Name: Fabricage van driedimensionale grafeen gebaseerde Polyhedrons via Origami-achtige zelf vouwen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-23T14:30:00.000+00:00
Duration: 14 min 52 s
Description: Ontdek hoe driedimensionale grafeen-polyeders worden gefabriceerd via origami-achtige zelfvouwmethode. Deze techniek maakt tuning van fysieke en optische eigenschappen mogelijk voor innovatieve materialen.

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 materiaal is gebaseerd op werk gesteund door een startfonds, gevormd bij de Universiteit van Minnesota, Twin Cities en een NSF CAREER Award (CMMI-1454293). Delen van dit werk werden uitgevoerd in de karakterisering faciliteit aan de Universiteit van Minnesota, een lid van de NSF-gefinancierde materialen onderzoek faciliteiten netwerk (via het MRSEC programma. Delen van dit werk werden uitgevoerd in het centrum van Minnesota Nano, die wordt ondersteund door de National Science Foundation via de nationale Nano gecoördineerde infrastructuur netwerk (NNCI) onder nummer ECCS-1542202 van de Award. C. D. erkent steun van de 3 M wetenschap en technologie Fellowship.

Let op: Enkele van de chemicaliën die worden gebruikt in deze syntheses zijn giftig en kunnen leiden tot irritatie en ernstige orgel schade wanneer aangeraakt of ingeademd. Gebruik van juiste veiligheidsuitrusting en persoonlijke beschermingsmiddelen dragen bij het verwerken van de chemische stoffen.
1. bereiding van aluminium Oxide en chroom bescherming lagen op een koperen opofferende laag
<ol><li>Met behulp van een elektronenbundel verdamper, Kluisje 10 nm dikke chroom (Cr) en 300 nm koper (Cu) laagdikte (offer laag) op het silicium (Si) substraat (Figuur 2a).</li>
	<li>Spin-vacht een fotoresist (PR) -1 bij 2500 rpm gevolgd door bakken bij 115 ° C gedurende 60 s.</li>
	<li>Bloot de ontworpen 2D netto gebieden aan ultraviolet (UV) licht op een contact masker aligner voor 15 s en ontwikkelen voor 60 s in ontwikkelaar-1 oplossing. Spoel het monster met gedeïoniseerd water (DI) en föhnen met een luchtpistool.</li>
	<li>Stort 10 nm Dickschicht Cr en astronauten van de resterende PR - 1 in aceton. Spoel het monster met DI water en föhnen met een lucht pistool (Figuur 2b).</li>
	<li>Naar patroon 2D met zes vierkante Al2O3/Cr bescherming lagen op de 2D net, spin-vacht een PR-1 op 2500 rpm netten, gevolgd door het baksel bij 115 ° C gedurende 60 s.</li>
	<li>Bloot de ontworpen zes vierkante bescherming lagen aan UV-licht op een contact masker aligner voor 15 s en ontwikkelen voor 60 s in ontwikkelaar-1 oplossing. Spoel het monster met DI water en föhnen met een luchtpistool.</li>
	<li>Storten een 100 nm Al2O3 Dickschicht en 10 nm Cr Dickschicht. Overige PR - 1 in aceton verwijderen. Spoel het monster met DI water en föhnen met een lucht pistool (Figuur 2 c).</li>
</ol>2. voorbereiding van grafeen en grafeen Oxide membranen
NB: In dit onderzoek worden twee soorten grafeen gebaseerde materialen gebruikt: (i) de chemische damp deposition (CVD) gegroeid grafeen en grafeen (ii) oxide (GO).
<ol><li>
Voorbereiding van gelaagde CVD grafeen membranen Opmerking: Voor het verkrijgen van gelaagde grafeen membranen, enkellaags grafeen is overgedragen aparte driemaal met behulp van meerdere polymethylmethacrylaat (PMMA) methacrylaat coating/verwijdering stappen.<ol>
<li>Beginnen met een ~ 15 mm vierkant stuk grafeen nageleefd op Cu folie, spin-vacht een dun laagje van het PMMA bij 3000 t/min op het oppervlak van het grafeen. Bakken bij 180 ° C gedurende 10 minuten.</li>
		<li>Leg de PMMA/grafeen/Cu folie-gelaagde vel drijvend Cu-zijde naar beneden in Cu etchant gedurende 24 uur aan etch weg de Cu folie.</li>
		<li>Na de Cu folie volledig is opgelost (PMMA/grafeen verlaten), transfer van de zwevende PMMA beklede grafeen op het oppervlak van een pool van DI water met behulp van een Microscoop dia glas een Cu etchant residu te verwijderen. De overdracht van het PMMA-gecoate grafeen op nieuwe DI water zwembaden meerdere malen herhalen om adequaat spoelen.</li>
		<li>Overdracht de zwevende PMMA beklede grafeen op een ander stuk van grafeen nageleefd op Cu folie (grafeen/Cu) te verkrijgen van een bi-laag grafeen membraan (de vorming van een structuur van de folie PMMA/grafeen/grafeen/Cu).</li>
		<li>Thermisch behandelen de dubbellaagse grafeen op de Cu folie op een hete plaat bij 100 ° C gedurende 10 minuten.</li>
		<li>Verwijder de PMM bovenop de dubbellaagse grafeen op de Cu floret in een bad van de aceton (vertrekt een grafeen/grafeen/Cu folie laag stapel), gevolgd door het overbrengen naar DI water.</li>
		<li>Herhaal de grafeen overdracht (2.1.1 - 2.1.5) nog een keer om de drie gestapelde lagen van grafeen membranen. Wanneer stap 2.1.4 is bereikt tijdens het herhalen, in plaats van het nieuwe blad van het PMMA-gecoate grafeen op een ander stuk van grafeen/Cu, overdragen overbrengen in de nieuwe PMMA beklede grafeen op de eerder kunstmatig grafeen dubbellaagse uit stap 2.1.6 formulier een PMMA/grafeen/grafeen/grafeen/Cu folie laag combinatie. Herhaal vervolgens stap 2.1.5 ongewijzigd.</li>
