Nanoformowanie materiałów funkcjonalnych, wszechstronna metoda komplementarnej replikacji wzoru do nanoimprintingu

Ogólnym celem tej procedury jest przeniesienie wzoru z dowolnej struktury głównej na materiał funkcjonalny. Ten film ilustruje procedurę z użyciem tlenku jako materiału funkcjonalnego, transfer wzoru odbywa się poprzez uprzednie wytworzenie formy negatywowej ze struktury głównej. Drugim krokiem jest stworzenie repliki tlenku poprzez dodanie najpierw warstwy zapobiegającej przywieraniu do formy, a następnie osadzenie tlenku, tlenek jest następnie zakotwiczony w końcowym szklanym podłożu za pomocą żywicy utwardzanej promieniami UV i ostatecznie uwalniany z formy.

Ostatecznie, wiele funkcjonalnych replik może być przygotowanych z jednej formy głównej przy użyciu tej techniki, podczas gdy inny nadruk służy tradycyjnie do modelowania żywicy utwardzanej promieniami UV lub termicznie. Formowanie nano oferuje potencjał do uogólnienia na wiele innych materiałów funkcjonalnych, stosów materiałów, a nawet kompletnych urządzeń, pod warunkiem, że materiał formy zostanie wybrany zgodnie z procesem osadzania materiału. Po raz pierwszy wpadliśmy na pomysł tej metody, gdy próbowaliśmy znaleźć sposób na uzyskanie przezroczystej przewodzącej nano elektrody z nadrukiem, ponieważ dostępne na rynku żywice drukarskie Nano są izolujące.

Musieliśmy znaleźć inny sposób i dlatego opracowaliśmy nano formowanie. Ogólnie rzecz biorąc, osoby znały tę metodę z trudem, ponieważ właściwości anionów należy starannie dostosować Zacznij od przygotowania wzorca niosącego wzór nanoskali do przeniesienia. Pokazane tutaj trzy prefabrykowane konstrukcje główne.

Po lewej stronie znajduje się folia z tworzywa sztucznego z siatką liniową wykonaną metodą litografii interferencyjnej. Pośrodku znajduje się teksturowana płyta aluminiowa wykonana przy użyciu anodowego utleniania, a następnie wytrawiania warstwy tlenku glinu. A po prawej stronie znajduje się teksturowana warstwa tlenku na szkle powstała w wyniku chemicznego osadzania z fazy gazowej.

Próbka tlenku zostanie wykorzystana w tej demonstracji w ramach przygotowań do warstwy anty aian. Najpierw pokryj teksturowany wzorzec warstwą chromu o grubości od pięciu do 10 nanometrów, aby zwiększyć przyczepność środka anty aian. Następnie nałóż niewielką kroplę środka anty aian na szklane szkiełko.

Przenieś szkiełko szkiełkowe razem z wzorcem do komory próżniowej i odpompuj w dół. Lekka próżnia jest wystarczająca, aby środek anty aian odparował i osiadł na masterze. Następnie wyjmij mistrza z komory próżniowej i umieść w piekarniku w temperaturze 80 stopni Celsjusza na jedną do dwóch godzin, aby powłoka anty aian dotarła do Aneel.

Najtrudniejszym aspektem tej procedury jest dostosowanie właściwości warstwy anty aian, aby zapobiec samoistnemu rozlaniu, gwarantując jednocześnie możliwość kontrolnego złuszczania. Aby to osiągnąć, właściwości warstwy antyedycyjnej są dostosowywane empirycznie. Następnie przygotuj formę, czyszcząc polietylenowy naft, alate lub arkusz pióra w ultradźwiękowej kąpieli acetonowej przez dwie minuty, a następnie w ultradźwiękowej kąpieli izopropanolowej.

Przez kolejne dwie minuty wyjmij prześcieradło z kąpieli i ponownie spłucz świeżym izopropanolem, a następnie wysusz azotem. Następnie umieść arkusz długopisu w koterze obserwacyjnym i nałóż warstwę chromu aian o grubości od 5 do 10 nanometrów na arkusz pióra. Następnie przenieś arkusz pióra do wirówki i dodaj od jednego do dwóch mililitrów mosy, żywicy utwardzanej promieniami UV na warstwę przędzenia pióra przy 5 000 obr./min.

Aby uzyskać równomierne pokrycie, wstępnie upiecz świeżo pokryty arkusz pisaka na gorącej płycie w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez pięć minut. Aby odparować rozpuszczalnik, popraw jednorodność filmu i popraw żywicę oprócz arkusza pisaka. Następnie umieść arkusz długopisu wewnątrz nano imprintera z żywicą utwardzaną promieniami UV skierowaną do góry, a wzorcem do góry nogami na ramionach uchwytu.

Załóż pokrywę zestawu nano imprinting i opróżnij komorę próżniową, włączając pompę. Pociągnij ramiona uchwytu, aby upuścić mistrza na żywicę utwardzaną promieniami UV. Na arkuszu pióra dociśnij elastyczną silikonową membranę, która przecina komorę próżniową na pół, odpowietrzając górną komorę, jednocześnie utrzymując podciśnienie w dolnej komorze.

