Name: Wytwarzanie trójwymiarowych wielościanów na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-23T14:30:00.000+00:00
Duration: 14 min 52 s
Description: Poznaj metodę samoczynnego składania podobnego do origami do wytwarzania trójwymiarowych wielościanów na bazie grafenu. Technika ta umożliwia dostrajanie właściwości fizycznych i optycznych materiału.

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

Ten materiał jest oparty na pracy wspieranej przez fundusz start-up na University of Minnesota, Twin Cities i nagrodę NSF CAREER Award (CMMI-1454293). Część tych prac została przeprowadzona w Characterization Facility na University of Minnesota, który jest członkiem finansowanej przez NSF Sieci Placówek Badań Materiałowych (za pośrednictwem programu MRSEC). Część tych prac została przeprowadzona w Minnesota Nano Center, które jest wspierane przez National Science Foundation za pośrednictwem National Nano Coordinated Infrastructure Network (NNCI) pod numerem nagrody ECCS-1542202. C. D. dziękuje za wsparcie ze strony 3M Science and Technology Fellowship.

UWAGA: Kilka substancji chemicznych używanych w tych syntezach jest toksycznych i może powodować podrażnienia i poważne uszkodzenia narządów przy dotyku lub wdychaniu . Podczas obchodzenia się z chemikaliami należy używać odpowiedniego sprzętu ochronnego i nosić środki ochrony osobistej.
1. Przygotowanie warstw ochronnych z tlenku glinu i chromu na miedzianej warstwie protektorowej
<ol>
	<li>Za pomocą parownika z wiązką elektronów osadź warstwy chromu (Cr) o grubości 10 nm i miedzi (Cu) o grubości 300 nm (warstwa protektorowa) na podłożu krzemowym (Si) (<klasa silna = "xfig">Rysunek 2a).</li>
	<li>Przędzenie fotorezystu (PR)-1 przy 2500 obr./min, a następnie pieczenie w temperaturze 115 °C przez 60 s.</li>
	<li>Wystaw zaprojektowane obszary siatki 2D na działanie światła ultrafioletowego (UV) na nakładce maski kontaktowej przez 15 s i wywołaj przez 60 s w roztworze wywoływacza-1. Wypłucz próbkę wodą dejonizowaną (DI) i wysusz suszarką za pomocą pistoletu pneumatycznego.</li>
	<li>Nałożyć warstwę Cr o grubości 10 nm i usunąć pozostałą warstwę acetonu PR-1in. Przepłukać próbkę wodą demineralizowaną i wysuszyć suszarką za pomocą pistoletu pneumatycznego (<silna klasa="xfig">Rysunek 2b).</li>
	<li>Aby uformować siatki 2D z sześcioma kwadratowymi warstwami ochronnymi Al2O3/Cr na siatce 2D, należy obtoczyć PR-1 z prędkością 2500 obr./min, a następnie wypalić w temperaturze 115 °C przez 60 s.</li>
	<li>Wystaw zaprojektowane sześć kwadratowych warstw ochronnych na działanie światła UV na nakładce maski kontaktowej przez 15 s i wywołaj przez 60 s w roztworze wywoływacza-1. Przepłukać próbkę wodą demineralizowaną i wysuszyć suszarką za pomocą pistoletu pneumatycznego.</li>
	<li>Osadzać warstwę Al2O3 o grubości 100 nm i warstwę Cr o grubości 10 nm. Usuń pozostały PR-1in acetonu. Przepłukać próbkę wodą demineralizowaną i wysuszyć suszarką za pomocą pistoletu pneumatycznego (<klasa silna = "xfig" > Rysunek 2c).</li>
</ol>
2. Przygotowanie membran z grafenu i tlenku grafenu
Uwaga: W tym badaniu używane są dwa rodzaje materiałów na bazie grafenu: (i) grafen hodowany metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) oraz (ii) tlenek grafenu (GO).
<ol>
	<li>Przygotowanie wielowarstwowych membran grafenowych CVD 
	Uwaga: Aby uzyskać wielowarstwowe membrany grafenowe, grafen jednowarstwowy jest przenoszony trzy razy oddzielnie przy użyciu wielu etapów powlekania/usuwania z polimetakrylanu metylu (PMMA).
	<ol>
		<li>Zaczynając od kwadratowego kawałka grafenu o średnicy ~15 mm przyklejonego do folii Cu, nałóż cienką warstwę PMMA z prędkością 3000 obr./min na powierzchnię grafenu. Piec w temperaturze 180 °C przez 10 min.</li>
		<li>Umieść arkusz warstwowy PMMA/grafen/folia Cu pływający stroną Cu do dołu w wytrawiaczu Cu na 24 godziny, aby wytrawić folię Cu.</li>
		<li>Po całkowitym rozpuszczeniu folii Cu (pozostawiając PMMA/grafen), przenieś pływający grafen pokryty PMMA na powierzchnię basenu wody DI za pomocą szkła mikroskopowego, aby usunąć wszelkie pozostałości wytrawiacza Cu. Powtórz kilkakrotnie przenoszenie grafenu pokrytego PMMA na nowe baseny wodne DI, aby odpowiednio spłukać.</li>
		<li>Przenieś pływający grafen pokryty PMMA na inny kawałek grafenu przyklejony do folii Cu (grafen / Cu), aby uzyskać dwuwarstwową membranę grafenową (tworzącą strukturę folii PMMA / grafen / grafen / Cu).</li>
		<li>Dwuwarstwowy grafen na folii Cu poddać obróbce termicznej na płycie grzejnej w temperaturze 100 °C przez 10 minut.</li>
		<li>Usuń PMMA z dwuwarstwowego grafenu na folii Cu w kąpieli acetonowej (pozostawiając stos warstw grafenu/grafenu/folii Cu), a następnie przenieś do wody DI.</li>
		<li>Powtórz transfer grafenu (2.1.1 - 2.1.5) jeszcze raz, aby uzyskać trzy ułożone warstwy membran grafenowych. Po osiągnięciu kroku 2.1.4 podczas procesu powtarzania, zamiast przenosić nowy arkusz grafenu pokryty PMMA na inny kawałek grafenu/Cu, przenieś nowy grafen pokryty PMMA na wcześniej wyprodukowaną podwójną warstwę grafenu z kroku 2.1.6, aby utworzyć kombinację warstw folii PMMA/grafen/grafen/grafen/Cu. Następnie powtórz krok 2.1.5 bez modyfikacji.</li>
		<li>Umieść arkusz warstwowy PMMA/grafen/grafen/grafen/folię Cu pływający stroną Cu do dołu w wytrawiaczu Cu na 24 godziny, aby wytrawić folię Cu.</li>
		<li>Przenieść trzy warstwy membran grafenowych pokrytych PMMA (PMMA/grafen/grafen/grafen) na prefabrykowane warstwy ochronne Al2O3 / Cr z sekcji 1.</li>
		<li>Po przeniesieniu grafenu usuń PMMA za pomocą acetonu. Następnie zanurz próbkę w wodzie demineralizowanej i wysusz na powietrzu.</li>
