Name: Nanoformowanie materiałów funkcjonalnych, wszechstronna metoda komplementarnej replikacji wzoru do nanoimprintingu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-01-23T12:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 49 s
Description: Poznaj technikę nanoformowania materiałów funkcjonalnych, wszechstronną metodę komplementarnej replikacji wzoru do nanoimprintingu. Demonstracja obejmuje tlenek cynku i możliwość tworzenia wielu replik z jednej formy.

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

Autorzy dziękują M. Leboeuf za pomoc w AFM, W. Lee za anodycznie teksturowany aluminiowy master oraz Szwajcarskiemu Federalnemu Urzędowi Energetycznemu i Szwajcarskiej Narodowej Fundacji Nauki za finansowanie. Część tych prac została zrealizowana w ramach projektu 7PR "Szybka ścieżka" finansowanego przez KE na podstawie umowy o dofinansowanie nr 283501.

1. Produkcja form
Używamy naszego domowego zestawu do nanoimprintingu do produkcji formy negatywowej zgodnie z Ref. 6, ale każdy alternatywny zestaw nanoimprintingu będzie działał poprawnie. Alternatywnie może również działać funkcjonalizowana forma z polidimetylosiloksanu (PDMS).
<ol>
 <li>Wyprodukuj lub kup odpowiedni wzorzec z nanoskalowym wzorcem, który ma zostać przeniesiony. W zasadzie każdy mistrz odpowiedni do nanoimprintingu wykona to zadanie. Używamy teksturowanej warstwy ZnO na tafli szkła (Schott, AF32 eco, 41 mm x 41 mm x 0,5 mm) osadzonej zgodnie z opisem w ppkt 3.1 jako struktury wzorcowej w celu zilustrowania metody.</li>
 <li>Nałożyć warstwę antyadhezyjną na konstrukcję wzorcową zgodnie z opisem w punkcie 2.</li>
 <li>Wyczyść arkusz naftalanu etylenu (PEN) (Goodfellow, 82 mm x 41 mm x 0,125 mm) w ultradźwiękowej kąpieli acetonowej przez 2 minuty, a następnie w ultradźwiękowej kąpieli izopropanolowej przez kolejne 2 minuty. Spłucz ponownie izopropanolem i wysusz suszarką azotem.</li>
 <li>Umieść napyloną warstwę adhezyjną Cr (5-10 nm) na arkuszu PEN.</li>
 <li>Żywicę utwardzaną promieniami UV (Microresist, Ormocer, 1-2 ml) należy obrócić na arkuszu PEN z prędkością 5 000 obr./min, aby uzyskać równomierne pokrycie.</li>
 <li>Wykonaj wstępne pieczenie przez 5 minut na płycie grzejnej w temperaturze 80 °C, aby odparować rozpuszczalnik, poprawić jednorodność filmu i przyczepność do arkusza PEN.</li>
 <li>Użyj zestawu do nanoimprintingu, aby wytłoczyć wzór wzorcowy w żywicy utwardzanej promieniami UV. Chociaż nie jest to obowiązkowe, wykonujemy tłoczenie w próżni, aby zapobiec wtrąceniom pęcherzyków, stosując jednorodny nacisk 1 bar na elastyczną membranę silikonową. W naszej konfiguracji membrana silikonowa dzieli komorę próżniową na dwie podkomory. Ciśnienie jest wytwarzane przez odpowietrzenie górnej komory, podczas gdy dolna komora pozostaje pod próżnią. Wentylacja popycha elastyczną membranę w kierunku dołu, inicjując tłoczenie.</li>
 <li>Wystaw żywicę na działanie światła UV, aby sprowokować reakcję sieciowania żywicy. Stosujemy umiarkowane natężenie światła 1,4 mW/cm2 przy długości fali 365 nm zapewnianej przez kilka diod LED. Czas naświetlania przez arkusz PEN wynosi zwykle 15-20 minut.</li>
 <li>Ostrożnie wyjmij z formy, ręcznie odklejając formę od konstrukcji głównej.</li>
 <li>Ponieważ żywica może ulegać lekkiemu skurczowi podczas osadzania się materiału funkcjonalnego, co może prowadzić do samoistnego łuszczenia, przed dalszą obróbką przeprowadzamy łagodne termiczne wypalanie w temperaturze 150 °C przez 6-8 godzin w piecu z atmosferą otoczenia.</li>
</ol>
2. Warstwa antyadhezyjna
Aby udane wyjęcie z formy, warstwa antyadhezyjna musi być dostosowana do materiałów i chropowatości wzoru. Ogólnie rzecz biorąc, szorstkie wzory wymagają niskich współczynników przylegania. Niskie współczynniki przylegania do gładkich wzorów mogą prowadzić do odklejania się materiału funkcjonalnego od formy. Wysokie współczynniki przylegania do szorstkich wzorów mogą powodować odklejanie się żywicy od arkusza PEN podczas produkcji formy, ponieważ przyleganie żywicy do wzorca jest silniejsze.
<ol>
