Litografia mikrodziurkowania do generowania mikro- i submikronowych wzorów na podłożach polimerowych

Ogólnym celem tych prac jest wygenerowanie mikro i submikronowych wzorów na górnej ścianie bocznej i dolnej powierzchni podłoża polimerowego do różnych zastosowań. Osiąga się to poprzez pierwsze powlekanie pośrednich i docelowych warstw polimeru na sztywnej powierzchni. Następnie wytwarzane są struktury form o ostrych i zaokrąglonych krawędziach, które są wykorzystywane do wytłaczania podłoża powyżej temperatury zeszklenia polimeru pośredniego, która jest niższa od temperatury topnienia polimeru docelowego.

Po ostygnięciu podłoża forma jest usuwana, a na powierzchniach podłoży polimerowych ujawniają się mikro i submikronowe wzory. Pierwsze są biomedyczne zastosowania litografii mikrowykrawającej. Mikrobiomy PPY generowane podczas operacji cięcia są wykorzystywane do wykrywania glukozy.

Po drugie, kanały HDP wygenerowane podczas ciągnienia mogą być wykorzystane jako kanały mikroprzepływowe wewnątrz urządzeń chipowych labon w celu zmniejszenia tarcia przepływu płynu. W tej procedurze podłoże silikonowe, które jest pokryte polimerem pośrednim i materiałem do druku, jest podgrzewane powyżej temperatury zeszklenia polimeru pośredniego i poniżej temperatury topnienia lub przejścia materiału docelowego. Następnie forma i podłoże są doprowadzane do fizycznego kontaktu pod wysokim ciśnieniem, po czym następuje chłodzenie.

Na koniec są one rozdzielane, gdy ich temperatura spada poniżej temperatury przejścia polimeru pośredniego, kończąc w ten sposób przenoszenie wzoru z formy do docelowej warstwy. Do tej procedury należy przygotować wytworzone formy silikonowe o wymaganych wymiarach przy użyciu konwencjonalnej litografii UV. Przygotuj warstwę pośrednią, wybierając nieprzewodzący arkusz PMMA i umieść go na sztywnym płaskim podłożu.

Pojedynczy polimer przewodzący może być teraz konwencjonalnie powlekany wirowo na wierzchu polimeru pośredniego. Dodatkowo, w przypadku spinco, wiele przewodzących materiałów polimerowych pokrywa obszar wokół pierwszej warstwy przewodzącego polimeru taśmą klejącą. Dzięki taśmie klejącej i powlekaniu wirowemu można pokryć wiele warstw w żądanych miejscach na podłożu.

Następnie wytłaczaj podłoże za pomocą gorącej maszyny do wytłaczania przez kilka minut i rozformuj podłoże w temperaturze od 80 do 95 stopni Celsjusza z prędkością 1,5 milimetra na minutę. W tej procedurze górna warstwa jest zastępowana kombinacją odpowiednio dwóch i trzech warstw polimerów lub metalu, w celu wytworzenia wielowarstwowych mikrostruktur. Dokonano przeglądu produkcji złączy hetero, diod i kondensatorów.

W celu wygenerowania dwuwarstwowej pierwszej powłoki wirowania PPY pdot hetero junction, warstwę pdot o grubości 10 mikrometrów na arkuszu PMMA. Następnie piecz podłoże w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez godzinę. Po pieczeniu należy nałożyć wirową powłokę na folię PPY o grubości jednego mikrometra, aby uzyskać warstwę pdot i piec podłoże przez pięć minut.

Aby wytworzyć dwuwarstwowe aluminiowe diody pdot, należy pokryć warstwę pdot o grubości 10 mikrometrów na arkuszu PMMA i piec podłoże przez godzinę. Następnie użyj parowania termicznego, aby pokryć warstwę pdot folią aluminiową o grubości 200 nanometrów. Podłoże należy położyć twarzą do dołu, a ciśnienie w komorze należy ustawić na pięć mikro przejazdów w parowniku, wysokie napięcie odparowuje granulki aluminium.

Monitoruj monitor grubości kwarcu, aż do osiągnięcia 200 nanometrów. Następnie zmniejsz napięcie do zera i odpowietrz komorę przed wyjęciem próbki. Do generowania trójwarstwowych kondensatorów pdot, PMMA pdot.

Spinco, warstwę pdot o grubości 10 mikrometrów na arkuszu PMMA i wytwarzaj podłoże przez godzinę. Następnie kilkakrotnie spinco przy 1000 obr./min, aby uzyskać folię PMMA o grubości od 15 do 20 mikrometrów na warstwie pdot i piecz podłoże przez 30 minut. Po wypaleniu warstwy PMMA na wirówce, pokryj warstwę pdot o grubości od dwóch do trzech mikrometrów na folii PMMA i wypalaj podłoże przez pięć minut dla wszystkich mikrostruktur, wytłaczaj podłoże za pomocą gorącej maszyny do wytłaczania przez kilka minut, po czym wyjmij mikrostruktury w temperaturze od 80 do 95 stopni Celsjusza z prędkością 1,5 milimetra na minutę.