		<li>Wielowarstwowy grafen na podłożu poddawać obróbce termicznej na płycie grzejnej w temperaturze 100 °C przez 1 godzinę.</li>
		<li>Wirować PR-1 z prędkością 2500 obr./min i piec w temperaturze 115 °C przez 60 s.</li>
		<li>Promieniowanie UV naświetla obszary PR-1 bezpośrednio nad kwadratowymi obszarami warstwy ochronnej za pomocą nakładki maski kontaktowej przez 15 s i rozwija się przez 60 s w roztworze wywoływacza-1.</li>
		<li>Usuń nowo odkryte, niechciane obszary grafenu za pomocą obróbki plazmą tlenową przez 15 sekund.</li>
		<li>Usuń resztki PR-1 w acetonie.</li>
		<li>Przepłukać próbkę wodą DI i wysuszyć na powietrzu (<silna klasa="xfig">Rysunek 2d).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie membran z tlenku grafenu 
	Uwaga: Tradycyjna fotolitografia, po której następuje proces liftingu poprzez naświetlanie przez zalanie, jest wykorzystywana do modelowania membran GO.
	<ol>
		<li>Powłokę wirową PR-2 z prędkością 1700 obr./min przez 60 s nałożyć na wcześniej wyprodukowane warstwy ochronne Al2O 3/Cr, aby uzyskać warstwę o grubości 10 μm. Piecz PR-2 w temperaturze 115 °C przez 60 sekund, a następnie odczekaj 3 godziny.</li>
		<li>Za pomocą tej samej maski, która jest używana do modelowania warstwy ochronnej Al2O3 / Cr, UV naświetla próbkę na nakładce maski kontaktowej przez 80 s i rozwija się przez 90 s w roztworze wywoływacza-2. Przepłukać próbkę wodą demineralizowaną i wysuszyć suszarką za pomocą pistoletu pneumatycznego.</li>
		<li>Wykonaj ekspozycję UV całej próbki bez maski przez 80 s.</li>
		<li>Przygotować mieszaninę GO i wody (15 mg proszku GO w 15 ml wody demineralizowanej) należy obtoczyć na próbce z prędkością 1000 obr./min przez 60 s. Wykonać wirowanie w sumie 3 razy.</li>
		<li>Zanurz próbkę w roztworze wywoływacza 2, aby umożliwić uniesienie niechcianego GO.</li>
		<li>Przepłukać próbkę wodą demineralizowaną i ostrożnie wysuszyć próbkę za pomocą pistoletu pneumatycznego.</li>
		<li>Próbkę należy poddać obróbce termicznej na płycie grzejnej w temperaturze 100 °C przez 1 godzinę (<klasa silna = "xfig"> Rysunek 2h).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Wzór powierzchni metalowej na membranach na bazie grafenu
Uwaga: Przeprowadzono powszechny proces fotolitografii w celu uzyskania wzoru powierzchni za pomocą wyrównywacza maski kontaktowej UV i parownika wiązki elektronów (patrz 1.2 - 1.4).
<ol>
	<li>Twórz wzory tytanu (Ti) o grubości 20 nm na wzorzystych membranach na bazie grafenu.</li>
	<li>Próbkę należy poddać obróbce termicznej na płycie grzejnej w temperaturze 100 °C przez 1 godzinę (<silna klasa="xfig">Rysunek 2e dla grafenu i <silna klasa="xfig">Rysunek 2i dla GO).</li>
</ol>
4. Produkcja ram i zawiasów z polimeru
<ol>
	<li>Na wierzchu membran na bazie grafenu z wzorami powierzchni Ti, powlekaj PR-3 wirowo z prędkością 2500 obr./min przez 60 s, aby utworzyć warstwę o grubości 5 μm i piecz w temperaturze 90 °C przez 2 minuty.</li>
	<li>Próbki należy naświetlać promieniami UV przez 20 s, piec w temperaturze 90 °C przez 3 minuty i wywoływać przez 90 s w roztworze wywoływacza-3.</li>
	<li>Przepłukać próbkę wodą demineralizowaną i alkoholem izopropylowym (IPA) i ostrożnie wysuszyć próbkę za pomocą pistoletu pneumatycznego.</li>
	<li>Po wypaleniu próbek w temperaturze 200 °C przez 15 minut, aby zwiększyć sztywność mechaniczną ram (PR-3) (<silna klasa="xfig">Rysunek 2f dla grafenu i <silna klasa="xfig">Rysunek 2j dla GO).</li>
	<li>Aby wykonać wzór zawiasów, należy obrócić PR-2 z prędkością 1000 obr./min przez 60 s, aby utworzyć warstwę o grubości 10 μm na wierzchu prefabrykowanego podłoża. Piec w temperaturze 115 °C przez 60 s i odczekać 3 godziny.</li>
	<li>Promieniowanie UV naświetlać próbkę na nakładce maski kontaktowej przez 80 s i wywoływać przez 90 s w roztworze wywoływacza-2.</li>
	<li>Przepłukać próbkę wodą demineralizowaną i ostrożnie wysuszyć próbkę za pomocą pistoletu pneumatycznego (<silna klasa = "xfig" > Rysunek 2g dla grafenu i <silna klasa = "xfig"> Rysunek 2k dla GO).</li>
</ol>
5. Samoczynne składanie w wodzie DI
Uwaga: Gdy zawiasy PR-2 są topione (lub rozpływą), generowana jest siła napięcia powierzchniowego; stąd struktury 2D przekształcają się w struktury 3D (proces samoskładania).
<ol>
	<li>Aby uwolnić strukturę 2D, rozpuść warstwę protektorową Cu pod siatkami 2D w wytrawiaczu Cu (<silna klasa = "xfig">Rysunek 2l).</li>
	<li>Ostrożnie przenieś uwolnioną strukturę do łaźni wodnej DI za pomocą pipety i spłucz kilka razy, aby usunąć resztki wytrawiacza Cu.</li>
	<li>Umieść strukturę 2D w wodzie DI podgrzanej powyżej temperatury topnienia zawiasów polimeru (PR-2) (<silna klasa = "xfig" > Rysunek 2 m).</li>
	<li>Monitoruj samoczynne składanie w czasie rzeczywistym za pomocą mikroskopii optycznej i wyjmij ze źródła ciepła po udanym montażu w zamknięte kostki.</li>
</ol>
6. Usuwanie warstw ochronnych
<ol>
	<li>Po samodzielnym złożeniu usuń warstwy ochronne Al2O3/Cr za pomocą wytrawiacza Cr (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 2n).</li>
	<li>Delikatnie przenieś kostki do kąpieli wodnej DI i dokładnie spłucz.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W przypadku sześcianów wykonanych z grafenu CVD, ponieważ każda ściana danego sześcianu jest zaprojektowana z zewnętrzną ramą otaczającą obszar wolnostojącego grafenu o powierzchni ~160 × 160μm2, pojedynczy arkusz grafenu jednowarstwowego nie ma niezbędnej wytrzymałości, aby umożliwić równoległe przetwarzanie sześcianów. Z tego powodu membrany grafenowe składające się z trzech warstw monowarstwowych arkuszy grafenu CVD są wytwarzane za pomocą trzech oddzielnych transferów grafenu przy użyciu wielu eta...