		<li>Leg de PMMA/grafeen/grafeen/grafeen/Cu folie-gelaagde vel drijvend Cu-zijde naar beneden in Cu etchant gedurende 24 uur aan etch weg de Cu folie.</li>
		<li>Overdracht van de PMMA-gecoate drie-lagen van grafeen membranen (PMMA/grafeen/grafeen/grafeen) op de lagen geprefabriceerde Al2O3/Cr bescherming van sectie 1.</li>
		<li>Na overdracht van de grafeen, verwijder de PMM met aceton. Dan, dompel het monster in DI water en droog in de lucht.</li>
		<li>Thermisch behandelen de multi-layer grafeen op het substraat op een hete plaat bij 100 ° C gedurende 1 uur.</li>
		<li>Spin-jas PR-1 op de 2500 rpm en bak op 115 ˚C voor 60 s.</li>
		<li>UV bloot de regio's van PR-1 direct boven de vierkante beschermingszones voor laag met behulp van een contact masker aligner voor 15 s en ontwikkelen voor 60 s in ontwikkelaar-1 oplossing.</li>
		<li>Verwijder de onlangs aan het licht gebracht, ongewenste grafeen gebieden via een zuurstof plasma behandeling voor 15 s.</li>
		<li>De overgebleven PR-1 in aceton verwijderen.</li>
		<li>Het monster met DI water spoel en droog in de lucht (figuur 2d).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voorbereiding van grafeen oxide membranen Opmerking: Traditionele fotolithografie gevolgd door een lanceerraket proces via overstromingen blootstelling wordt gebruikt om het patroon van de GO-membranen.<ol>
<li>Spin-jas PR-2 op 1700 rpm voor 60 s bovenop de eerder bewerkte Al2O3/Cr bescherming lagen te verkrijgen van een dikke laag van 10 µm. Bak de PR-2 bij 115 ° C gedurende 60 s en vervolgens wachten tot 3 h.</li>
		<li>Met de dezelfde masker gebruikt voor de patronen van de Al2O3/Cr Bescherm laag, UV bloot het monster op een contact masker aligner voor 80 s en ontwikkelen voor 90 s in ontwikkelaar-2 oplossing. Spoel het monster met DI water en föhnen met een luchtpistool.</li>
		<li>Uitvoeren van een UV flood blootstelling van het gehele monster zonder een masker voor 80 s.</li>
		<li>Spin-jas bereid onderweg en water mengsel (15 mg van GO poeder in 15 mL DI water) op het monster bij 1000 rpm voor 60 s. uitvoeren de spin-coating een totaal van 3 keer.</li>
		<li>Dompel het monster in de ontwikkelaar-2 oplossing toe lift-off van ongewenste GO.</li>
		<li>Spoel het monster met DI water en zorgvuldig föhnen het monster met een luchtpistool.</li>
		<li>Thermisch behandelen het monster op een hete plaat bij 100 ° C gedurende 1 h (Figuur 2 h).</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. metalen oppervlak patronen op grafeen gebaseerde membranen
Opmerking: Een gemeenschappelijk fotolithografie proces werd uitgevoerd om het bereiken van de oppervlakte patronen met behulp van een UV contact masker aligner en de elektronenbundel verdamper (zie 1.2-1.4).
<ol><li>20 nm dikke titanium (Ti) patronen op de top van de patroon grafeen gebaseerde membranen maken.</li>
	<li>Thermisch behandelen het monster op een hete plaat bij 100 ° C gedurende 1 h (2e figuur voor grafeen) en figuur 2i voor GO.</li>
</ol>4. fabricage van polymeer Frames en scharnieren
<ol><li>Op de top van grafeen gebaseerde membranen met Ti oppervlakte patronen, spin-jas PR-3 bij 2500 rpm voor 60 s aan formulier een dikke laag van 5 µm en bak bij 90 ° C gedurende 2 minuten.</li>
	<li>UV bloot de monsters voor 20 s, bij 90 ° C gedurende 3 minuten bakken, en ontwikkelen voor 90 s in ontwikkelaar-3 oplossing.</li>
	<li>Spoel het monster met DI water en isopropylalcohol (IPA) en het monster met een luchtpistool zorgvuldig te föhnen.</li>
	<li>Na het bakken van de monsters bij 200 ° C gedurende 15 minuten ter verbetering van de mechanische stijfheid van de frames (PR-3) (figuur 2f voor grafeen) en figuur 2j voor GO.</li>
	<li>Te maken van het scharnier patroon, spin-jas PR-2 op de 1000 rpm voor 60 s tot het vormen van een film 10 µm dik bovenop het geprefabriceerde substraat. Bak op 115 ˚C voor 60 s en wachten tot 3 h.</li>
	<li>UV bloot het monster op een contact masker aligner voor 80 s en ontwikkelen voor 90 s in ontwikkelaar-2 oplossing.</li>
	<li>Spoel het monster met DI water en zorgvuldig het monster met een luchtpistool (Figuur 2 g voor grafeen) en Figuur 2 k ga föhnen.</li>
</ol>5. vouwen zelf in DI Water
Opmerking: Wanneer de PR-2 scharnieren zijn gesmolten (of opnieuw plaatsen), een oppervlaktespanning kracht wordt gegenereerd; Vandaar, de 2D structuren transformeren in 3D-structuren (een zelf vouwen proces).
<ol><li>Los om de 2D-structuur, de Cu opofferende laag onder de 2D netten in een Cu etchant (Figuur 2 l).</li>
	<li>Zorgvuldig overbrengen van de vrijgegeven structuur in een waterbad DI met behulp van een pipet en spoel een paar keer te verwijderen van de resterende Cu etchant.</li>
	<li>Plaats de 2D-structuur in DI water verwarmd boven het smeltpunt van het polymeer (PR-2) scharnieren (Figuur 2 m).</li>
	<li>Controleren de zelf vouwen in real-time via optische microscopie en verwijderen uit de warmtebron op succesvolle vergadering in gesloten blokjes.</li>
</ol>6. verwijdering van de lagen van bescherming
<ol><li>Na het zelf vouwen, verwijderen van de Al2O3/Cr bescherming lagen met Cr etchant (figuur 2n).</li>
	<li>Breng zachtjes de kubussen in een waterbad DI en zorgvuldig te spoelen.</li>
</ol>