 <li>Pokryć formę (lub wzorzec) napyloną warstwą chromu (5-10 nm), aby zwiększyć przyczepność środka zapobiegającego adhezji. W przypadku gładkich wzorów rezygnujemy z tego kroku. W niektórych przypadkach warstwa chromu może uniemożliwić środek antyadhezyjny wytrawienie struktury głównej.</li>
 <li>Nanieś niewielką kroplę środka antyadhezyjnego (Sigma-Aldrich, (1H, 1H, 2H, 2H-Perfluoroctyl)-trichlorosilan) na szkiełko podstawowe. Umieść szkiełko szkiełkowe razem z formą w komorze próżniowej i odpompuj w dół. Środek antyadhezyjny odparuje i osadzi się jako monowarstwa molekularna na formie.</li>
 <li>Zakotwiczyć środek antyadhezyjny przez wyżarzanie w ciągu 1-2 godzin w temperaturze 80 °C.</li>
</ol>
3. Osadzanie materiału
Pokazujemy tutaj trzy techniki osadzania odpowiednie do osadzania materiałów, aby zilustrować wszechstronność nanoformowania. Można również zastosować inne techniki osadzania. Trzeci przykład opisuje wytwarzanie kompletnego cienkowarstwowego krzemowego ogniwa słonecznego.
<ol>
 <li>Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) tlenku: Umieścić formę na płycie grzewczej reaktora CVD podgrzanej do 180 °C. Użyj metalowej ramy, aby uniknąć wygięcia formy PEN podczas osadzania ZnO. Zamknij reaktor, odpompuj w dół i pozwól na termizację. Dopuścić gazy prekursorowe (H2Oi (C2H5)2Zn). Dodatkowo dozujemy niewielkie ilości B2H6 do dopingu. Grubość warstwy ZnO jest proporcjonalna do czasu osadzania. Stosujemy warstwy ZnO o grubości typowo 1-5 μm. Szczegółowe informacje na temat typowych parametrów osadzania można znaleźć w ref. 7</li>
 <li>Fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD)/napylanie srebra: Włożyć formę do systemu PVD. Zamknij system i odpompuj. Dopuścić gaz procesowy argonu. Włącz generator prądu stałego. Grubość warstwy Ag jest ponownie proporcjonalna do czasu osadzania. Stosujemy warstwy Ag o grubości typowej 1 μm. Typowe parametry osadzania to ciśnienie argonu 5,5x10-3 mbar i właściwa moc prądu stałego 250 W, co daje szybkość stapiania około 45 nm/s.</li>
 <li>Chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmą (PE-CVD): Osad ZnO jak w ppkt 3.1). Umieścić formę w reaktorze PE-CVD podgrzanym do temperatury 200 °C. Zamknąć reaktor, odpompować i umożliwić termizację. Dopuścić gazy prekursorowe (SiH4 i H2). Ponadto dozujemy niewielkie ilości B(CH3)3 i PH3, aby uzyskać odpowiednio domieszkowanie typu p i n. Aby zwiększyć napięcie obwodu otwartego ogniw słonecznych, używamy również niewielkich ilości CH4 i CO2 dla warstw domieszkowanych. Po osadzeniu stosu amorficznych krzemowych ogniw słonecznych p-i-n osadzamy styk zwrotny ZnO, jak opisano w 3.1.</li>
 <li>Należy unikać nadmiernego wyginania formy, ponieważ może to spowodować łuszczenie się nałożonej warstwy.</li>
</ol>
4. Transfer warstw
Używamy szkiełek szkiełkowych (Schott AF32 eco, 41 mm x 41 mm x 0,5 mm) jako końcowego podłoża. Ale alternatywnie można zastosować inne podłoża, w tym folie metalowe lub arkusze polimerowe.
<ol>
 <li>Szkiełka podstawowe należy oczyścić acetonem i izopropanolem i wysuszyć azotem.</li>
 <li>Żywica utwardzana promieniami UV (Microresist, Ormocer, 1-2 ml) na szkiełku podstawowym z prędkością 5 000 obr./min.</li>
 <li>Użyj zestawu do nanoimprintingu, aby zakotwiczyć formę przenoszącą osadzone warstwy na końcowym podłożu. Jeśli chodzi o tłoczenie, kotwienie wykonujemy w próżni poprzez zastosowanie jednorodnego ciśnienia 1 bar.</li>
 <li>Wystaw żywicę na działanie światła UV, aby sprowokować reakcję sieciowania. Stosujemy umiarkowane natężenie 1,4 mW/cm2 przy długości fali 365 nm zapewnianej przez kilka diod LED. Czas naświetlania przez szkiełko wynosi tylko 1-3 minuty ze względu na wyższą przepuszczalność szkła UV w porównaniu do PEN.</li>
 <li>Wyjmować z formy poprzez ręczne zdejmowanie formy ze szkiełka podstawowego.</li>
</ol>
5. Charakterystyka próbki
<ol>
 <li>Użyj swojej ulubionej techniki morfologicznej, elektrycznej lub optycznej, aby scharakteryzować próbki formowane w nanoformie. Tutaj charakteryzujemy nasze nanoformowane próbki za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i mikroskopii sił atomowych (AFM).</li>
</ol>