Dwuwymiarowe (2D) arkusze grafenu posiadają niezwykłe właściwości optyczne, elektroniczne i mechaniczne, co czyni je modelowymi systemami do obserwacji nowych zjawisk kwantowych dla zastosowań elektronicznych, optoelektronicznych, elektrochemicznych, elektromechanicznych i biomedycznych nowej generacji1,2,3,4,5,6. Oprócz warstwowej struktury 2D grafenu w stanie powykonawczym, w ostatnim czasie badane są różne podejścia do modyfikacji w celu zaobserwowania nowych funkcjonalności grafenu i poszukiwania nowych możliwości zastosowań. Na przykład, modulowanie (lub dostrajanie) jego właściwości fizycznych (tj. poziomu domieszkowania i/lub przerwy energetycznej) poprzez dostosowanie kształtów lub wzorów struktury 2D do struktury jednowymiarowej (1D) lub zerowymiarowej (0D) (np. nanowstęgi grafenowej lub grafenowe kropki kwantowe) badano w celu uzyskania nowych zjawisk fizycznych, w tym efektów uwięzienia kwantowego, zlokalizowanych modów plazmonicznych, Zlokalizowany rozkład elektronów i spolaryzowane spinowo stany krawędzi7,8,9,10,11,12. Ponadto wykazano, że zmiana tekstury grafenu 2D poprzez zgniatanie (często nazywane kirigami), delaminację, wyboczenie, skręcanie lub układanie wielu warstw lub zmianę kształtu powierzchni grafenu poprzez przeniesienie grafenu 2D na element 3D (podłoże) zmienia zwilżalność, charakterystykę mechaniczną i właściwości optyczne grafenu13,14.
Poza zmianą morfologii powierzchni i warstwowej struktury grafenu 2D, składanie grafenu 2D w funkcjonalizowane, dobrze zdefiniowane, trójwymiarowe (3D) wielościany cieszy się ostatnio dużym zainteresowaniem społeczności grafenowej w celu uzyskania nowych zjawisk fizycznych i chemicznych15. Teoretycznie energie sprężyste, elektrostatyczne i van der Waalsa struktur 2D na bazie grafenu można wykorzystać do przekształcenia grafenu 2D w różne konfiguracje 3D grafen-origami16,17. Opierając się na tej koncepcji, w ramach modelowania teoretycznego zbadano projekty struktur grafenu 3D, utworzonych z nanoskalowych membran grafenowych 2D, z możliwymi zastosowaniami w dostarczaniu leków i ogólnym magazynowaniu molekularnym16,17. Jednak eksperymentalny postęp tego podejścia jest nadal daleki od realizacji tych zastosowań. Z drugiej strony, opracowano szereg metod syntezy chemicznej w celu uzyskania struktur 3D za pomocą montażu wspomaganego szablonem, montażu sterowanego przepływem, montażu zakwaszającego i metod wzrostu konforemnego18,19,20,21,22. Jednak metody te są obecnie ograniczone, ponieważ nie są w stanie wytworzyć 3D, pustej, zamkniętej struktury bez utraty wewnętrznych właściwości arkuszy grafenu.
Tutaj nakreślona jest strategia budowania 3D, pustych, mikrosześcianów na bazie grafenu (całkowity wymiar ~200 μm) przy użyciu samoskładania podobnego do origami; pokonując najważniejsze wyzwania w budowie wolnostojących, pustych, 3D, wielościennych materiałów na bazie grafenu. W podobnych do origami, technikach samodzielnego składania bez użycia rąk, litograficznie wzorzyste elementy płaskie 2D (tj. membrany na bazie grafenu) są połączone z zawiasami (tj. polimerem wrażliwym termicznie, fotorezystem) na różnych połączeniach, tworząc w ten sposób siatki 2D, które składają się, gdy zawiasy są podgrzewane do temperatury topnienia23,24,25,26. Kostki na bazie grafenu są wykonane z elementów membrany okiennej składającej się z kilku warstw membran grafenowych lub tlenku grafenu (GO) hodowanych w wyniku chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD); zarówno z zastosowaniem polimerowych ościeżnic, jak i zawiasów. Wytwarzanie kostek 3D na bazie grafenu obejmuje: (i) przygotowanie warstw ochronnych, (ii) przenoszenie i modelowanie membrany grafenowej, (iii) modelowanie powierzchni metalu na membranach grafenowych, (iv) modelowanie i osadzanie ram i zawiasów, (v) samoskładanie oraz (vi) usuwanie warstw ochronnych (rysunek 1). Ten artykuł skupia się głównie na samoskładających się aspektach produkcji kostek 3D na bazie grafenu. Szczegółowe informacje na temat właściwości fizycznych i optycznych kostek 3D na bazie grafenu można znaleźć w naszych innych ostatnich publikacjach27,28.