<ol><li>Geim, A. K., Novoselov, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+rise+of+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">The rise of graphene.</a> Nature Materials. 6 (3), 183-191 (2007).</li>
<li>Singh, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+based+materials%3A+Past%2C+present+and+future%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Graphene based materials: Past, present and future.</a> Progress in Materials Science. 56 (8), 1178-1271 (2011).</li>
<li>Bonaccorso, F., Sun, Z., Hasan, T., Ferrari, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+photonics+and+optoelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Graphene photonics and optoelectronics.</a> Nature Photonics. 4 (9), 611-622 (2010).</li>
<li>Wang, C., Li, D., Too, C. O., Wallace, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+Properties+of+Graphene+Paper+Electrodes+Used+in+Lithium+Batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Electrochemical Properties of Graphene Paper Electrodes Used in Lithium Batteries.</a> Chemistry of Materials. 21 (13), 2604-2606 (2009).</li>
<li>Bunch, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromechanical+resonators+from+graphene+sheets%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electromechanical resonators from graphene sheets.</a> Science. 315 (5811), 490-493 (2007).</li>
<li>Menaa, F., Abdelghani, A., Menaa, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+nanomaterials+as+biocompatible+and+conductive+scaffolds+for+stem+cells%3A+impact+for+tissue+engineering+and+regenerative+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Tissue+Engineering+and+Regenerative%22%5BJournal%5D)">Graphene nanomaterials as biocompatible and conductive scaffolds for stem cells: impact for tissue engineering and regenerative medicine.</a> Journal of Tissue Engineering and Regenerative. 9 (12), 1321-1338 (2015).</li>
<li>Han, M. Y., Özyilmaz, B., Zhang, Y., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+band-gap+engineering+of+graphene+nanoribbons%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Energy band-gap engineering of graphene nanoribbons.</a> Physical Review Letters. 98 (20), 206805(2007).</li>
<li>Son, Y. W., Cohen, M. L., Louie, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Half-metallic+graphene+nanoribbons%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Half-metallic graphene nanoribbons.</a> Nature. 444 (7117), 347-349 (2006).</li>
<li>Yan, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+current%E2%88%92+voltage+characteristics+of+graphene+nanoribbon+transistors+and+effect+of+edge+doping%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Intrinsic current− voltage characteristics of graphene nanoribbon transistors and effect of edge doping.</a> Nano Letters. 7 (6), 1469-1473 (2007).</li>
<li>Fei, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gate-tuning+of+graphene+plasmons+revealed+by+infrared+nano-imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Gate-tuning of graphene plasmons revealed by infrared nano-imaging.</a> Nature. 487 (7405), 82-85 (2012).</li>
<li>Joung, D., Zhai, L., Khondaker, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coulomb+blockade+and+hopping+conduction+in+graphene+quantum+dots+array%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review.+B%22%5BJournal%5D)">Coulomb blockade and hopping conduction in graphene quantum dots array.</a> Physical Review. B. 83 (11), 115323(2011).</li>
<li>Bacon, M., Bradley, S. J., Nann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Particle+%26+Particle+Systems+Characterization%22%5BJournal%5D)">Graphene quantum dots.</a> Particle & Particle Systems Characterization. 31 (4), 415-428 (2014).</li>
<li>Blees, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+kirigami%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Graphene kirigami.</a> Nature. 524 (7564), 204-207 (2015).</li>
<li>Michael Cai, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+instability+driven+self-assembly+and+architecturing+of+2D+materials%5BTitle%5D)+AND+%222D+Materials%22%5BJournal%5D)">Mechanical instability driven self-assembly and architecturing of 2D materials.</a> 2D Materials. 4 (2), 022002(2017).</li>
<li>Shenoy, V. B., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-folding+thin-film+materials%3A+From+nanopolyhedra+to+graphene+origami%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Self-folding thin-film materials: From nanopolyhedra to graphene origami.</a> MRS Bulletin. 37 (9), 847-854 (2012).</li>
<li>Zhu, S., Li, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogenation-Assisted+Graphene+Origami+and+Its+Application+in+Programmable+Molecular+Mass+Uptake%2C+Storage%2C+and+Release%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Hydrogenation-Assisted Graphene Origami and Its Application in Programmable Molecular Mass Uptake, Storage, and Release.</a> ACS Nano. 8 (3), 2864-2872 (2014).</li>
<li>Zhang, L., Zeng, X., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programmable+hydrogenation+of+graphene+for+novel+nanocages%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Programmable hydrogenation of graphene for novel nanocages.</a> Scientific Reports. 3, 3162(2013).</li>
<li>Vickery, J. L., Patil, A. J., Mann, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Graphene-Polymer+Nanocomposites+With+Higher-Order+Three-Dimensional+Architectures%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Graphene-Polymer Nanocomposites With Higher-Order Three-Dimensional Architectures.</a> Advanced Materials. 21 (21), 2180-2184 (2009).</li>
<li>Yang, X., Zhu, J., Qiu, L., Li, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioinspired+effective+prevention+of+restacking+in+multilayered+graphene+films%3A+towards+the+next+generation+of+high-performance+supercapacitors%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Bioinspired effective prevention of restacking in multilayered graphene films: towards the next generation of high-performance supercapacitors.</a> Advanced Materials. 23 (25), 2833-2838 (2011).</li>
<li>Choi, B. G., Yang, M., Hong, W. H., Choi, J. W., Huh, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+macroporous+graphene+frameworks+for+supercapacitors+with+high+energy+and+power+densities%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">3D macroporous graphene frameworks for supercapacitors with high energy and power densities.</a> ACS Nano. 6 (5), 4020-4028 (2012).</li>
<li>Niu, Z., Chen, J., Hng, H. H., Ma, J., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+leavening+strategy+to+prepare+reduced+graphene+oxide+foams%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">A leavening strategy to prepare reduced graphene oxide foams.</a> Advanced Materials. 24 (30), 4144-4150 (2012).</li>
<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+conformal+graphene+cages+on+micrometre-sized+silicon+particles+as+stable+battery+anodes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Energy%22%5BJournal%5D)">Growth of conformal graphene cages on micrometre-sized silicon particles as stable battery anodes.</a> Nature Energy. 1 (2), (2016).</li>
<li>Cho, J. H., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Assembly+of+Lithographically+Patterned+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Self-Assembly of Lithographically Patterned Nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (12), 4049-4052 (2009).</li>
<li>Cho, J. H., Azam, A., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three+Dimensional+Nanofabrication+Using+Surface+Forces%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Three Dimensional Nanofabrication Using Surface Forces.</a> Langmuir. 26 (21), 16534-16539 (2010).</li>
<li>Dai, C., Cho, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+Situ+Monitored+Self-Assembly+of+Three-Dimensional+Polyhedral+Nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">In Situ Monitored Self-Assembly of Three-Dimensional Polyhedral Nanostructures.</a> Nano Letters. 16 (6), 3655-3660 (2016).</li>
<li>Joung, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Assembled+Multifunctional+3D+Microdevices%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Electronic+Materials%22%5BJournal%5D)">Self-Assembled Multifunctional 3D Microdevices.</a> Advanced Electronic Materials. 2 (6), 1500459(2016).</li>
<li>Joung, D., Gu, T., Cho, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+Optical+Transparency+in+Self-Assembled+Three-Dimensional+Polyhedral+Graphene+Oxide%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Tunable Optical Transparency in Self-Assembled Three-Dimensional Polyhedral Graphene Oxide.</a> ACS Nano. 10 (10), 9586-9594 (2016).</li>
<li>Joung, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Assembled+Three-Dimensional+Graphene-Based+Polyhedrons+Inducing+Volumetric+Light+Confinement%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Self-Assembled Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons Inducing Volumetric Light Confinement.</a> Nano Letters. 17 (3), 1987-1994 (2017).</li>
<li>Lian, K., Ling, Z. G., Liu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+stability+of+SU-8+fabricated+microstructures+as+a+function+of+photo+initiator+and+exposure+doses%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE%22%5BJournal%5D)">Thermal stability of SU-8 fabricated microstructures as a function of photo initiator and exposure doses.</a> Proceedings of SPIE. 4980, 209(2003).</li>
<li>Winterstein, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SU-8+electrothermal+actuators%3A+Optimization+of+fabrication+and+excitation+for+long-term+use%5BTitle%5D)+AND+%22Micromachines%22%5BJournal%5D)">SU-8 electrothermal actuators: Optimization of fabrication and excitation for long-term use.</a> Micromachines. 5 (4), 1310-1322 (2014).</li>
<li>Syms, R. R. A., Yeatman, E. M., Bright, V. M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+tension-powered+self-assembly+of+microstructures+-+the+state-of-the-art%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Microelectromechanical+Systems%22%5BJournal%5D)">Surface tension-powered self-assembly of microstructures - the state-of-the-art.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 12 (4), 387-417 (2003).</li>
<li>Xie, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+fabrication+of+high-quality+carbon+nanoscrolls+from+monolayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Controlled fabrication of high-quality carbon nanoscrolls from monolayer graphene.</a> Nano Letters. 9 (7), 2565-2570 (2009).</li>
<li>Ferrari, A. C., Basko, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raman+spectroscopy+as+a+versatile+tool+for+studying+the+properties+of+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Raman spectroscopy as a versatile tool for studying the properties of graphene.</a> Nature Nanotechnology. 8 (4), 235-246 (2013).</li>
<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>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Voor de kubussen die zijn vervaardigd met CVD grafeen, omdat elk gezicht van een gegeven kubus is ontworpen met een buitenste frame omgeving een ~ 160 × 160 µm2 van vrijstaande grafeen, een vel enkelgelaagde grafeen hoeft niet de nodige kracht om toe te parallelle verwerking van de kubussen. Om deze reden, grafeen membranen die bestaat uit drie lagen van CVD grafeen enkelgelaagde sheets zijn geproduceerd via drie aparte grafeen overdrachten, met behulp van meerdere PMMA coating/verwijdering stappen. A...