<ol><li>Geissler, M., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterning%3A+Principles+and+Some+New+Developments%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Patterning: Principles and Some New Developments.</a> Advanced Materials. 16 (15), 1249-1269 (2004).</li>
<li>Guo, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoimprint+Lithography%3A+Methods+and+Material+Requirements%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Nanoimprint Lithography: Methods and Material Requirements.</a> Advanced Materials. 19, 495-513 (2007).</li>
<li>Ahn, S. H., Guo, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-Area+Roll-to-Roll+and+Roll-to-Plate+Nanoimprint+Lithography%3A+A+Step+toward+High-Throughput%5BTitle%5D)+AND+%22Application+of+Continuous+Nanoimprinting.+ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Large-Area Roll-to-Roll and Roll-to-Plate Nanoimprint Lithography: A Step toward High-Throughput.</a> Application of Continuous Nanoimprinting. ACS Nano. 3 (8), 2304-2310 (2009).</li>
<li>Battaglia, C., Escarré, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoimprint+Lithography+for+High-Efficiency+Thin-Film+Silicon+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Nanoimprint Lithography for High-Efficiency Thin-Film Silicon Solar Cells.</a> Nano Letters. 11, 661-665 (2011).</li>
<li>Battaglia, C., Escarré, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomoulding+of+Transparent+Zinc+Oxide+Electrodes+for+Efficient+Light+Trapping+in+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Nanomoulding of Transparent Zinc Oxide Electrodes for Efficient Light Trapping in Solar Cells.</a> Nature Photonics. 5, 535-538 (2012).</li>
<li>Escarré, J., Söderström, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+Fidelity+Transfer+of+Nanometric+Random+Textures+by+UV+Embossing+for+Thin+Film+Solar+Cells+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+%26+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">High Fidelity Transfer of Nanometric Random Textures by UV Embossing for Thin Film Solar Cells Applications.</a> Solar Energy Materials & Solar Cells. 95, 881-886 (2011).</li>
<li>Faÿ, S., Feitknecht, L., Schlüchter, R., Kroll, U., Vallat-Sauvain, E., Shah, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rough+ZnO+layers+by+LP-CVD+process+and+their+effect+in+improving+performances+of+amorphous+and+microcrystalline+silicon+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+and+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Rough ZnO layers by LP-CVD process and their effect in improving performances of amorphous and microcrystalline silicon solar cells.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 90, 2960-2967 (2006).</li>
<li>Zhao, X. -M., Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Three-Dimensional+Micro-Structures%3A+Microtransfer+Molding%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Three-Dimensional Micro-Structures: Microtransfer Molding.</a> Advanced Materials. 8, 837-840 (1996).</li>
<li>Hampton, M. J., Williams, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Patterning+of+Sub-500+nm+Inorganic+Oxide+Structures%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">The Patterning of Sub-500 nm Inorganic Oxide Structures.</a> Advanced Materials. 20, 2667-2673 (2008).</li>
<li>Bass, J. D., Schaper, C. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transfer+Molding+of+Nanoscale+Oxides+Using+Water-Soluble+Templates%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Transfer Molding of Nanoscale Oxides Using Water-Soluble Templates.</a> ACS Nano. 5 (5), 4065-4072 (2011).</li>
<li>Escarré, J., Nicolay, S., et al. Nanomoulded front ZnO contacts for thin film silicon solar cell applications. Proceedings of the 27th EU-PVSEC, Frankfurt, , (2012).</li>
<li>Sontheimer, T., Rudigier-Voigt, E., Bockmeyer, M., Klimm, C., Schubert-Bischoff, P., Becker, C., Rech, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-area+fabrication+of+equidistant+free-standing+Si+crystals+on+nanoimprinted+glass%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Status+Solidi.+RRL%22%5BJournal%5D)">Large-area fabrication of equidistant free-standing Si crystals on nanoimprinted glass.</a> Phys. Status Solidi. RRL. 5, 376-379 (2011).</li>
</ol>