<table><tbody><tr><td>Aceton</td><td>Fisher Chemical</td><td>A18P-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Tlenek glinu</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMALO-1-2.5</td><td>99,99% czysty</td></tr><tr><td>APS Copper Etchant 100</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>Nie</td><td></td></tr> dotyczy <tr><td>Aparat fotograficzny (do obrazu 3D)</td><td>Nikon</td><td>D5100</td><td>1080p Full HD, Efektywne piksele: 16,2 miliona, Rozmiar czujnika: 23,6 mm x 15,6 mm</td></tr><tr><td>CE-5 M Maska chromowa Wytrawiacz</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>Nie</td> dotyczy <td>Nie dotyczy</td></tr><tr><td>System wzrostu osadzania chemicznego (CVD)</td><td>Dostosowany</td> nie <td>dotyczy</td><td>Piec rurowy Lindberg/Blue</td></tr><tr><td>Chromium</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCR35J</td><td>99,95% czysty</td></tr><tr><td>wytrawiacz chromu 473</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>Nie dotyczy</td><td>Nie dotyczy</td></tr><tr><td>Miedź</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCU40QXQJ</td><td>99,99% czysty</td></tr><tr><td>Deweloper-1 (deweloper MF319)</td><td>Microposit</td><td>10018042</td> Nie <td>dotyczy</td></tr><tr><td>Deweloper-2 (deweloper AZ)</td><td>Merck performance Materials Corp.</td><td>1005422496</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Developer-3 (SU-8 developer)</td><td>MicroChem</td><td>NC9901158</td> N<td>/A</td></tr><tr><td>Digital Hot Plate</td><td>Thermo Scientific</td><td>HP131725</td><td>serii Super-Nuvoa, maksymalna temperatura: 370 & deg; C</td></tr><tr><td>System parownika wiązki elektronicznej</td><td>Rocky Mountain Vacuum Tech.</td><td>N/A</td><td>RME-2000</td></tr><tr><td>Tlenek grafenu</td><td>Goographen</td><td>N/A</td><td>Czystość: ~ 99%; Współczynnik pojedynczej warstwy: ~99%; &nbsp; Grubość 0,7-1,2 nm.</td></tr><tr><td>Alkohol izopropylowy</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>Mikroskop</td><td>Omax</td><td>NJF-120A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>wielokrotny polimetakrylan metylu (PMMA)</td><td>MicroChem</td><td>950 PMMA A9</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Plazma tlenowa&nbsp;</td><td>Technika Inc.</td><td>SERIA 800</td><td>Reaktywne trawienie jonowe w mikroskali (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> N<td>/A</td></tr><tr><td>Profilometr</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>Konfokalny mikroskop ramanowski</td></tr><tr><td>Wafel krzemowy</td><td>Siltronic AG</td><td>N/A</td><td>o średnicy 100 mm, typ N, polerowany jednostronnie, rezystancja: 560-840 i Omega; i byka; cm</td></tr><tr><td>Spinner</td><td>Najlepsze narzędzia</td><td>S0114031123</td><td>SMART COATER 100</td></tr><tr><td>Titanium</td><td>Firma Kurt J. Lesker EVMTI45QXQA</td><td></td><td>99,99% czysta</td></tr><tr><td>myjka ultradźwiękowa</td><td>Crest Ultrasonics</td><td>N/A</td><td>Seria Powersonic</td></tr></tbody></table>