Tweedimensionale (2D) grafeen vellen bezitten een buitengewone optische, elektronische en mechanische eigenschappen, waardoor ze model van systemen voor de waarneming van roman quantum verschijnselen voor volgende-generatie elektronische, opto-elektronische, elektrochemische, elektromechanische en biomedische toepassingen1,2,3,4,5,6. Naast de als-geproduceerde 2D gelaagde structuur van grafeen, onlangs, zijn verschillende benaderingen van de wijziging onderzocht om te observeren van de nieuwe functionaliteiten van grafeen en zoeken naar nieuwe mogelijkheden van de toepassing. Bijvoorbeeld, modulerende (of tuning) zijn fysische eigenschappen (dat wil zeggen, een doping niveau en/of band gap) door afstemming van de shapes of patronen van de 2D structuur van een eendimensionale (1 D) of de nul-dimensionale (0 D) structuur (bijv., grafeen nanoribbon of grafeen quantumdots) is onderzocht met het oog op nieuwe fysische verschijnselen, waaronder quantumeffecten opsluiting, gelokaliseerde Enterprise modi, gelokaliseerde elektron distributie en spin-gepolariseerde rand Staten7,8 ,9,10,11,12. Bovendien variëren de textuur van 2D grafeen door verfrommelen (vaak genoemd kirigami), delaminatie, knik, draaien, of stapelen van meerdere lagen of het wijzigen van de vorm grafeen oppervlak door de overdracht van 2D grafeen op de top van een 3D-functie (substraat) geweest aangetoond dat het wijzigen van de grafeen bevochtigbaarheid, mechanische eigenschappen, en optische eigenschappen13,14.
Dan veranderen de bovengrondse morfologie en de gelaagde structuur van 2D grafeen, vergadering van 2D grafeen in matiemaatschappij, welomschreven, driedimensionale (3D) polyhedrons geweest van groot belang onlangs in de Gemeenschap van grafeen om nieuwe lichamelijke en chemische fenomenen15. In theorie, elastisch, elektrostatische, en van der Waals kunnen energieën van 2D grafeen gebaseerde structuren worden benut om te zetten van de 2D grafeen in verschillende 3D grafeen-origami configuraties16,17. Op basis van dit concept, hebben theoretische modellering studies onderzocht 3D grafeen structuur ontwerpen, gevormd uit de nanoschaal 2D grafeen membranen, met mogelijke toepassingen in drug delivery en algemene moleculaire opslag16,17. De experimentele vooruitgang van deze aanpak is echter nog verre van het realiseren van deze toepassingen. Aan de andere kant, hebben een aantal chemische synthetische methoden ontwikkeld om 3D structuren via sjabloon-bijgewoonde vergadering, de assemblage van de stroom-regie, rijzende vergadering en hoekgetrouwe groei methoden18,19 , 20 , 21 , 22. deze methoden zijn echter op dit moment beperkt in die zin dat zij een 3D, holle, gesloten structuur niet kunnen produceren zonder verlies van de intrinsieke eigenschappen van grafeen bladen.
Hier, is een strategie voor het bouwen van 3D, holle, grafeen gebaseerde microcubes (algemene dimensie van ~ 200 µm) met behulp van de origami-achtige zelf vouwen geschetst; het overwinnen van de belangrijkste uitdagingen bij de bouw van vrijstaande, holle, 3D, polyedrale, grafeen gebaseerde materialen. In origami-achtige, handsfree zelf vouwen technieken, zijn 2D lithographically patroon vlakke functies (dat wil zeggen, grafeen gebaseerde membranen) verbonden met scharnieren (dat wil zeggen, thermische-gevoelige polymeer, fotoresist) in diverse gewrichten, waardoor vorming van 2D netten die opvouwen wanneer de scharnieren zijn verwarmd tot het smelten temperatuur23,24,25,26. De grafeen gebaseerde kubussen worden gerealiseerd met membraan componenten van het venster bestaat uit een paar lagen van chemical vapor deposition (CVD) gegroeid grafeen of grafeen oxide (GO) membranen; zowel met het gebruik van polymeer frames en scharnieren. De fabricage van de 3D grafeen gebaseerde kubussen omvat: (i) voorbereiding van bescherming lagen, (ii) grafeen-membraan overdracht en patronen, (iii) metaaloppervlak patronen op grafeen-membranen, (iv) frame en scharnieren patronen en depositie, (v). zelf vouwen, en (vi) verwijdering van de lagen van bescherming (Figuur 1). Dit artikel richt zich voornamelijk op de zelfstandigen opvouwbare aspecten van de fabricage van 3D grafeen gebaseerde kubussen. Gegevens over de fysische en optische eigenschappen van de 3D grafeen gebaseerde kubussen vindt u in onze andere recente publicaties27,28.