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Nanoformowanie umożliwia przenoszenie nanowzorów na dowolne materiały funkcjonalne. Porównanie poszczególnych etapów przetwarzania na rysunkach 1 i 2 ujawnia ścisły związek między nanoformowaniem a nanoimprintingiem. Główną różnicą między nanoformowaniem a nanoimprintingiem jest dodatkowy etap osadzania materiału na rysunku 2e. Pozostały przebieg procesu jest identyczny. Nanoformowanie można zatem przeprowadzić na dowolnej dostępnej konfiguracji nanoimprintingu.
<p c...

Nanopatterning zyskał ogromne znaczenie w wielu dziedzinach nanotechnologii i nauk stosowanych. Generowanie wzorców jest pierwszym krokiem i może być realizowane za pomocą podejść odgórnych, takich jak litografia wiązką elektronów lub podejść oddolnych opartych na metodach samoorganizacji, takich jak litografia nanosferyczna lub litografia z kopolimerów blokowych 1. Równie ważna jak generowanie wzorców jest replikacja wzorców. Oprócz fotolitografii, nanoimprinting (ryc. 1) okazał się obiecującą alternatywą, w szczególności nadającą się do wysokoprzepustowego modelowania nanoskali na dużych obszarach przy niskich kosztach 2-4. Podczas gdy fotolitografia wymaga wzorzystej maski, nanoimprinting opiera się na prefabrykowanej strukturze głównej. Przenoszenie wzoru z wzorca jest zwykle wykonywane do polimeru termoplastycznego lub polimeru utwardzanego promieniami UV lub termicznie. Istnieje jednak wiele przypadków, w których pożądane jest przeniesienie wzoru bezpośrednio na materiał funkcjonalny.
Tutaj opisujemy metodę replikacji opartą na nanoformowaniu i transferze warstw (Rysunek 2), którą niedawno wprowadziliśmy w Ref. 5 do przenoszenia wzorów w nanoskali na funkcjonalne elektrody z tlenku. Nasza metoda nanoformowania może być łatwo wdrożona, jeśli dostępna jest konfiguracja do nanoimprintingu. Nanoformowanie daje się uogólnić na wiele innych materiałów funkcjonalnych, stosów materiałów, a nawet kompletnych urządzeń, pod warunkiem, że materiał formy zostanie wybrany w taki sposób, aby był kompatybilny z procesem(-ami) osadzania materiału. Jako przykład przedstawiamy tutaj nanoformowanie przezroczystych przewodzących elektrod z tlenku (ZnO) osadzonych w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD), które znajdują zastosowanie w celu zwiększenia zatrzymywania światła w ogniwach słonecznych 5.