wytwarzanie trójwymiarowych wielościanów na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami

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

Łączenie dwuwymiarowego (2D) grafenu w trójwymiarowe (3D) struktury wielościenne przy jednoczesnym zachowaniu doskonałych właściwości grafenu było bardzo interesujące dla rozwoju nowatorskich zastosowań urządzeń. W tym miejscu opisano wytwarzanie 3D, mikroskalowych, pustych wielościanów (sześcianów) składających się z kilku warstw arkuszy grafenu lub tlenku grafenu 2D w procesie samoskładania podobnym do origami. Metoda ta polega na zastosowaniu polimerowych ram i zawiasów oraz warstw ochronnych z tlenku glinu/chromu, które zmniejszają naprężenia rozciągające, przestrzenne i napięcia powierzchniowego na membranach na bazie grafenu, gdy siatki 2D są przekształcane w kostki 3D. Proces ten oferuje kontrolę nad wielkością i kształtem konstrukcji, a także produkcję równoległą. Ponadto takie podejście umożliwia tworzenie modyfikacji powierzchni poprzez rysowanie wzoru metalu na każdej powierzchni sześcianów 3D. Badania spektroskopii Ramana pokazują, że metoda pozwala na zachowanie wewnętrznych właściwości membran na bazie grafenu, co świadczy o solidności naszej metody.

Rysunek 2 przedstawia obrazy optyczne procesów litograficznych dwuwymiarowych (2D) struktur grafenowych oraz sieci GO, a także następujący po nich proces samoczynnego zwijania. Proces samoczynnego zwijania jest monitorowany w czasie rzeczywistym. poprzez mikroskop o wysokiej rozdzielczości. Oba rodzaje sześcianów 3D na bazie grafenu są składane przy ~80 °C. Rysunek 3 przedstawia sekwencje zarejestrowane wideo, ukazujące ...

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania wielościanów 3D na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami.

Wytwarzanie trójwymiarowych wielościanów na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami

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

Protokół ten wykorzystuje metody samoskładania podobne do origami do tworzenia wielościanów 3D na bazie grafenu. Dwuwymiarowe arkusze grafenu posiadają niezwykłe właściwości optyczne, elektroniczne i mechaniczne. Dostosowując kształt dwuwymiarowego grafenu, można dostroić jego właściwości fizyczne, chemiczne i optyczne, co może wprowadzić nowe zachowania materiału, stwarzając nowe możliwości zastosowań.W związku z tym integracja grafenu 2D ze strukturami sfunkcjonalizowanych, dobrze zdefiniowanych, trójwymiarowych wielościanów cieszy się ostatnio dużym zainteresowaniem w grafenie community. 3D wielościany grafenowe mogą być korzystne dla wielu zastosowań. Przykłady obejmują pojemniki zabezpieczone przed gazem i wodą, magazynowanie molekularne, systemy dostarczania, enkapsulację materiałów na bazie cieczy, ułatwiające obserwację w mikroskopii elektronowej, funkcjonalne urządzenia optoelektroniczne i materiały materialne.Wprowadzono szereg ścieżek chemicznych do produkcji struktur 3D na bazie grafenu. Jednak metody te zazwyczaj wymagają silnych reakcji chemicznych, które wpływają na wewnętrzne właściwości grafenu i stanowią wyzwanie w budowie wolnostojących, pustych, 3D wielościanów grafenowych. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, badanie to przedstawia metodologię realizacji wielopłaszczyznowych mikrosześcianów 3D z grafenem 2D i tlenkiem grafenu przy użyciu samoskładania przypominającego origami.Aby pomóc w nadaniu kontekstu ogólnemu procesowi produkcji sześcianów 3D na bazie grafenu, przed szczegółowym protokołem zostanie teraz wprowadzony uproszczony sześcioetapowy przegląd. Najpierw przygotuj warstwy ochronne. Następnie należy wykonać transfer grafenowo-membranowy we wzorze na warstwy ochronne.Następnie utwórz wzór metalowej powierzchni na membranach grafenowych. Następnie zdefiniuj ramy i zawiasy polimerowe. Następnie przekształć siatki 2D w kostki 3D za pomocą samodzielnego składania.Na koniec usuń warstwy ochronne. Za pomocą parownika wiązki elektronów osadź warstwy chromu o grubości 10 nanometrów i warstwy miedzi o grubości 300 nanometrów na podłożu krzemowym. Wiruj fotorezystor z prędkością 2500 obr./min, a następnie piecz w temperaturze 115 stopni Celsjusza przez 60 sekund.Wystaw zaprojektowane obszary siatki 2D na działanie światła UV na nakładce maski kontaktowej przez 15 sekund, a następnie wywołaj przez 60 sekund w wywoływaczu. Przepłukać próbkę wodą dejonizowaną i wysuszyć suszarką za pomocą pistoletu pneumatycznego. Umieść warstwę chromu o grubości 10 nanometrów i zdejmij pozostały fotorezyst w acetonie.Przepłukać próbkę wodą dejonizowaną i wysuszyć suszarką za pomocą pistoletu pneumatycznego. Aby ułożyć siatki 2D z sześcioma kwadratowymi warstwami ochronnymi z tlenku glinu i chromu na siatkach, należy obrócić fotorezystor z prędkością 2 500 obr./min, a następnie piec w temperaturze 115 stopni Celsjusza przez 60 sekund. Wystaw zaprojektowane sześciokwadratowe warstwy ochronne na działanie światła UV na nakładce do masek kontaktowych przez 15 sekund i rozwijaj przez 60 sekund w wywoływaczu.Wypłucz próbkę wodą dejonizowaną i wysusz suszarką wiatrówką. Umieść warstwę tlenku glinu o grubości 100 nanometrów w warstwie chromu o grubości 10 nanometrów. Usuń pozostały fotorezystor w acetonie.Wypłucz próbkę wodą dejonizowaną i wysusz suszarką wiatrówką. Zaczynając od 15-milimetrowego kwadratowego kawałka grafenu przyklejonego do folii miedzianej, nałóż cienką warstwę PMMA z prędkością 3000 obr./min na powierzchnię grafenu. Piec w temperaturze 180 stopni Celsjusza przez 10 minut.Umieść grafen PMMA w arkuszu pokrytym folią miedzianą, unosząc się miedzianą stroną do dołu w wytrawiaczu miedzianym na 24 godziny, aby wytrawić folię miedzianą. Po całkowitym rozpuszczeniu folii miedzianej, pozostawiając PMMA w grafenie, przenieś pływający grafen pokryty PMMA na powierzchnię basenu zdejonizowanej wody za pomocą szkła mikroskopowego, aby usunąć wszelkie pozostałości wytrawiacza miedzi. Powtórz kilkakrotnie przenoszenie grafenu pokrytego PMMA na nowe baseny z wodą dejonizowaną, aby odpowiednio spłukać.Przenieś pływający grafen pokryty PMMA na inny kawałek grafenu przyklejony do folii miedzianej, aby uzyskać dwuwarstwową membranę grafenową. Dwuwarstwowy grafen na folii miedzianej poddać obróbce termicznej na płycie grzejnej w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez 10 minut. Usuń PMMA z dwuwarstwowego grafenu na folii miedzianej w kąpieli acetonowej, pozostawiając stos warstw grafenu, grafenu i folii miedzianej, a następnie przenieś do wody dejonizowanej.Powtórz transfer grafenu jeszcze raz, aby uzyskać trzy ułożone warstwy membran grafenowych. Umieść arkusz warstwowy PMMA, grafenu, grafenu, grafenu i folii miedzianej, pływającą miedzianą stroną do dołu w wytrawiaczu miedzianym na 24 godziny, aby wytrawić folię miedzianą. Przenieś trzy warstwy membran grafenowych pokrytych PMMA na prefabrykowane warstwy ochronne z tlenku glinu i chromu.Po przeniesieniu grafenu usuń PMMA za pomocą acetonu. Następnie zanurz próbkę w wodzie dejonizowanej i wysusz na powietrzu. Wielowarstwowy grafen poddany obróbce termicznej na podłożu na płycie grzejnej w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez godzinę.Wiruj fotorezystor z prędkością 2500 obr./min i piecz w temperaturze 115 stopni Celsjusza przez 60 sekund. Promienie UV naświetlać obszary fotorezystu bezpośrednio nad kwadratowymi obszarami warstwy ochronnej za pomocą nakładki maski kontaktowej przez 15 sekund. Następnie rozwijaj przez 60 sekund.Usuń nowo odkryte