To popycha elastyczną membranę w kierunku dna zestawu, zapewniając ciśnienie tłoczenia przy jednoczesnym utrzymaniu nacisku na membranę. Wystaw żywicę utwardzaną promieniami UV przez stronę pióra na działanie światła LED UV przez 15 do 20 minut, aby sprowokować reakcję sieciowania. Następnie odpowietrz dolną część komory próżniowej, aby zmniejszyć nacisk na membranę silikonową i usunąć próbkę.

Ostrożnie chwyć formę i powoli oderwij ją od głównej struktury. Następnie umieść formę w piekarniku i piecz ją w temperaturze 150 stopni Celsjusza przez trzy do pięciu godzin, aby poprawić stabilność termiczną żywicy. Wreszcie, po nałożeniu warstwy anionowej na formę, jak pokazano wcześniej, próbka jest gotowa do osadzania tlenkiem, aby rozpocząć chemiczne osadzanie tlenku z fazy gazowej.

Najpierw umieść przygotowaną formę do długopisu na szklanym szkiełku. Umieść metalową ramę na wierzchu formy, aby uniknąć jej zginania podczas chemicznego osadzania z fazy gazowej. Następnie umieść formę na płycie grzejnej reaktora chemicznego osadzania z fazy gazowej utrzymywanej w temperaturze 155 stopni Celsjusza, podczas gdy forma się nagrzewa.

Zamknąć pompę reaktora do temperatury poniżej 10 do minus 3 milibarów i pozwolić na termizację. Następnie wpuścić gazy prekursorowe wody i etycznego wraz z niewielką ilością di boranu rozcieńczonego w argonie do domieszkowania przez 10 minut. Przy ciśnieniu procesowym 0,4 milibara tworzy się warstwę tlenku o grubości dwóch mikronów.

Po osadzeniu należy ostrożnie usunąć formę, aby uniknąć nadmiernego wygięcia nowo osadzonej warstwy, co może skutkować samoistnym łuszczeniem się. Aby rozpocząć przenoszenie warstw, najpierw przygotuj szkiełka do powlekania wirowego, przemywając je acetonem, a następnie izopropanolem. Następnie wysuszyć szkiełka strumieniem azotu.

Następnie odwiruj, od jednego do dwóch mililitrów żywicy utwardzanej promieniami UV na szkiełku przy 5 000 obr./min, zakotwicź formę przenoszącą osadzone warstwy na końcowym podłożu za pomocą nano imprintera, jak pokazano wcześniej podczas produkcji formy. Jednak w miejsce wzorca forma jest umieszczana w ramionach uchwytu i opuszczana na podłoże szklane pokryte żywicą przed utwardzeniem światłem UV. Na koniec zakończ przenoszenie, ręcznie odklejając formę od szkiełka przenoszącego przeniesioną warstwę tlenku.

Formowanie nano odtwarza cechy w nanoskali, takie jak tekstura piramidy warstwy tlenku pokazana tutaj na obrazie ze skaningowego mikroskopu elektronowego po lewej stronie. Prawy obraz przedstawia mikroskopię sił atomowych formowaną w formie nano lub FM służy do obrazowania pokazanej tutaj powierzchni w różnej intensywności koloru pomarańczowego, który reprezentuje wysokość powierzchni. Informacje te służą do pomiaru różnic wysokości i kąta pomiędzy formą pokazaną w kolorze czarnym, a repliką w kolorze czerwonym.

W przypadku warstwy tlenku różnice między formą a repliką były bardzo niewielkie, co świadczy o wysokiej wierności procesu formowania nano. Pokazane po lewej stronie poszczególne linie siatki powstałej w wyniku litografii interferencyjnej są również dobrze odwzorowane w replice pokazanej po prawej. Histogramy o podwyższonym kącie, które odpowiadają temu wzorcowi, również mają bardzo podobny kształt.

replice widać jednak lekkie przesunięcie w kierunku niższych kątów, pokazane na czerwono w prawym dolnym rogu, po lewej stronie znajdują się unikalne cechy układu wgłębień uzyskanego w wyniku antycznego utleniania aluminium i pasującej do niego repliki po prawej. Podczas korzystania z tego wzoru stwierdza się lekkie wygładzenie cech. Świadczy o tym lekkie przesunięcie repliki w kierunku niższych kątów w histogramie kątowym pokazanym na dole po prawej stronie.

Mistrz formowania anom można wykonać w ciągu kilku godzin, jeśli zostanie wykonany prawidłowo. Formowanie nano utorowało więc drogę naukowcom zajmującym się fotowoltaiką do zbadania nowych struktur nanofotonicznych w ogniwach słonecznych. Po tych procedurach można opatentować inne materiały funkcjonalne, otwierając drzwi do szerokiego zakresu zastosowań.

Nie zapominaj, że praca z chemikaliami, gazami, promieniowaniem UV, źródłami promieniowania i sprzętem próżniowym może być niebezpieczna, a środki ostrożności, takie jak odpowiednie środki ochrony osobistej, powinny być zawsze noszone, a prawidłowa instalacja sprzętu powinna zostać zweryfikowana przed wykonaniem tej procedury.