<table><tbody><tr><td>Żywica nanoimprintingowa</td><td>Microresist</td><td>Ormostamp</td><td></td></tr><tr><td>(1H, 1H, 2H, 2H-Perfluoroktylo)-trichlorosilan, środek antyadhezyjny</td><td>Sigma Aldrich</td><td>448931-10G</td><td></td></tr><tr><td>Szkiełka szklane</td><td>Schott</td><td>AF32 eco</td><td>0,5 mm</td></tr><tr><td>Arkusze polietylenowo-faltalanowe (PEN)</td><td>Goodfellow</td><td>ES361090</td><td>0,125 mm</td></tr><tr><td>(C2H5)2Zn</td><td>Akzo Nobel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ag spill target 4N</td><td>Heraeus</td><td>81062165</td><td></td></tr><tr><td>B2H6, SiH4, H2, B(CH3)3, PH3, CH4, CO2</td><td>Messer</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">EQUIPMENT</td></tr><tr><td>Nanoimprinting system</td><td></td><td></td><td></td></tr> Domowy <tr><td>system LP-CVD</td><td>Domowy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>system PVD</td><td>Leybold</td><td>Reaktor Univex 450 B</td><td></td></tr><tr><td>PE-CVD</td><td>Indeotec</td><td>Octopus I</td><td></td></tr><tr><td>SEM</td><td>JEOL</td><td>JSM-7500 TFE</td><td></td></tr><tr><td>AFM</td><td>Instrumenty cyfrowe</td><td>Nanoscope 3100</td><td></td></tr></tbody></table>

nanoformowanie materiałów funkcjonalnych, wszechstronna metoda komplementarnej replikacji wzoru do nanoimprintingu

Nanomoulding of Functional Materials, a Versatile Complementary Pattern Replication Method to Nanoimprinting

Opisujemy technikę nanoformowania, która pozwala na tanie wzorowanie na nanoskali funkcjonalnych materiałów, stosów materiałów i całych urządzeń. Nanoformowanie w połączeniu z przenoszeniem warstw umożliwia replikację dowolnych wzorów powierzchni ze struktury głównej na materiał funkcjonalny. Nanoformowanie może być wykonywane na dowolnym zestawie nanoimprintingu i może być stosowane do szerokiej gamy materiałów i procesów osadzania. W szczególności demonstrujemy wytwarzanie wzorzystych przezroczystych elektrod z tlenku do zastosowań związanych z zatrzymywaniem światła w ogniwach słonecznych.

Rycina 3 podsumowuje niektóre ilustracyjne przykłady struktur nanformowanych. Na obrazie (a) przedstawiono strukturę matrycy z ZnO wyhodowaną metodą CVD na szkle. Odpowiadająca jej nanformowana replika z ZnO pokazana jest na obrazie (d). Porównanie histogramów lokalnej wysokości (g) i kąta (j) wyodrębnionych z obrazów AFM wykazuje wysoką wierność procesu nanformowania. Analogiczne wyniki przedstawiono dla kratki jednowymiarowej wykonanej metodą litografii interferencyjnej (b,e,h,k) oraz aluminium tekstur...

Opisujemy technikę nanoformowania, która pozwala na tanie wzorowanie na nanoskali funkcjonalnych materiałów, stosów materiałów i całych urządzeń. Nanoformowanie może być wykonywane na dowolnym zestawie nanoimprintingu i może być stosowane do szerokiej gamy materiałów i procesów osadzania.

Nanoformowanie materiałów funkcjonalnych, wszechstronna metoda komplementarnej replikacji wzoru do nanoimprintingu

We describe a nanomoulding technique which  allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks  and full devices. Nanomoulding ...

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.W 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.

nanomoulding-functional-materials-versatile-complementary-pattern

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Nanoformowanie materiałów funkcjonalnych, wszechstronna uzupełniająca metoda replikacji wzorów do nanoformowania

Samoorganizujące się monowarstwy (SAMs) utworzone z długołańcuchowych alkanotioli na złocie stanowią precyzyjnie zdefiniowane podłoża do tworzenia wzorów białkowych oraz ograniczania przestrzeni wzrostu komórek. Mikro kontaktowy druk heksadekanotiolu przy użyciu stempla z polidimetylosiloksanu (PDMS), a następnie wypełnienie wolnych przestrzeni monomerem alkanotiolu zakończonym grupą glikolową, pozwala na uzyskanie wzoru, w którym białka i komórki adsorbują wyłącznie do obszaru z nadrukowanym...