niechciane obszary grafenu za pomocą plazmy tlenowej przez 15 sekund. Usuń resztki fotorezystu w acetonie. Przepłukać próbkę wodą dejonizowaną i wysuszyć na powietrzu.Wiruj fotorezystu z prędkością 1700 obr./min przez 60 sekund na wcześniej wytworzonych warstwach ochronnych z tlenku glinu i chromu, aby uzyskać warstwę o grubości 10 mikrometrów. Piecz fotokursor w temperaturze 115 stopni Celsjusza przez 60 sekund, a następnie odczekaj trzy godziny. W przypadku tej samej maski, która służy do modelowania warstw tlenku glinu i chromu, promieniowanie UV naświetla próbkę na nakładce maski kontaktowej przez 80 sekund i rozwija się przez 90 sekund.Przepłukać próbkę wodą dejonizowaną i wysuszyć suszarką za pomocą pistoletu pneumatycznego. Wykonaj naświetlanie UV całej próbki bez maski przez 80 sekund. Przygotowany tlenek grafenu i mieszaninę wody należy obracać na próbce z prędkością 1000 obr./min przez 60 sekund.Wykonaj powlekanie wirowe w sumie trzy razy. Zanurz próbkę w wywoływaczu, aby umożliwić uniesienie się niechcianego tlenku grafenu. Proces startu pod mikroskopem jest pokazany tutaj z przyspieszonym materiałem filmowym.Przepłukać próbkę wodą dejonizowaną i ostrożnie wysuszyć próbkę za pomocą pistoletu pneumatycznego. Próbkę poddawać obróbce termicznej na płycie grzejnej w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez godzinę. Twórz tytanowe wzory o grubości 20 nanometrów na wzorzystych membranach na bazie grafenu.Próbkę poddawać obróbce termicznej na płycie grzejnej w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez godzinę. Na wierzchu membran na bazie grafenu z tytanowymi wzorami powierzchni, wiruj fotorezyst z prędkością 2500 obr./min przez 60 sekund, aby utworzyć warstwę o grubości pięciu mikrometrów i piecz w temperaturze 90 stopni Celsjusza przez dwie minuty. Próbki naświetlać promieniami UV przez 20 sekund, piec w temperaturze 90 stopni Celsjusza przez trzy minuty i wywoływać przez 90 sekund.Przepłukać próbkę wodą dejonizowaną i alkoholem izopropylowym, a następnie ostrożnie wysuszyć próbkę za pomocą pistoletu pneumatycznego. Próbki należy wypalać w temperaturze 200 stopni Celsjusza przez 15 minut, aby zwiększyć sztywność mechaniczną ram. Aby wykonać wzór zawiasów, obracaj fotorezyst z prędkością 1000 obr./min przez 60 sekund, aby utworzyć folię o grubości 10 mikrometrów na wierzchu prefabrykowanego podłoża.Piecz w temperaturze 115 stopni Celsjusza przez 60 sekund i odczekaj trzy godziny. Próbkę należy naświetlić promieniami UV na nakładce maski kontaktowej przez 80 sekund i wywoływać przez 90 sekund. Przepłukać próbkę wodą dejonizowaną i ostrożnie wysuszyć próbkę za pomocą pistoletu pneumatycznego.Aby uwolnić struktury 2D, rozpuść miedzianą warstwę protektorową pod siatkami 2D w miedzianym wytrawiaczu. Ostrożnie przenieś uwolnione struktury do dejonizowanej łaźni wodnej za pomocą pipety i spłucz kilka razy, aby usunąć resztki wytrawiacza miedzi. Umieść struktury 2D w wodzie dejonizowanej, podgrzanej powyżej temperatury topnienia zawiasów polimerowych.Monitoruj samoskładanie w czasie rzeczywistym za pomocą mikroskopii optycznej i wyjmij ze źródła ciepła po udanym montażu w zamknięte kostki. Po samodzielnym złożeniu usuń tlenek glinu i warstwy ochronne chromu za pomocą wytrawiacza chromowego. Delikatnie przenieś kostki do dejonizowanej łaźni wodnej i ostrożnie spłucz.Obrazy optyczne pokazują procesy litograficzne struktur siatkowych grafenu i tlenku grafenu 2D oraz następujący po nich proces samofałdowania. Proces samoczynnego składania jest monitorowany w czasie rzeczywistym za pomocą mikroskopu o wysokiej rozdzielczości. Oba rodzaje kostek 3D na bazie grafenu są składane w temperaturze około 80 stopni Celsjusza.Rysunki układają uchwycone na wideo sekwencje pokazujące samoczynne składanie się sześcianów 3D na bazie grafenu w sposób równoległy. W zoptymalizowanym procesie podejście to wykazuje najwyższą wydajność wynoszącą około 90 procent. Rysunki pokazują obrazy optyczne złożonych w 3D kostek grafenu i sześcianów na bazie tlenku grafenu z wzorami powierzchni i bez.Całkowity rozmiar samoskładających się sześcianów wynosi 200 mikrometrów szerokości, 200 mikrometrów długości i 200 mikrometrów wysokości. Na każdej powierzchni sześcianów 3D na bazie grafenu zdefiniowano cechy tytanu o grubości 20 nanometrów i napis UMN. Rysunki obejmują spektroskopię Ramana sieci 2D na bazie grafenu i kostki 3D na bazie grafenu.Wyniki nie wykazują zauważalnych zmian w położeniu i intensywności piku Ramana zarówno dla membran grafenowych, jak i tlenku grafenu po samofałdowaniu. Jednak gdy warstwy ochronne nie są stosowane, zaobserwowano zauważalne zmiany we względnych intensywnościach pików, wskazujące na zmiany lub uszkodzenia właściwości grafenu podczas samofałdowania. Metoda ta pozwala na opracowanie urządzeń biomedycznych, elektronicznych i optycznych, w tym czujników i obwodów elektrycznych, wykorzystując liczne zalety konfiguracji 3D.Ponadto, ponieważ proces ten wykorzystuje wczesny obraz tylko do materiałów na bazie grafenu, metoda ta może być stosowana do innych materiałów dwuwymiarowych, takich jak noże tren-ja-men-a ai chai-hus i czarne paszporty, co pozwala na wykorzystanie tej możliwości do opracowywania konfiguracji 3D materiałów 2D nowej generacji.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisujemy eksperymentalne szczegóły syntezy wzorcowych i rekonfigurowalnych cząstek z dwuwymiarowych (2D) prekursorów. Metodologia ta może być stosowana do tworzenia cząstek o różnych kształtach, w tym wielościanów i urządzeń chwytających, w skalach długości od mikro do centymetrów.

