van opeenvolgende chemische wijziging stappen om selectief kennismaken met de polymeerketens de zijwanden en hun zelf-assemblage via anisotrope vlekkerigheid is gepresenteerd.

Multiwalled koolstof Nanotubes met polystyreen om zelf-assemblage en anisotrope vlekkerigheid enten

Hier beschrijven we methoden voor het microfabriceren van verticaal uitgelijnde koolstofnanovezels (VACNF's), het overbrengen van VACNF's naar flexibele substraten en het toepassen van VACNF's op zowel stijve als flexibele substraten op planten voor de levering van biomoleculen en kleurstoffen.

Het gebruik van verticaal uitgelijnde koolstofnanovezelarrays op stijve of flexibele substraten voor levering van biomoleculen en kleurstoffen aan planten

Leer de fabricage en verdichting van verticaal uitgelijnde koolstofnanotube-microstructuren voor microfabricatie. Deze methode maakt replica-molding van robuuste nanocomposieten met hoge aspectverhoudingen mogelijk.

Fabrication, verdichting, en Replica Molding van 3D Carbon Nanotube Microstructuren

Meer video's verkennen