Tworzenie dwuwymiarowych wzorowanych podłoży do ograniczania przestrzeni białek i komórek

W niniejszej pracy opisujemy prostą metodę wzorowania wolnego od tlenków krzemu i germanu za pomocą reaktywnych monowarstw organicznych oraz demonstrujemy funkcjonalizację wzorowanych podłoży małymi cząsteczkami i białkami. Podejście to zapewnia całkowitą ochronę powierzchni przed utlenianiem chemicznym, umożliwia precyzyjną kontrolę nad morfologią struktur oraz zapewnia łatwy dostęp do wzorów rozróżnialnych chemicznie.

Funkcjonalizacja i wzorowanie krzemu oraz germanu beztlenkowego metodą miękkiej litografii

Przedstawiamy metody wytwarzania wzorowanych mikrostruktur z pionowo wyrównanych nanorurek węglowych (CNTs) oraz ich zastosowanie jako form macierzystych do produkcji polimerowych mikrostruktur z uporządkowaną nanostrukturą powierzchni. Las nanorurek CNT jest zagęszczany poprzez kondensację rozpuszczalnika na podłożu, co znacznie zwiększa ich gęstość upakowania i umożliwia samokierowane tworzenie kształtów 3D.

Wytwarzanie, zagęszczanie i odlewanie replik trójwymiarowych mikrostruktur z nanorurek węglowych

Przedstawiono protokół wytwarzania dużego obszaru nanowzorzystego podłoża z małych form o nanowzorze do badania nanotopograficznej modulacji zachowania komórek.

Ekspandowanie nanowzorzystych substratów przy użyciu techniki ściegu do nanotopograficznej modulacji zachowania komórek

Ten raport opisuje prostą, łatwą do wykonania technikę, wykorzystującą próżnię niskociśnieniową, do wypełniania kanałów mikroprzepływowych komórkami i substratami do badań biologicznych.

Wszechstronna metoda modelowania białek i komórek

Przedstawiono protokół wytwarzania wkładek do formowania wtryskowego dla złożonej geometrii z mikrocechami na powierzchniach wykorzystujących Additive Manufacturing (AM).

Miękki łańcuch procesów narzędziowych do formowania wtryskowego komponentu 3D z mikrofilarami

Prezentowana jest prosta metoda wytwarzania nano-mikro wieloskalowych struktur dla funkcjonalnych powierzchni, poprzez agregację nanowłókien wytworzonych za pomocą anodowego filtra z tlenku glinu.

Wieloskalowe struktury agregowane za pomocą nadrukowanych nanowłókien dla powierzchni funkcjonalnych

Tutaj opisujemy protokół tworzenia dyskretnych i dokładnych nieorganicznych nanostruktur na podłożach, używając kształtów origami DNA jako szablonów prowadzących. Metoda jest demonstrowana poprzez tworzenie plazmonicznych złotych anten w kształcie muszki na przezroczystym podłożu (szafirze).

Nanowzorce substratów DNA origami struktur nieorganicznych do zastosowań detekcyjnych

Przedstawiono protokół chemicznego imprintingu 3D mikroskalowych elementów 3D z dokładnością poniżej 20 nm do stałych i porowatych płytek krzemowych.

Elektrochemiczne nanoimprinting wspomagany metalem porowatych i litych płytek krzemowych

Poczyniono postępy w wykorzystaniu rozpraszania częstości występowania echa spinowego (SERGIS) jako techniki rozpraszania neutronów do badania skal długości w próbkach o nieregularnym charakterze. Krystality estru metylowego kwasu [6,6]-fenylo-C61-masłowego przebadano techniką SERGIS, a wyniki potwierdzono mikroskopią sił optycznych i atomowych.

Wykorzystanie neutronowego echa spinowego do rozwiązania problemu rozpraszania padania w celu zbadania organicznych materiałów ogniw słonecznych

Poznaj technikę nanoformowania materiałów funkcjonalnych, wszechstronną metodę komplementarnej replikacji wzoru do nanoimprintingu. Demonstracja obejmuje tlenek cynku i możliwość tworzenia wielu replik z jednej formy.

Nanoformowanie materiałów funkcjonalnych, wszechstronna metoda komplementarnej replikacji wzoru do nanoimprintingu

Przeglądaj więcej filmów