Inspirowany origami samomontaż wzorzystych i rekonfigurowalnych cząstek

Origami DNA to potężna metoda wytwarzania precyzyjnych obiektów w nanoskali poprzez programowanie samoorganizacji cząsteczek DNA. Tutaj opisujemy protokół składania robota reagującego biologicznie z origami DNA, jego oczyszczania i barwienia ujemnego do obrazowania pod mikroskopem elektronowym transmisyjnym (TEM).

Składanie i charakterystyka bioresponsywnego robota z DNA Origami

Mikrourządzenie o wysokim potencjale przepustowości jest używane do demonstracji trójwymiarowej (3D) dielektroforezy (DEP) z wykorzystaniem nowych materiałów. Papier z nanopłytek grafenu i taśma dwustronna były na przemian układane w stosy; Wykonano mikrostudnię o średnicy 700 μm w kierunku poprzecznym do warstw. W mikrostudzience wykazano zachowanie DEP kulek polistyrenowych.

Opracowanie urządzenia dielektroforetycznego do elektrod grafenowych 3D

Ta metoda wideo opisuje syntezę monolitycznych materiałów 3D na bazie grafenu o dużej powierzchni, pochodzących z prekursorów polimerów, a także jednowarstwowego tlenku grafenu.

Synteza i funkcjonalizacja materiałów nanografenowych 3D: aerożele grafenowe i makrozespoły grafenu

Pokazujemy użycie wzorzystych klejów aerozolowych do budowy 3D papierowych urządzeń mikroprzepływowych. Ta metoda nakładania kleju tworzy półtrwałe wiązania między warstwami, umożliwiając nieniszczący demontaż urządzeń jednorazowego użytku po użyciu i ułatwiając składanie złożonych struktur niepłaskich.

Wykorzystanie wzoru kleju do budowy urządzeń mikroprzepływowych z papieru 3D

Tutaj prezentujemy protokół do przygotowania i wizualizacji struktur drugorzędnych (np. włókien, architektur toroidalnych i nanosfer) pochodzących z polikarmidów spiralnych. Wykazano, że morfologia charakteryzująca się zarówno mikroskopią sił atomowych (AFM), jak i skaningową mikroskopią elektronową (SEM) zależy od struktury molekularnej, stężenia i wybranego rozpuszczalnika.

Samoorganizujące się morfologie otrzymane z helikalnych kopolimerów polikarbodimidu i ich pochodnych triazolowych

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania hybrydowych nanostruktur C60/grafen poprzez fizyczne odparowanie termiczne. W szczególności odpowiednia manipulacja warunkami osadzania i wyżarzania pozwala na kontrolę nad tworzeniem struktur 1D i quasi 1D C60 na pofałdowanym grafenie.

Otrzymywanie i charakterystyka hybrydowych nanostruktur C60/grafen

W tej pracy opisujemy technikę, która jest używana do tworzenia nowych kryształów (heterostruktur van der Waalsa) poprzez układanie ultracienkich warstw materiałów 2D z precyzyjną kontrolą pozycji i względnej orientacji.

Wytwarzanie heterostruktur van der Waalsa z precyzyjnym wyrównaniem obrotowym

Połączenie syntezy wspomaganej roztworem i powierzchniowo otwiera nowe kierunki w atomowo precyzyjnej syntezie nanostruktur. Skaningowa mikroskopia tunelowa (STM) uzupełniona o bezkontaktową mikroskopię sił atomowych (nc-AFM) umożliwia szczegółową charakterystykę nowo zaprojektowanych i wygenerowanych nanoobiektów na bazie węgla.

Mikroskopowa wizualizacja porowatych nanografenów zsyntetyzowanych przez połączenie roztworu i chemii powierzchniowej

Tutaj opisujemy protokół stosowania pojedynczej monowarstwy grafenu na siatkach mikroskopii elektronowej i jak przygotować je do użycia w określaniu struktury krioEM.

Wytwarzanie jednowarstwowych siatek pokrytych grafenem do mikroskopii krioelektronowej

Ten artykuł przedstawia zoptymalizowany, oparty na doświadczeniu protokół wytwarzania wysokiej jakości urządzeń z supersieci mory na bazie grafenu z precyzyjnymi kątami skrętu, wykorzystując zmodyfikowaną technikę suchego transferu opartą na wysoce przestrajalnym, niestandardowym zestawie transferu.

Zoptymalizowana procedura produkcji wysokiej jakości urządzeń z efektu mory superkratowej na bazie grafenu

Poznaj metodę samoczynnego składania podobnego do origami do wytwarzania trójwymiarowych wielościanów na bazie grafenu. Technika ta umożliwia dostrajanie właściwości fizycznych i optycznych materiału.

Wytwarzanie trójwymiarowych wielościanów na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami

Przeglądaj więcej filmów