<table><tbody><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Chemical</td><td>A18P-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Aluminium oxide</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMALO-1-2.5</td><td>99,99% zuiver</td></tr><tr><td>APS Copper Etchant 100</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>N/A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Camera (voor 3D-beeld)</td><td>Nikon</td><td>D5100</td><td>1080p Full HD, effectieve pixels: 16,2 miljoen, Sensorgrootte: 23,6 mm x 15,6 mm</td></tr><tr><td>CE-5 M Chromium Mask Etchant</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>N/A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Chemische depositiegroei (CVD) systeem</td><td>Aangepast</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>99,95% zuiver</td></tr><tr><td>Chromium Etchant 473</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>N/A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Koper</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCU40QXQJ</td><td>99,99% zuiver</td></tr><tr><td>Ontwikkelaar-1 (MF319 ontwikkelaar)</td><td>Microposit</td><td>10018042</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Ontwikkelaar-2 (AZ ontwikkelaar)</td><td>Merck performance Materials Corp.</td><td>1005422496</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Ontwikkelaar-3 (SU-8 ontwikkelaar)</td><td>MicroChem</td><td>NC9901158</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Digitale hotplate</td><td>Thermo Scientific</td><td>HP131725</td><td>Super-Nuvoa-serie, maximale temperatuur: 370 &deg;C</td></tr><tr><td>E-Beam Evaporator Systeem</td><td>Rocky Mountain Vacuum Tech.</td><td>N/A</td><td>RME-2000</td></tr><tr><td>Grafeen oxide</td><td>Goographene</td><td>N/A</td><td>Zuiverheid: ~ 99%; Verhouding enkellaags: ~99%; 0,7-1,2 nm in dikte.</td></tr><tr><td>Isopropyl Alcohol</td><td>Fisher Chemical</td><td>A416-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Mask Aligner</td><td>Midas</td><td>MDA-400LJ</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Microscoop</td><td>Omax</td><td>NJF-120A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Meerdere polymethylmethacrylaat (PMMA)</td><td>MicroChem</td><td>950 PMMA A9</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Zuurstofplasma</td><td>Technics Inc.</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>Photoresist-2 (SPR220 Photoresist)</td><td>MicroChem</td><td>SPR00220-7G</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Photoresist-3 (SU-8 Photoresist)</td><td>MicroChem</td><td>SU-8-2010</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Profilometer</td><td>Tencor Instruments</td><td>N/A</td><td>Alpha-Step 200</td></tr><tr><td>Raman</td><td>WITec Instruments Corp.</td><td>Alpha300R</td><td>Confocal Raman Microscope</td></tr><tr><td>Silicon Wafer</td><td>Siltronic AG</td><td>N/A</td><td>100mm diameter, N-type, éénzijdig gepolijst, resistiviteit: 560-840 &Omega;&bull;cm</td></tr><tr><td>Spinner</td><td>Best Tools</td><td>S0114031123</td><td>SMART COATER 100</td></tr><tr><td>Titanium</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMTI45QXQA</td><td>99,99% zuiver</td></tr><tr><td>Ultrasoonreiniger</td><td>Crest Ultrasonics</td><td>N/A</td><td>Powersonic serie</td></tr></tbody></table>

fabricage van driedimensionale grafeen gebaseerde polyhedrons via origami-achtige zelf vouwen

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

De vergadering van tweedimensionale (2D) grafeen in driedimensionale (3D) polyedrale structuren met behoud van de grafeen uitstekende inherente eigenschappen is van groot belang voor de ontwikkeling van nieuwe apparaat toepassingen. Hier, fabricage van 3D, microscale, holle polyhedrons (blokjes) bestaande uit een paar lagen of 2D grafeen grafeen oxide bladen via een origami-achtige zelf vouwen proces wordt beschreven. Deze methode houdt het gebruik van polymeer frames en scharnieren, aluminium oxide/chroom bescherming lagen die treksterkte, ruimtelijke verminderen en oppervlaktespanning benadrukt op de membranen van grafeen gebaseerde wanneer de 2D netten worden omgezet in 3D-kubussen. Het proces biedt controle over de grootte en vorm van de structuren, evenals de parallelle productie. Deze benadering biedt daarnaast de oprichting van oppervlakte wijzigingen door metaal patronen op elke zijde van de 3D-kubussen. Raman spectroscopie studies tonen dat de methode maakt het mogelijk het behoud van de intrinsieke eigenschappen van de membranen van grafeen gebaseerde, demonstreren de robuustheid van onze methode.