Operacja ciągnienia jest podobna do cięcia, jednak wykorzystuje sztywną formę z zaokrąglonymi krawędziami i formę A-P-D-M-S. Wymaga również mniejszej siły wkładania, mniejszej prędkości wkładania i wyższej temperatury drukowania. Rozpocznij tworzenie mikrofilarów PDMS poprzez wirowanie warstwy S 1813 o grubości mikrometra na formie SU eight.

Forma SU eight jest generowana przy użyciu konwencjonalnej litografii UV. Następnie obróć PDMS na ósemkowej formie SU z powłoką S 1813 z prędkością 1000 obr./min i piecz próbkę w temperaturze 85 stopni Celsjusza przez trzy godziny na gorącej płycie. Po utwardzeniu warstwy PDMS umyj próbkę acetonem, aby rozpuścić S 1813 i uwolnić cienką warstwę PDMS z formy SU eight.

Kończąc w ten sposób folię PDMS uformowaną z mikro kolumną, teraz umieść folię PDMS uformowaną z mikrokolumny na arkuszu HDPE o grubości 1,5 milimetra, aby wydrukować. Umieść aluminiową formę z zaokrąglonymi krawędziami na folii PDMS i arkuszu HDPE i piecz pod ciśnieniem przez godzinę. Forma następnie wepchnie folię PDMS w dół na miękki arkusz HDPE.

Po schłodzeniu próbki do temperatury pokojowej wyjmij formę, aby zakończyć tworzenie kanału na arkuszu HDPE. Podczas tego procesu część tej folii PDMS utworzonej przez mikrofilar jest przenoszona na dno i dwie boczne ściany kanału. Metodą cięcia MPL wykonano jednowarstwowe mikrostruktury w PPY, PDOT i SPANI.

SEM wykorzystano do analizy wzoru linii prostej o szerokości 300 mikrometrów i wzoru mikrodrutów serpentynowych o szerokości 50 mikrometrów w celu przetestowania wrażliwości na wilgoć. Mikrodrut PPY i folia PPY o grubości jednego centymetra kwadratowego były wystawione na działanie wilgotności względnej na poziomie od 45% do 85%Ich czułość mierzono jako zmianę rezystancji i porównywano. SEM wykorzystano do zbadania kilku wielowarstwowych mikrostruktur, w tym mikrolinii PPY pdot o szerokości 300 mikrometrów, aluminiowej diody pdot z hetero złączem oraz kondensatora PDOT PMMA pdot przy użyciu stacji sondy Keithleya.

Z uziemioną warstwą pdot i potencjałem polaryzacji od minus 20 woltów do 20 woltów przyłożonym do warstwy PPY. Napięcia przebicia w przód i w tył hetero złącza PPY PDOT wynosiły odpowiednio pięć woltów i ujemne osiem woltów. Aluminiowe złącze hetero pdot zostało wykonane przez uziemienie warstwy aluminium i przyłożenie potencjału polaryzacji od ujemnych pięciu woltów do pięciu woltów do warstwy pdot mierzonego w temperaturze pokojowej.

Napięcia przebicia do przodu i do tyłu wynosiły odpowiednio 3 i minus 2,5 wolta. Kondensator pdot PMMA PDOT został wykonany za pomocą stacji sondującej KEITHLEY, a CV kondensatora zmierzono w temperaturze pokojowej. Zmierzona pojemność kondensatora przy polaryzacji niskiej częstotliwości wynosiła około 0,06 pikofaradu.

Podczas gdy teoretycznie obliczona ilość wynosiła 1,38, mikrofilary picofaradu PDMS zostały wciśnięte w arkusze A-H-D-P-E, tworząc ściany boczne kanału. Średni kąt zwilżania kropli wody w kanałach HDPE wynosił 145,5 stopnia. Mikrofilary PDMS służą do zmniejszania tarcia oporu kanałów HDPE.

Kropla biegnąca przez kanał HDPE pokryty folią A-P-D-M-S porusza się wolniej niż kropla biegnąca przez kanał HDPE kodowany mikrofilarem A-P-D-M-S. Wynika to z super hydrofobowego charakteru kanału, który jest renderowany przez mikrofilary PDM. Wykonując te procedury, nie zapominaj, że praca z fotorezystem, przewodzącymi polimerami i lotnymi związkami organicznymi może być niebezpieczna, zawsze podejmuj środki ostrożności, takie jak stosowanie środków ochrony osobistej i praca w dobrze wentylowanym pomieszczeniu.