Figuur 2 toont optische beelden van de lithografische processen van de 2D grafeen en GO netto structuren en latere zelf vouwen proces. Het zelf vouwen proces wordt toezicht gehouden in real-time via een hoge-resolutie Microscoop. Beide soorten 3D grafeen gebaseerde kubussen worden gevouwen bij ~ 80 ° C. Figuur 3 legt gevangen videofragmenten tonen de zelf vouwen van 3D grafeen gebaseerde kubussen op een parallelle manier...

Hier presenteren we een protocol voor de fabricage van 3D grafeen gebaseerde polyhedrons via origami-achtige zelf vouwen.

Fabricage van driedimensionale grafeen gebaseerde Polyhedrons via Origami-achtige zelf vouwen

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

Dit protocol maakt gebruik van origami-achtige zelfvouwende methoden om 3D-grafeen-gebaseerde polyhedrons te maken. Tweedimensionale grafeenplaten bezitten buitengewone optische, elektronische en mechanische eigenschappen. Door de vorm van tweedimensionaal grafeen aan te passen, kunnen de fysische, chemische en optische eigenschappen worden afgestemd, wat nieuw materiaalgedrag kan introduceren, waardoor nieuwe toepassingsmogelijkheden mogelijk zijn.In dit verband is de integratie van 2D-grafeen in de structuren van gefunctionaliseerde, goed gedefinieerde, driedimensionale polyhedrons de laatste tijd van groot belang geweest in de grafeengemeenschap. 3D grafeen polyhedrons kan gunstig zijn voor vele toepassingen. Voorbeelden hiervan zijn gas- en waterbestendige containers, moleculaire opslag, leveringssystemen, inkapseling van materialen op basis van vloeistof, voor gemakkelijk te observeren in elektronenmicroscopie, functionele opto-elektronische apparaten en materiematerialen.Er zijn een aantal chemische routes voor de productie van op 3D-grafeen gebaseerde structuren ingevoerd. Deze methoden vereisen echter meestal sterke chemische reacties, die de intrinsieke eigenschappen van het grafeen beïnvloeden en uitdagingen opleveren bij de bouw van vrijstaande, holle, 3D-grafeen polyhedrons. Om deze beperkingen te overwinnen, toont deze studie een methodologie voor het realiseren van 3D-microcuben met 2D-grafeen en grafeenoxide met behulp van origami-achtige zelfvouwen.Om context te geven aan het totale fabricageproces van de 3D-grafeenkubussen, wordt nu voorafgaand aan het gedetailleerde protocol een vereenvoudigd overzicht in zes stappen geïntroduceerd. Bereid eerst de beschermingslagen voor. Voer vervolgens grafeen-membraanoverdracht uit in patronen op de beschermingslagen.Maak vervolgens metalen oppervlaktepatronen op de grafeenmembranen. Definieer vervolgens polymeerframes en scharnieren. Zet vervolgens de 2D-netten om in 3D-kubussen via zelfvouwen.Verwijder ten slotte de beschermlagen. Met behulp van een elektronenbundel verdamper, deponeren 10 nanometer-dik chroom en 300 nanometer dikke koperlagen op het silicium substraat. Spin coat photoresist bij 2500 RPM gevolgd door bakken op 115 graden Celsius gedurende 60 seconden.Stel de ontworpen 2D-netgebieden gedurende 15 seconden bloot aan UV-licht op een contactmasker aligner en ontwikkel je vervolgens gedurende 60 seconden in de ontwikkelaar. Spoel het monster met gedeïoniseerd water en föhn met een luchtbuks. Deponeren een 10 nanometer dikke chroomlaag en til de resterende fotoresist in aceton.Spoel het monster met gedeïoniseerd water en föhn met een luchtbuks. Om patroon 2D netten met zes vierkante aluminiumoxide en chroom bescherming lagen op de netten, spin coat fotoresist op 2, 500 RPM, gevolgd door bakken op 115 graden Celsius gedurende 60 seconden. Stel de ontworpen zes vierkante beschermlagen gedurende 15 seconden bloot aan UV-licht op een contactmasker aligner en ontwikkel gedurende 60 seconden in de ontwikkelaar.Spoel het monster af met gedeïsized water en föhn met een luchtbuks. Deponeren een 100 nanometer dikke aluminiumoxide laag in een 10 nanometer dikke chroomlaag. Verwijder de resterende fotoresist in aceton.Spoel het monster af met gedeïsized water en föhn met een luchtbuks. Beginnend met het 15 millimeter vierkante stuk grafeen dat op koperfolie wordt vastgehouden, houdt spinlaag een dunne PMMA-laag bij 3000 RPM op het oppervlak van het grafeen. Bak op 180 graden Celsius gedurende 10 minuten.Plaats het PMMA-grafeen in koperfolielaag, zwevend koperzijde naar beneden in koper etchant gedurende 24 uur om de koperfolie weg te etden. Nadat de koperfolie volledig is opgelost, waardoor PMMA in grafeen, breng het zwevende PMMA-gecoate grafeen op het oppervlak van een plas gedeïmiseerd water met behulp van een microscoop schuifglas om koper etchant residu te verwijderen. Herhaal de overdracht van het met PMMA bedekte grafeen meerdere malen op nieuwe gedeïioneerde waterpoelen om adequaat te spoelen.Breng het zwevende PMMA-gecoate grafeen over op een ander stuk grafeen dat op koperfolie is bevestigd om een bilayer grafeenmembraan te verkrijgen. Behandel het dubbellaagse grafeen op koperfolie op een hete plaat op 100 graden Celsius gedurende 10 minuten. Verwijder de PMMA bovenop het dubbellaagse grafeen op de koperfolie in een acetonbad, waardoor een grafeen, grafeen en koperfolielaagstapel achterblijft, gevolgd door het overbrengen naar gedeïmiseerd water.Herhaal de grafeenoverdracht nog één keer om drie gestapelde lagen grafeenmembranen te krijgen. Plaats de PMMA, grafeen, grafeen, grafeen, grafeen, en koperfolie gelaagde plaat, zwevende koper kant naar beneden in koper etchant voor 24 uur weg te etneren van de koperfolie. Breng de pmma-gecoate drie lagen grafeenmembranen over op de geprefabriceerde aluminiumoxide- en chroombeschermingslagen.Verwijder na overdracht van het grafeen de PMMA met aceton. Vervolgens, dip het monster in gedeïstiseerd water en droog in de lucht. Behandel het meerlaagse grafeen op het substraat op een hete plaat op 100 graden Celsius gedurende een uur.Draai jas fotoresist op 2500 RPM en bak op 115 graden Celsius gedurende 60 seconden. UV bloot de regio's van fotoresist direct boven de vierkante bescherming laag gebieden met behulp van een contactmasker aligner gedurende 15 seconden. Ontwikkel je dan 60 seconden.Verwijder de nieuw ontdekte ongewenste grafeengebieden via een zuurstofplasmabehandeling gedurende 15 seconden. Verwijder de overgebleven fotoresist in aceton. Spoel het monster af met gedeïsized water en droog in de lucht.Spin coat fotoresist op 1700 RPM gedurende 60 seconden op de top van de eerder vervaardigde aluminiumoxide en chroom bescherming lagen om een 10 micrometer dikke laag te verkrijgen. Bak de fotoresist op 115 graden Celsius gedurende 60 seconden en wacht dan drie uur. Met hetzelfde masker dat wordt gebruikt voor het patroon van de aluminiumoxide- en chroomlagen, legt UV het monster gedurende 80 seconden bloot op een contactmasker aligner en ontwikkelt het gedurende 90 seconden.Spoel het monster met gedeïoniseerd water en föhn met een luchtbuks. Voer een UV-blootstelling aan overstromingen uit van het hele monster zonder masker gedurende 80 seconden. Spin coat de bereide grafeenoxide en water mengsel op het monster op 1000 RPM gedurende 60 seconden.Voer de spincoating in totaal drie keer uit. Dip het monster in ontwikkelaar om het opstijgen van ongewenste grafeenoxide mogelijk te maken. Het lift-off proces onder een microscoop wordt hier getoond met de beelden versneld.Spoel het monster met gedeïoniseerd water en blaas het monster voorzichtig op met een luchtbuks. Behandel het monster op een hete plaat op 100 graden Celsius gedurende een uur. Maak 20 nanometer dikke titanium patronen op de top van de patroon grafeen gebaseerde membranen.Behandel het monster op een hete plaat op 100 graden Celsius gedurende een uur. Bovenop de membranen op basis van grafeen met titaniumoppervlaktepatronen, draai jas fotoresist op 2500 RPM gedurende 60 seconden om een vijf micrometer dikke laag te vormen en bak op 90 graden Celsius gedurende twee minuten. UV-bloot de monsters voor 20 seconden, bak op 90 graden Celsius gedurende drie minuten, en ontwikkelen voor 90 seconden.Spoel het monster met gedeïoniseerd water en isopropylalcohol en blaas het monster voorzichtig op met een luchtbuks. Bak de monsters na 200 graden Celsius gedurende 15 minuten om de mechanische stijfheid van frames te verbeteren. Om het scharnierpatroon te maken, draait u gedurende 60 seconden 60 seconden met een fotoresist van 100 rpm om een 10 micrometer dikke film te vormen bovenop het geprefabriceerde substraat.Bak op 115 graden Celsius gedurende 60 seconden en wacht drie uur. UV-bloot het monster op een contactmasker aligner voor 80 seconden en ontwikkelen gedurende 90 seconden. Spoel het monster met gedeïoniseerd water en blaas het monster voorzichtig op met een luchtbuks.Los de koperofferte laag onder de 2D-netten in een koperen etchant op om de 2D-structuren vrij te geven. Breng de vrijgekomen structuren voorzichtig over in een gedeïstioneerd waterbad met behulp van een pipet en spoel een paar keer af om het resterende koper etchant te verwijderen. Plaats de 2D-structuren in gedeïioneerd water, verwarmd boven het smeltpunt van de polymeerscharnieren.Monitor het zelfvouwen in real time via optische microscopie en haal uit de warmtebron bij succesvolle montage in gesloten kubussen. Na zelfvouwen, verwijder de aluminiumoxide en chroom bescherming lagen met chroom etchant. Breng de blokjes voorzichtig over in een gedeïsized waterbad en spoel voorzichtig af.De optische beelden tonen de lithografische processen van het 2D grafeen en grafeenoxide netto structuren en de daaropvolgende zelfklapbare proces. Het zelfklapbare proces wordt in real time gemonitord via een microscoop met hoge resolutie. Beide soorten 3D grafeen gebaseerde kubussen zijn gevouwen op ongeveer 80 graden Celsius.De cijfers leggen video-vastgelegde sequenties uit die het zelfvouwen van 3D-grafeenkubussen op een parallelle manier weergeven. Onder een geoptimaliseerd proces laat deze aanpak een hoogste opbrengst van ongeveer 90 procent zien. De cijfers tonen optische beelden van het 3D geassembleerde grafeen en grafeenoxide-gebaseerde kubussen met en zonder oppervlaktepatronen.De totale grootte van de zelfgevouwen kubussen is 200 micrometer breed bij 200 micrometer lang bij 200 micrometer hoog. 20 nanometer-dikke titanium-patroon functies en UMN belettering worden gedefinieerd op elk gezicht van de 3D grafeen gebaseerde kubussen. De cijfers omvatten Raman spectroscopie van 2D grafeen-gebaseerde netten en 3D grafeen gebaseerde kubussen.De resultaten tonen geen merkbare veranderingen in Raman piekpositie en intensiteit voor zowel grafeen en grafeenoxide membranen na de zelf-vouwen. Wanneer echter geen beschermingslagen worden gebruikt, werden merkbare veranderingen in relatieve piekintensiteiten waargenomen, wat wijst op veranderingen of schade aan de eigenschappen van het grafeen tijdens het zelfvouwen. Deze methode maakt de ontwikkeling van biomedische, elektronische en optische apparaten mogelijk, waaronder sensoren en elektrische circuits met behulp van de vele voordelen van 3D-configuraties.Bovendien, aangezien het proces een vroeg beeld gebruikt om alleen op grafeen gebaseerde materialen, kan deze methode worden toegepast op andere tweedimensionale materiaal, zoals tren-ja-men-een ai chai-hus messen en zwarte paspoorten, waardoor deze mogelijkheid om te worden gebruikt bij de ontwikkeling van de volgende generatie 3D-configuraties van 2D-materialen.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

We beschrijven experimentele details van de synthese van patronen en herconfigureerbare deeltjes van tweedimensionale (2D) precursors. Deze methodologie kan worden gebruikt om deeltjes te maken in een verscheidenheid van vormen zoals veelvlakken en grijpinrichtingen bij lengteschalen variërend van micro tot centimeter schaal.

Origami Inspired Zelf-assemblage van Patterned en Herconfigureerbare Deeltjes

DNA origami is een krachtige methode voor het fabriceren van nauwkeurige objecten op nanoschaal door het zelfsamenstellen van DNA-moleculen te programmeren. Hier beschrijven we een protocol voor het vouwen van een bio-responsieve robot uit DNA origami, de zuivering en negatieve kleuring voor transmissie-elektronenmicroscopische beeldvorming (TEM).

Vouwen en Karakterisatie van een Bio-responsieve Robot van DNA Origami

Een micro-inrichting met hoge doorvoer potentieel gebruikt om driedimensionale (3D) diëlektroforese (DEP) tonen met nieuwe materialen. Grafeen nanoplatelet papier en dubbelzijdig tape werden afwisselend gestapeld; een 700 urn micro-put werd geboord dwars op de lagen. DEP gedrag polystyreen korrels werd aangetoond in de micro-put.

Ontwikkeling van een 3D Grafeen elektrode dielectrophoretic Device

Deze videomethode beschrijft de synthese van 3D monolithische grafietmaterialen met een hoog oppervlak, afgeleid van polymeervoorlopers, evenals enkellaags grafietoxide.

Synthese en functionalisering van 3D Nano-grafeen Materialen: Grafeen Aerogels en Grafeen Macro Assemblies

We demonstreren het gebruik van patroon aerosol kleefstoffen 3D papier microfluïdische inrichtingen te construeren. Deze methode van lijm aanvraagformulieren semi-permanente banden tussen de lagen, waardoor eenmalig gebruik apparaten op non-destructief gedemonteerd na gebruik en te vouwen complexe nonplanar structuren te verlichten zijn.

Met behulp van Adhesive gestructureerd om Construct 3D Paper microfluïdische apparaten

Hier presenteren we een protocol voor te bereiden en te visualiseren secundaire structuren (bijvoorbeeld vezels, toroïdale architecturen en nano- bolletjes) verkregen uit schroeflijnvormige polycarbodiimides. De morfologie gekenmerkt door zowel atomaire kracht microscopie (AFM) en scanning elektronenmicroscopie (SEM) bleek afhankelijk moleculaire structuur, de concentratie en het oplosmiddel van keuze.

Zelf monteren van morfologieën Verkregen uit rechte polycarbodiimide copolymeren en hun triazoolderivaten

Hier presenteren we een protocol voor de fabrikatie van C60/graphene hybride nanostructuren door fysieke thermische verdamping. In het bijzonder de juiste manipulatie van afzetting en onthardende voorwaarden toestaan dat de controle over de oprichting van 1D en quasi 1 d C60 structuren op golfde grafeen.

Bereiding en karakterisatie van C60/Graphene hybride nanostructuren

In dit werk beschrijven we een techniek die wordt gebruikt om nieuwe kristallen (van der Waals heterostructures) te maken door het stapelen van ultradunne gelaagde 2D-materialen met nauwkeurige controle over positie en relatieve oriëntatie.

Van der Waals Heterostructures met precieze rotatie uitlijning

Een combinatie van oplossings- en oppervlakte-ondersteunde synthese opent nieuwe richtingen in de atomair nauwkeurige synthese van nanostructuren. De aftastentunneling microscopie (STM) die door contactloze atoomkrachtmicroscopie (nc-AFM) wordt aangevuld maakt gedetailleerde karakterisering van nieuw ontworpen en gegenereerde op koolstof gebaseerde nano-voorwerpen mogelijk.

Microscopische visualisatie van poreuze nanografenen gesynthetiseerd door een combinatie van oplossings- en oppervlaktechemie

Hier beschrijven we een protocol voor het aanbrengen van een enkele monolaag grafeen op elektronenmicroscopieroosters en hoe deze voor te bereiden op gebruik bij cryoEM-structuurbepaling.

Fabricage van monolayer grafeen-gecoate roosters voor cryo-elektronenmicroscopie

Dit artikel presenteert een geoptimaliseerd, op ervaring gebaseerd protocol voor het vervaardigen van hoogwaardige op grafeen gebaseerde moiré-superroosterapparaten met nauwkeurige draaihoeken, met behulp van een aangepaste droge overdrachtstechniek op basis van een zeer afstembare, op maat gemaakte overdrachtsopstelling.

Geoptimaliseerde fabricageprocedure voor hoogwaardige Moiré Superlattice-apparaten op basis van grafeen

Ontdek hoe driedimensionale grafeen-polyeders worden gefabriceerd via origami-achtige zelfvouwmethode. Deze techniek maakt tuning van fysieke en optische eigenschappen mogelijk voor innovatieve materialen.

Fabricage van driedimensionale grafeen gebaseerde Polyhedrons via Origami-achtige zelf vouwen

Meer video's verkennen